薛生瑞，高翠珍，王曉霞，徐 博

(1.山西省地震局離石中心地震臺，山西 離石 033000；2.山西省地震局，山西 太原 030021；

3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

1 臺站概況

離石中心地震臺(以下簡稱離石臺)位于山西呂梁市方山縣北武當名勝風景區(qū)，該景區(qū)最高海拔2 254 m，總面積約80 km2，系我國北方道教圣地之一。北武當觀測站位于北武當山山腳下，臺基屬花崗巖，海拔高程1 420 m。新建觀測洞室?guī)r石平均厚度大于50 m，觀測項目有區(qū)域測震、水管傾斜儀、伸縮儀、水平擺傾斜儀、鉆孔應變儀、氣象三要素等。觀測站有太古界呂梁期花崗巖、本區(qū)花崗巖巖性，臺址的地貌屬花崗巖典型地貌形態(tài)構造，屬呂梁山斷塊隆起區(qū)，距儀器山洞最近的斷裂為劉家岔斷裂，位于儀器山洞東1.6 km處，斷裂長6 km。

DSQ水管傾斜儀(以下簡稱水管儀)與SSQ-2I水平擺傾斜儀(以下簡稱水平擺)均安裝在離石臺北武當觀測站新建的一個山洞內(nèi)。水平擺與水管傾斜儀的間距不足5 m。兩臺儀器方位角均成正北、正南基線，均互相平行，相對來說，測的是同一個物理量(見第18頁圖1)。

山洞的洞體全長201 m，其中引洞50 m，從洞口向北東38°方向計要求，高2 m，寬1.8 m；儀器洞長134 m，其中，儀器支洞過渡洞長14 m，水管和應變的3個分量儀器室各長40 m，高2.0 m，寬1.8 m；6個支洞，高2.6 m，寬2.8 m[1]。

2 水管儀與水平擺的性能及安裝情況

水平擺的工作原理是:利用水平擺的高放大性能，對微小的地傾斜變化進行連續(xù)記錄；水管儀的工作原理是：相同的2個容器中，同一液體在相同的氣壓、溫度等條件下，其液面在靜止時位于統(tǒng)一水平面上，當?shù)孛娈a(chǎn)生傾斜時，2個容器也隨之傾斜，從而相對于保持水平的液面產(chǎn)生垂直位移，借助于測微系統(tǒng)精確地測定此位移量，即可換算成地面的傾斜值[2]。

水管傾斜儀與水平擺傾斜儀的觀測對象都是地平面與水平面之間的夾角(即地平面法線與鉛垂線的夾角)及其隨時間的變化[3]。觀測值單位是角秒，具有大小和方向。觀測精度為0.003″，零漂≤0.005″/d，采樣率為1次/分鐘[3]。

3 水管儀與水平擺的地傾斜同震響應特征分析[4-5]

選取17個地震，作為2種地傾斜觀測儀器的同震響應分析樣本(見第18頁表1)，震級范圍從5.1級到9.0級。最近的甘肅岷縣6.6級地震的震中距是738.1 km，最遠的斯科舍海7.8級地震，震中距達12 743 km，除發(fā)生在陸地的地震外，也有發(fā)生在海底的地震。

從表1可以看出，2套儀器對同一地震的響應不同；相同儀器對同一地區(qū)不同震級地震的響應也不相同；不同的地傾斜儀器對同一地震的響應幅度、延遲時間、震蕩時間的響應也不相同；隨著震級的增大，不同儀器或同一儀器，在幅度、延遲時間、震蕩時間的響應也不同[6]。

表1 選取地震樣本及水管儀、水平擺響應幅度參數(shù)統(tǒng)計表

(1) 最大變形幅度。

從水管儀和水平擺對17個震例的響應幅度對比曲線看出，16次地震的水平擺響應幅度大于水管儀響應幅度，有1次地震的水管儀響應幅度大于水平擺(見圖2)。

水管儀的變形幅度與震級、震中距有關。如，日本9.0級地震比巴基斯坦7.9級地震響應幅度大；四川蘆山7.0級地震比甘肅岷縣6.6級地震響應幅度大；四川蘆山與千島群島地震震級相同，震中距與響應幅度成反比；吉林松原5.8級地震比5.5級地震響應幅度大。在地方震震中距相同的情況下，震級大則響應幅度大。

水平擺對17次地震的響應幅度與震級成正比，震級越大，響應幅度越大。吉林松原震中距相同而震級不相等的2次地震的響應幅度不一樣，說明與震中距無關；震級大的遠震反而比震級小的近震響應幅度小，如，千島群島7.0級地震比四川蘆山7.0級地震、新疆于田6.2級地震的響應幅度小。水平擺的變形幅度與震級、震中距有一定關聯(lián)。

同震響應幅度上，水平擺對5級以下地震的響應幅度能記錄到，但有時水管儀記錄不到5.0級以下地震的同震響應。

圖2 水平擺、水管儀震級與響應幅度對比曲線

(2) 地震響應延遲時間。

由圖3可以看出，水管儀與水平擺的地震響應延遲時間與地震震中距成正比，震中距越大，延遲時間越長。最遠的斯科舍海7.8級、溫哥華以西地區(qū)7.9級地震延遲時間分別為23分、21分和20分、15分，最近的甘肅岷縣6.6級地震震中距738.1 km，水管儀與水平擺的響應延遲時間分別為6分、1分鐘。所以，水平擺的響應延遲時間均比水管儀的短。

圖3 水管儀、水平擺響應延遲時間與震中距關系曲線

(3) 同震持續(xù)時間。

由圖4看出，水管儀與水平擺的同震響應時間均與震級成正比，震級越大，同震持續(xù)時間越長。強地震引起的響應持續(xù)時間比中等地震長，水平擺的同震持續(xù)時間比水管儀的長。

圖4 地震震級與地震響應持續(xù)時間關系曲線

(4) 震中距相近、震級不同的響應比。

對于地震震中距相近的地震，如，吉林松原5.8級、5.5級地震，水平擺的響應幅度分別為47.4 ×10-3″ 、1.68×10-3″，水管儀的幅度分別為38.5×10-3″、1.0×10-3″；甘肅岷縣6.6級地震、甘肅張掖5.1級地震，水平擺的響應幅度為26.2×10-3″、2.4×10-3″，水管儀的響應幅度分別為1.4×10-3″、0.12×10-3″，響應幅度均隨震級的下降而逐步下降，地震振蕩時間隨震級增大而延長。對同一地震，水管儀的延遲時間比水平擺的要短。對于震中距相同或相近、震級不同的地震，同一觀測系統(tǒng)的地震響應幅度、振蕩時間與地震震級成正比關系，延遲時間相同。

4 結論

(1) 離石臺水管儀和水平擺2種地傾斜觀測系統(tǒng)都能記錄到同震響應，這種響應都以高頻振蕩衰減的形式疊加在所記錄到的傾斜固體潮上。

(2) 2種地傾斜觀測系統(tǒng)的地震響應持續(xù)時間與震級成正比，震級越大，同震持續(xù)時間越長，強地震引起的響應時間比中強地震時間要長。

(3) 在震中距相近的情況下，同一觀測系統(tǒng)的同震變形波幅度、振蕩時間與震級成正比，延遲時間相同。

(4) 水管儀的形變波響應幅度與震級成正比，與震中距成反比；水平擺的形變波幅度主要與震級有關，但與震中距也有一定的關系。

參考文獻：

[1] 薛生瑞，徐 博，高翠珍，等.山西離石中心地震臺數(shù)字傾斜儀資料質(zhì)量跟蹤分析[J].山西地震,2013(4):14-17.

[2] 國家地震局.地傾斜臺站觀測規(guī)范[M].北京：地震出版社，1986：5-10.

[3] 中國地震局.地震及前兆數(shù)字觀測技術規(guī)范[M].北京：地震出版社，2001.

[4] 牛安福，張 晶，吉 平，等.強地震引起的同震形變響應[J].內(nèi)陸地震,2005,19(1):1-7.

[5] 牛安福，吉 平，高福旺，等.印尼強地震引起的同震形變波[J].地震,2006,26(1):133-136.

[6] 楊玲英，崔慶谷，毛先進，等.云龍地震臺水管儀與水平擺同震響應對比分析[J].地震研究,2012,35(1):48-52.