宜昌地震台VP 型宽频带倾斜仪和DSQ 型水管倾斜仪同震响应对比分析

曾智辉 张 辉 安一凡 王 慧 钱 山 宋潇潇

（1、中国地震局地震研究所（地震大地测量重点实验室），湖北 武汉430071 2、湖北省地震局，湖北 武汉430000 3、湖北省地震局宜昌地震台，湖北 宜昌443100）

由于地球是不均匀的球体，在内力和外力作用下，地壳不断运动，在某一时刻这种运动必然导致局部地壳发生较大的形变，甚至产生破裂，从而引发地震[1]。地震前兆有多种监测方法，地倾斜监测为主要手段之一，随着监测的发展，国内很多学者对其展开了深入的研究[2-4]。DSQ 型水管倾斜仪与VP 型宽频带倾斜仪是台站常用的定点形变仪器。宜昌地震台把这两台观测仪器安装在同一观测山洞内，作为同时监测地倾斜的形变仪器，它们对同一地震的激发响应会有什么特征呢？本文选取2018-2019 年宜昌地震台水管倾斜仪和宽频带倾斜仪记录的地震资料进行同震响应对比分析。

1 台站概况

宜昌地震台位于湖北省宜昌市夷陵区森林公园，地处长江三峡、葛洲坝、清江隔河岩三大水利枢纽工程之间。大地构造位置处于上扬子褶皱带黄陵断块东南缘，江南造山带北部。台站目前的形变仪器有VP 型宽频带倾斜仪和DSQ 型水管倾斜仪，均运行良好，放置在台站形变山洞内。台站山洞进深200 米,台基为白垩系下统石门组砾岩，岩石坚硬，胶结完整。洞顶覆盖厚度达29 米，洞内温度18.02℃，年变化小于0.2℃，满足多种形变仪器对观测环境的要求。

2 观测仪器性能

VP 型宽频带倾斜仪和DSQ 型水管倾斜仪主要测量地面倾斜的变化，是地震前兆监测的重要手段之一。宜昌台VP 型宽频带倾斜仪和DSQ 型水管倾斜仪观测资料连续稳定。宜昌台VP型宽频带倾斜仪分辨力优于0.001ms，位移传感器精度为0.0001μm，日漂移＜0.005ms。DSQ 型水管倾斜仪分辨率为0.0005ms，日漂移＜0.005ms，采样率为1 次/min[5]。自安装至今，仪器记录的固体潮曲线清晰规则，年周期变化良好。台站还安装有WYY-1 型气象三要素仪器，仪器运行良好，数据精度高。

3 同震响应特征分析

选取四川宜宾2019 年06 月24 日4.1 级、台湾台东2019年03 月08 日5.3 级、台湾台东2019 年06 月04 日5.8 级、四川宜宾2019 年06 月17 日6 级、菲律宾萨马岛2019 年04 月23日6.6 级、巴布亚新几内亚2018 年10 月11 日7.1 级、新不列颠岛地区2019 年05 月14 日7.6 级、斐济群岛地区2018 年08 月19 日8.1 级共8 个地震作为分析样本，解析两种仪器同震响应特征。

宜昌地震台水管仪和VP 仪地震响应幅度参数统计

由表可以看出，不管是震级相同还是震级不同，宽频带倾斜仪和水管倾斜仪，在幅度和持续时间的响应上是不同的，响应延迟时间大部分也是不同的。为了更好的说明水管倾斜仪和宽频带倾斜仪这两套观测仪器的同震响应特征，对表1 中8 个地震的最大响应幅度、响应延迟时间和响应持续时间进行了详细的对比分析，得到了一些规律性的认识。

3.1 最大响应幅度

从图1 可以看出，除了新不列颠岛地区7.6 级地震外，其余7 个地震都是宽频带倾斜仪大于水管倾斜仪的地震响应幅度，这是由于水管倾斜仪的阻尼大于宽频带倾斜仪。水管倾斜仪除了四川宜宾4.1 级地震以外，其它7 个地震随着震级的增大，响应幅度也随着增大，二者成正比关系。宽频带倾斜仪的响应幅度无规律性，与震级和震中距有关，例如四川宜宾6 级比巴布亚新几内亚7.1 级响应幅度大，台湾台东5.8 级比菲律宾萨马岛6.6 级响应幅度大，巴布亚新几内亚7.1 级比新不列颠岛地区7.6 级响应幅度大。

3.2 响应延迟时间

由图2-1、2-2 可以看出，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的震中距与响应延迟时间有很大的关联性，它们成正比关系，震中距越大，延迟时间越长，最远的斐济群岛地区8.1 级9302km，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的响应时间均为12min，最近的四川宜宾4.1 级670km，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的响应时间均为1min；对于同一地震，水管倾斜仪的响应延迟时间大部分比宽频带倾斜仪的响应延迟时间长（见表），如台湾台东5.3 级地震响应延迟时间分别为4min、3min，新不列颠岛地区7.6 级地震响应延迟时间分别为9min、8min。

图1 水管倾斜仪和宽频带倾斜仪最大响应幅度对比曲线

图2-1 水管倾斜仪震中距与响应延迟时间关系曲线

图2-2 宽频带倾斜仪震中距与响应延迟时间关系曲线

3.3 响应持续时间

从图3 可以看出，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪在7.1 级处出现了拐点，震级大于7.1 级，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的响应持续时间急剧增大，总的来说，震级越大，响应持续时间越长，二者成正比关系。6 级以上强地震激发的响应持续时间要远大于中等地震持续时间；除台湾台东5.8 级和新不列颠岛地区7.6 级地震外，其它6 个地震宽频带倾斜仪的地震响应持续时间比水管倾斜仪的响应持续时间长。

图3 水管倾斜仪和宽频带倾斜仪响应持续时间对比曲线

3.4 震级不同、震中距相近的地震响应

从表可以看出，对震级不同、震中距相近的地震，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的地震响应幅度、响应延迟时间与震级有很大的相关性，一般成正比关系。如：台湾台东5.3 级地震响应幅度、响应延迟时间比5.8 级的要小，四川宜宾4.1 级地震响应幅度、响应延迟时间比6.0 级要小。

4 结论

综上所述，通过对宜昌地震台水管倾斜仪和宽频带倾斜仪记录的8 个地震进行了详细的对比分析，得出如下结论：

（1）水管倾斜仪的响应幅度与震级成正比关系；宽频带倾斜仪的响应幅度无规律性，与震级和震中距有关。

（2）水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的地震响应延迟时间均与震中距成正比，水管倾斜仪的响应延迟时间大部分比宽频带倾斜仪的响应延迟时间长。

（3）震级的大小决定水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的地震响应持续时间，震级越大，持续时间越长，二者成正比关系，强地震激发的响应持续时间要远大于中等地震持续时间。

（4）震级不同、震中距相近的地震，水管倾斜仪和宽频带倾斜仪的地震响应幅度、响应延迟时间与震级有很大的相关性，一般成正比关系。