安徽六安井下地震计与地表地震计观测质量对比

石英杰 龙剑锋 赵 楠

1）中国安徽 237000 安徽省六安市地震局

2）中国合肥 230031 安徽省地震局

0 引言

六安—霍山地区是安徽省历史及现代地震较活跃的地区。该地区断裂较发育，这些断裂不仅控制了区域地质构造的发育，而且对当地地震活动有着重要的影响。历史上，沿着NE向土地岭—落儿岭断裂，1652年霍山6级地震发生在该断裂与NW向梅山—龙河口断裂交汇处，1917年霍山61/4级地震发生在该断裂与NW向青山—晓天断裂交汇处。1970年以来，ML≥3.0地震在土地岭—落儿岭断裂及其与NW向其他断裂交汇处也出现丛集现象。

为增强六安地区地震监测能力，在六安市区及霍邱县安装了GL-S60B型井下地震计。为研究该地震计在六安地区实际使用中的降噪效果，在使用同样供电系统的情况下，将BBVS-60型地震计观测数据与GL-S60B型井下地震计的进行对比，以期为今后井下地震计的安装、维护、干扰排除等工作提供经验。

1 GL-S60B型、BBVS-60型地震计对比

BBVS-60型宽频带地震计是北京港震仪器设备有限公司新研制的位移换能力平衡反馈宽频带地震计，它由3个独立分向传感器（1个垂直向、2个水平向）一体化安装组成，内置电子反馈电路、控制电路、电源变换电路，噪声水平低、动态范围大，易安装使用（赵楠等，2011）。

GL-S60B型地震计机结构稳定，高精度位移环能，电子反馈技术，闭环反馈后的等效自振周期为60 s，观测频带为60 s—40 Hz，配有密封筒、底座等配件，适合于井下地震观测。

2 观测井基本数据对比

GL-S60B型井下地震计于2015年分别安装于六安市地震台和霍邱地震台。六安市地震台建设较早，位于六安市市区，周边来往车流量较大，观测井井深126 m，距公路约 100 m；霍邱地震台位于霍邱宋店乡镇府内，靠近安徽省省道310公路，周边观测噪声情况优于六安市地震台，观测井井深150 m，距公路约100 m（表1）。此次实验分别在2个井下地震计井口架设地表地震计BBVS-60，与井下地震计间进行数据对比。为确保数据不受其他硬件条件的影响，2种地震计采取几乎相同的观测系统、相同的供电系统（裴晓等，2013）。

表1 观测井基本数据Table 1 Information of observation wells

3 数据质量对比分析

在六安地震台GL-S60B型井下地震计摆房内、霍邱地震台GL-S60B型井下地震计井口1 m范围内分别架设BBVS-60型地表地震计，地表地震计均运行1个月，由于白天井下地震计观测井附近人为干扰因素较多，对地表地震计干扰较大，故挑选凌晨数据进行对比分析（裴晓等，2013）。

3.1 地脉动噪声

台基噪声功率谱密度可用来评估地震台站台基背景噪声，根据台基背景噪声在1—20 Hz 频带范围的速度RMS 值来判定台站噪声水平，共分为5 类台基（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），其评估标准为（单位：m/s）

表2为六安地震台、霍邱地震台速度RMS 值。由表2可见，六安地震台GL-S60B型井下地震计达到了Ⅱ类台基噪声水平；而霍邱地震台台则达到Ⅰ类台基噪声水平。二者RMS值相比于同位置的BBVS-60型地表地震计高出1至2个数量级。由此可见，井下地震计抗噪声效果较理想。

表2 台基背景噪声在1—20 Hz 频带范围的速度RMS值Table 2 The velocity RMS values of station background noise in the frequency band of 1 -20 Hz

3.2 有效观测范围

台站有效观测范围反映了仪器性能指标确定后台站环境干扰水平对记录地震信号最大动态范围的限制。由于台站环境噪声与地震信号的叠加，使得仪器达不到设计的动态范围,只能达到有效测量的动态范围。

计算结果见表3。从表3可见，井下地震计EW、NS向有效观测范围比地表地震计高出10%—20%，2个台站相比，霍邱地震台数据质量较高。

表3 有效观测范围Table 3 Effective observation range

3.3 背景噪声功率谱

由背景噪声功率谱对比结果可知（图1）（韩成成等，2016），六安、霍邱地震台井下地震计在高频1—20Hz范围内数据质量明显优于地表地震计，在低频范围内的数据质量也略优于地表地震计。

图1 地震计背景噪声功率谱（a）霍邱地震台GL-S60B地震计；（b）霍邱地震台BBVS-60地震计；（c）六安地震台GL-S60B地震计；（d）六安地震台BBVS-60地震计Fig.1 Power spectral density of background noise

4 结论

通过对六安地区井下地震计、地表地震计观测数据进行对比分析发现，GL-S60B型井下地震计的观测数据质量整体优于BBVS-60型地表地震计，尤其对于1—20 Hz的高频人为干扰，井下地震计数据质量明显更有优势，因此，六安地区新架设的井下地震计可提高当地地震监测质量。