江西省赣州地震中心站DSQ型水管倾斜仪与VS型垂直摆倾斜仪同震响应对比分析＊

余 思 唐婷婷

（江西省地震局，江西南昌 330039）

0 引言

连续形变观测仪器是地震监测的重要组成部分，可以反映丰富的地下介质信息，包括岩石性质变化、地壳应力应变引起的倾斜及其固体潮汐变化等[1]，常见的观测仪器有洞体应变、体应变、水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪、水平摆倾斜仪等，其中水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪观测的物理量均为地倾斜，但是两套仪器的观测原理不同[2]。形变观测不仅能反映观测区域强震发生前后的地下应力场变化，而且能记录到更大范围的强震同震变化。同震响应是一种典型的叠加在形变观测数据上的高频干扰，可以检验观测仪器的性能和映震能力[3-5]。

近年来对形变前兆观测仪器同震响应能力的研究越发引起研究人员的重视。很多专家学者对形变观测仪器的映震能力进行了较深人的研究。狄樑等[6]对常熟台水管仪与垂直摆记录到的同一次地震的地倾斜响应进行对比分析，两套仪器的地震延迟时间、响应持续时间与震级及震中距均成正比；水管仪的变形幅度与震级成正比，与震中距成反比，同时垂直摆的变形幅度主要与震级有关，但与震中距也有一定关系。张肖等[7]利用河北易县地震台DSQ型水管倾斜仪与VS型垂直摆倾斜仪记录的2005—2015年数据资料，分析两种地倾斜观测仪器同震响应的特征及响应幅度与震中距、震级的关系，表明DSQ型水管倾斜仪对远震响应幅度大，同震响应幅度与震级呈正比，与震中距呈反比；VS型垂直摆倾斜仪对近震响应幅度大，与震级、震中距无明显的线性关系。DSQ型水管倾斜仪的同震响应延迟时间比VS型垂直摆倾斜仪短，与震中距呈正比，且两种地倾斜观测仪的地震响应持续时间与震级呈正比，VS型垂直摆倾斜仪对中小地震的响应持续时间比DSQ型水管倾斜仪长。胡宝慧等[8]对鹤岗地震台水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪记录到的同震响应资料进行分析，认为水管仪和垂直摆对不同震中距的地震记录存在较大差异；水管仪稳定性较好，而垂直摆实际灵敏度更高；两种仪器记录的同震响应与震级、震中距及震源深度具有相关性。周雯等[9]利用海南五指山形变台DSQ型水管倾斜仪和VP型垂直摆倾斜仪记录的20次地震的同震响应资料，对比分析2套仪器的同震响应特征，发现在震中距相近时，二者响应幅度、同震响应持续时间与震级呈正相关；除少数地震外，在震级相近或相同时，二者地震响应幅度与震中距呈负相关；地震响应延迟时间与震中距有关，二者均呈正相关；对于同一次地震，一般VP型垂直摆倾斜仪的最大响应幅度较大，且同震持续时间较长。其他研究人员也对不同地区的水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪观测数据进行了对比分析[10-12]。

本文挑选了2016—2022年台湾6级以上，2008—2022年全球8级以上、全国（除台湾地区）7级以上的地震，从同震响应的最大响应幅值、延迟时间和持续响应时间3个方面进行了对比分析，总结赣州中心站DSQ型水管倾斜仪与VS型垂直摆的同震响应特征。

1 台站概况

江西赣州地震中心站（下文简称赣州站）位于江西省赣州市会昌县文武坝镇岚山公园内，海拔高度205.3 m，山体岩性为花岗岩。主要受石城—寻乌断裂带控制，是华南地区邵武—河源大断裂带在赣南地区的重要一段，呈北北东向，新华夏系构造（图1）。在这条断裂及其附近，历史上发生过1806年会昌6级、1926年石城4.7级、1941年寻乌龙岗5.7级地震，以及1987年8月寻乌MS5.5、MS4.9、MS4.8地震序列。赣州站现有DSQ型水管倾斜仪、VS型垂直摆倾斜仪、VP型垂直摆倾斜仪、SSY型洞体应变观测仪4套形变观测仪器，而VP型垂直摆倾斜仪为2022年5月安装，观测时间较短。DSQ型水管倾斜仪、VS型垂直摆倾斜仪两种地倾斜观测仪均为武汉地震科学研究院生产安装，DSQ型水管倾斜仪东西基线长12.07 m、方位角68°，南北基线长12.48 m、方位角338°，正交布设，分辨率为0.000 5〃，漂移量＞0.005〃，采样率1次/min，2007年3月投入观测。VS型垂直摆倾斜仪基墩为花岗岩石，东西方位角90°，南北方位角0°，分辨率为0.000 1〃，日漂移＞0.005〃，采样率1次/min，2007年1月投入观测。赣州中心站水管倾斜仪与垂直摆倾斜仪自安装以来，运行稳定，2008—2022年运行连续率均在99%以上。同时，每年按时进行两次标定，格值稳定，符合学科要求。表1为山洞观测环境参数。

图1 赣州地震中心站地理位置Fig.1 Location of the Ganzhou seismic center station

2 同震响应对比分析

本文根据赣州中心站两套仪器的连续观测资料，挑选了距离台站300 km附近的2016—2022年台湾6级以上，2008—2022年全球8级以上、全国（除台湾地区）7级以上的地震进行同震分析（表2）。

从表2可以看出，两种倾斜仪器对同一次地震的最大响应幅度、延迟时间和持续响应时间均不同。同一仪器对同一地区不同震级地震的响应也不同，同时，同一仪器不同分量对同一次地震响应也不完全相同。这与前人的研究结果较为一致[6,9,13]。

2.1 最大响应幅值

图2和图3分析了水管仪和垂直摆EW分量对应34次地震的最大响应幅度，对比可以看出，台湾地区12次地震中，垂直摆响应幅度有7次都大于水管仪，4次地震造成靠摆，仅有两次地震水管仪最大响应幅度大于垂直摆。而远震的响应情况相反，22次地震中，水管仪最大响应幅值有20次大于垂直摆。

图2 台湾地区地震水管仪、垂直摆最大响应幅值对比曲线Fig.2 Maximum response amplitude of the earthquakes in Taiwan

图3 远震水管仪、垂直摆最大响应幅值对比曲线Fig.3 Maximum response amplitude of the teleseism

2.2 地震响应延迟时间

响应延迟时间指在观测仪器记录到的响应与地震发生时刻之间的时间差，该时间与地震面波的传播速度及震中距有关[14]。由于台湾地震响应延迟时间较短，图4仅绘制了水管仪、垂直摆对全国（除台湾地区）MS7.0以上、全球MS8.0以上地震的响应延迟时间，可以看出延迟时间与震中距呈一定的正相关性，震中距越大，延迟时间越长。

图4 水管仪、垂直摆响应延迟时间与震中距关系曲线Fig.4 Relation between the delay time and epicenter distance

2.3 地震持续响应时间

从图5关系曲线可以看出，水管仪、垂直摆持续响应时间与震级有一定的正相关性，震级越大，地震响应持续时间越长。水管仪和垂直摆的地震持续响应时间长短不仅受震级影响，同时还是断层体受地震影响程度、地震自身能量、震中距等多重因素综合影响[9]。

图5 水管仪、垂直摆持续响应时间与震级关系曲线Fig.5 Relation between the continuous response time and the magnitude

2.4 不同分量对比分析

两套仪器NS分量和EW分量对地震响应大体较为一致，但是少数地震也有区别，如2010年4月14日青海玉树M7.1地震，水管EW与NS分量的最大响应幅值有量级上的差别（图6），这可能与地震破裂性质，也就是震源区性质有关[8]。

图6 2010年4月14日青海玉树M7.1地震水管仪两个分量地震响应Fig.6 Response of two components of the water-pipe instrument for the M7.1 earthquake in Yushu，Qinghai Province，on April 14，2010

3 结论

本文从地震响应最大幅值、延迟时间、持续响应时间3个方面，对赣州地震中心站DSQ型水管仪与VS型垂直摆记录到的同一次地震的地倾斜响应进行对比分析，得到赣州站DSQ型水管仪和VS型垂直摆两种倾斜观测仪器都能清晰地记录到同震响应，但是由于仪器设计和观测原理不同，使得记录到的同震响应信号有所差异。

（1）赣州站DSQ型水管仪和VS型垂直摆两种仪器同震响应持续响应时间与震级大小有一定的正相关性，震级越大，地震响应持续时间越长。

（2）两套仪器地震响应延迟时间与震中距呈一定的正相关性，震中距越大延迟时间越长。同时，水管仪、垂直摆随着震中距增大，延迟时间差越大。

（3）DSQ型水管仪对远震的同震响应幅度较大，VS型垂直摆对近震的同震响应幅度较大，且容易出现靠摆现象。