武都形变台长短基线伸缩仪观测资料对比＊

魏东星 ,醴武权 ,冶梅竹 ,孙点峰 ,王亚红 ,孙海洋 ,姚 瑶,谢 霞,陈业勤

（1.陇南中心地震台，甘肃 陇南 746000；2.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000）

SS-Y 型伸缩仪器在定点形变观测台站中广泛使用，其主要用于测量地壳表面两点间的应变量，具有观测资料精度高，长期稳定性较好等特点[1]。甘肃省武都形变台是5·12 地震灾后重建项目，2011 年5 月始建，2013 年起在观测山洞内安装了长短基线两套SS-Y型伸缩仪。其中长基线伸缩仪由陇南中心地震台（下文简称陇南台）负责仪器维护和资料处理，短基线伸缩仪由陇南市地震局（下文简称陇南市局）负责。

笔者在地震监测工作中发现，两套仪器的维护质量和观测资料质量存在一定差异，选取2018 年度观测数据，从一般性评价、内在质量、同震效应等方面进行对比，分析观测资料质量差异。

1 武都形变台概况

武都形变台位于甘肃省陇南市武都区姚寨沟民族村，海拔1154m。观测山洞地处南北地震带中段，武都弧形构造带弧顶处，山洞打在白龙江群基岩上，岩性为灰岩，两公里内无大的活动断裂。洞顶覆盖层厚约40m，洞内温度稳定，年变化小于0.10℃。2013 年起安装长短基线两套SS-Y 型伸缩仪（见表1）。仪器布设图如图1 所示。

表1 仪器概况与基线长度对比

图1 武都形变台长短基线伸缩仪仪器布设图

2 观测资料质量对比

洞体应变观测质量指标包括完整率、年变化幅度、相对噪声水平，M2潮汐因子相对中误差等[2]。选取2018 年度观测资料，统计计算以上指标，对比观测数据内在质量。具体计算结果见表2。

表2 长短基线伸缩仪观测资料一般性评价结果

2.1 一般性评价

对观测资料进行完整率、年变幅度、年零漂等指标进行计算和处理，计算结果见表2。

（1）数据完整率。数据完整率是检验仪器运行质量的根本条件，计算公式如下:

一般大于99.5%为优秀。

（2）年变幅。年变幅是将一年中观测数据的最大值减去最小值所得结果，本文采用整点值数据进行计算。

（3）年零漂。年零漂反映了仪器的稳定性及所测方向的微小形变。本文采用日均值来计算零漂，即用12 月31 日的日均值减去1 月1 日的日均值。

由表2 可知：①陇南台运维的伸缩仪运行率较高，陇南市局伸缩仪器运行率很低，小于95%，主要原因是陇南市地震局无专业运维人员，仪器故障频繁，且不能及时处理。②年变幅度上较为接近，NS 分量短伸缩仪大于长伸缩仪，EW 分量长伸缩仪大于短伸缩仪。③短伸缩EW 分量年零漂最小，NS 分量最大，两套仪器NS 分量均表现为张性变化，EW 分量均表现为压性变化，应变趋势具有一致性。

2.2 内在质量

（1）相对噪声水平。相对噪声水平可以判断观测资料的长期稳定性。用契比雪夫多项式于一个年度观测资料的73 个五日均值做30 阶拟合而得，计算公式为：

其中，Tn (x) 称为契比雪夫多项式，x 为五日均值，C0为常数，Cn为拟合系数，n 为系列号，m 为提取的五日均值总个数[3-4]。计算结果见表2。可以看出短基线伸缩仪相对噪声水平略低于长基线伸缩仪，两套仪器NS 分量相对噪声水平均大于EW 分量。

（2）潮汐因子相对中误差。按照《地震及前兆数字观测技术规范》 要求，M2波潮汐因子相对中误差需小于0.02，测值越小，观测精度越高。由表2 结果可知，两套伸缩仪观测数据均为优秀，观测资料内精度高。同时绘制每月M2波潮汐因子相对中误差对比曲线，如图2 所示。其中1 月和12 月因供电、仪器故障导致长时间缺数，未做分析。从图中可知，长短基线伸缩仪M2波潮汐因子相对中误差较为稳定，无明显差异。

图2 长短基线伸缩仪观测数据2018 年度M2波潮汐因子相对中误差对比

2.3 观测数据曲线对比

选取无地震事件和其他干扰事件的时段，绘制NS 分量分钟值曲线图，如图3 所示。并计算日相关系数，相关系数表示2 个变量之间的线性关系，其值越接近1,2 个变量的线性相关性越强。从图中可以看出，长短基线伸缩仪记录的固体潮均很清晰，曲线光滑程度近似，日相关系数均在0.98 以上，说明两套仪器观测数据一致性很好。

图3 长短基线伸缩仪观测数据分钟值曲线对比图

3 同震效应

选取2018 年度伸缩仪记录到的5 个较为明显的地震事件，见表3。绘制2018 年1 月23 日分钟值曲线图，如图4 所示。从结果可以看出，短基线伸缩仪记录地震波形能力较弱，同震效应变化幅度小。

表3 2018 年度伸缩仪记录地震事件

图4 伸缩仪2018 年1 月23 日阿拉斯加湾8.0 级地震同震波形

4 结论

通过对2018 年度陇南台、陇南市局SS-Y 伸缩仪观测数据对比分析，得到以下结论：

（1）短基线伸缩仪，运维质量较差，缺记情况较多。要进一步提高观测资料的完整率，加强资料的研究应用，还需继续加强陇南台运维人员对陇南市局的指导协助。

（2）两套伸缩仪器记录的固体潮汐均清晰可见，内在精度满足较高，NS 分量均表现为张性变化，EW 分量均表现为压性变化，应变趋势具有一致性。

（3）短基线伸缩仪记录地震波形能力较弱，同震效应变化幅度小。

武都形变台在同一山洞，同时架设有2 套同型号基线长度不同的伸缩仪，观测资料有较高的研究价值。目前还需加强短基线伸缩仪的运维质量，同时在台站架设气象三要素等辅助观测手段，保障观测资料的完整率和内在质量。