崇州台与成都台测震观测技术对比分析
时间：2023-07-01 13:00:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
何思源，李雪浩，刘华姣，龚 康
(四川省地震局成都地震监测中心站,四川 成都 611730)
成都地震台(以下简称成都台)位于龙门山构造带前沿的成都凹陷盆地内，台址所处的走石山是白垩系砾岩经风化剥蚀后形成，基岩不完整，发育多层溶洞，部分已被风化黄土充填。台址基岩属白垩系底部砾岩，摆墩处的基岩较破碎，长期存在频率范围为2～4 Hz的干扰[1]。较破碎的台基及长期存在的干扰导致台站产出的观测资料质量欠佳。为提高台站测震观测水平，需找到合适的测震观测点位。崇州地震台(以下简称崇州台)是“5·12”汶川地震后成都台原部分观测项目扩展的新建台，2011年6月开建，2014年投入观测，目前仅有前兆观测手段。距场地最近的龙门山断裂带前山断裂的次级分支——万家坪断裂，展布于场地北西侧约4.8 km，距成都台直线距离27.2 km，断裂的主断层面均倾向北西(见第10页图1，由四川省地震局工程地震研究院提供)。
图1 成都台及其他台站地区地质构造图Fig.1 Geological structure map of Chengdu Seismic Station and its station area
为对比两台的测震观测技术，选取崇州台GL-CS120甚宽频带地震计搭配EDAS-24GN地震数据采集器2021年3月9日至15日的数据记录，及成都台同一时间段记录的地震波形。通过对比分析，明确两台站观测条件及技术的优劣势，为成都台后续的测震观测发展规划、提高观测质量提供参考。
由于崇州台与成都台使用的并非同一台地震计，需确定不同地震计记录的数据用于背景噪声计算产生的差异情况。若采用两台地震计在同一时间同一地点记录的数据进行背景噪声计算对比，结果更具客观性。GL-CS120在2021年3月9日用于崇州台进行观测前，一直作为辅助观测手段架设于成都台测震观测室，同样搭配EDAS-24GN数采。因此，选取GL-CS120与JCZ-1T2021年2月26日至28日凌晨1点至6点的数据进行背景噪声计算及对比。
式中:P为加速度或速度功率谱密度;f0为分度倍频程中心频率；
RBW为相对带宽。
RBW=(fu-fl)/f0=(2n-1)/2n/2，
式中：fu为分度倍频程上限频率;fl为分度倍频程下限频率。在实际噪声数据分析过程中，将得到的连续波形文件进行分道，分道后的文件扩展名由台网台站序号(0、1、2)和U、E、N组成，选择三分向来测定台基噪声功率谱密度[2]。
通过GL-CS120与JCZ-1T的数据计算得到成都台三分向地噪声RMS均值。依据第11页表1可知，若以JCZ-1T的计算结果为基准，GL-CS120的计算结果总体差异在2%以内，说明两台地震计在同一观测环境下对背景噪声的计算结果影响较小，采用GL-CS120记录的地震数据进行背景噪声计算是可行的、客观的。
表1 2021年2月GL-CS120和JCZ-1T地噪声RMS值计算结果Table 1 Calculation results of RMS value of ground noise of GL-CS120 and JCZ-1T in February 2021
台站的背景噪声水平关系到其测震环境及对地震的监测能力，影响台站产出观测数据的质量[3]。为了解崇州台的背景噪声水平，将GL-CS120甚宽频带地震计搭配EDAS-24GN数采架设于台站，于2021年3月9日至15日开展观测，选取期间每日凌晨1至2点、3至4点和5至6点3个相对平静时段的数据进行计算。
表2 2021年3月崇州台和成都台地噪声RMS值Table 2 RMS value of ground noise at Chongzhou and Chengdu Seismic Stations in March 2021
图2 崇州台与成都台台基噪声功率谱密度图Fig.2 Base noise power spectral density map of Chongzhou and Chengdu Seismic Stations
选取成都台与崇州台记录的2021年3月13日19点11分云南盐津ML3.3地震作为样例进行研究。两个台站背景噪声的差异主要来自UD向，下文从UD向记录的地震波形进行对比。从崇州台的记录来看，震相与背景噪声区分明显，UD向20 s附近Pn能准确识别，随后30 s附近可识别Pg震相；
成都台的UD向中，Pn震相因受背景噪声干扰无法直接辨认，Pg震相混杂在背景噪声中也难以辨别。分别对两个台站UD向记录的地震波形求取小波时频图(见图3)。其中，成都台UD向高频信息充斥整个时间段，Pn和Pg震相的信息混合于高频信息中难以识别，表明成都台UD向记录的波形受到的干扰较大，直接影响初动震相的识别。在崇州台的小波时频图中，20 s和30 s附近出现聚集性的高频信号，两个时间点恰好对应Pn和Pg震相出现的时间，表明崇州台UD向记录的信噪比高，能准确地拾取地震初动震相。
图3 UD分向记录的同一地震波形小波时频图Fig.3 Wavelet time-frequency diagram of the same seismic waveform
为研究两个台站在小震级地震记录能力方面的差异，选取2021年3月9日00点20分、04点03分、00点58分阿坝理县ML1.7、四川什邡ML1.5及四川绵竹ML1.6三次地震作为研究样本。由成都台的波形记录情况可知，3个小震级地震波形基本被UD向的背景噪声掩盖，难以辨别初动震相(见第13页图4)。分别对三段地震波形求取小波时频图，仍无法准确判定地震初动的起始点。崇州台的地震波形记录情况如第13页图5所示，3个小震级地震波形均被清晰、完整地记录，地震事件与背景噪声区分明显，能辨别初动震相位置，再结合小波时频图，可确认地震初动的起始点并拾取初动震相。结果表明，崇州台在小震级地震记录能力方面优于成都台。
图4 成都台记录的3个小震级地震波形及小波时频图Fig.4 Waveformsandwavelettime-frequencydiagramofthreeSmall-magnitudeearthquakesrecordedbyChengduSeismicStation图5 崇州台记录的3个小震级地震波形及小波时频图Fig.5 Waveformsandwavelettime-frequencydiagramofthreeSmall-magnitudeearthquakesrecordedbyChongzhouSeismicStation
通过对崇州台与成都台在背景噪声水平及记录波形质量方面的比较，可得出如下结论：
(1) 崇州台水平分向、垂直分向具有更低的背景噪声，综合背景噪声水平优于成都台。
(2) 崇州台垂直分向记录的波形受到的干扰较小，信噪比高，能准确地识别地震初动震相。成都台垂直分向记录的波形受到的干扰较大，直接影响初动震相的识别。
(3) 成都台记录的小震级地震波形易被背景噪声掩盖，崇州台具有较强的小震级地震记录能力。
(4) 崇州台较成都台具有更好的背景噪声水平，能较准确地记录反映地震初动震相，产出高信噪比的地震数据。若在崇州台增加测震手段并纳入测震资料分析评比，将可能弥补成都台测震观测缺陷，提高整体的观测水平，产出较多高质量的地震数据。
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