吳 雙,李樹鵬,胡旭輝,王 良
(山東省地震局,山東 濟(jì)南 250000)
“十三五”項(xiàng)目建設(shè)完成后,山東省內(nèi)已建成布局基本合理的數(shù)字化測震觀測系統(tǒng),該系統(tǒng)可以滿足日常地震速報(bào)工作的要求,但對微震事件或局部地區(qū)的非天然地震事件的監(jiān)控能力仍顯不足。在較大地震發(fā)生后,對余震活動(dòng)進(jìn)行有效跟蹤監(jiān)測是地震應(yīng)急工作的首要任務(wù)。但往往因?yàn)榕_站的密度不夠,無法準(zhǔn)確定位余震,在一定程度上影響到震后趨勢判斷,而應(yīng)急流動(dòng)臺的架設(shè)就可以有效地彌補(bǔ)局部地區(qū)監(jiān)測能力不足,從而提高地震定位精度(張清等,2019)。
根據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定,2020年2月18日17時(shí)7分在山東省濟(jì)南市長清區(qū)(36.47°N,116.64°E)發(fā)生了M4.1地震,震源深度10 km。震中距平陰縣城26 km,距肥城市區(qū)34 km,距濟(jì)南市區(qū)41 km。按照地震應(yīng)急響應(yīng)工作安排,山東省地震局出動(dòng)現(xiàn)場流動(dòng)監(jiān)測隊(duì),負(fù)責(zé)在震區(qū)架設(shè)流動(dòng)臺,對余震活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)中國地震局學(xué)科管理相關(guān)要求,地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、通信設(shè)備、供電設(shè)備等均要做好檢測工作,包括備用儀器、電纜等均要存放于應(yīng)急庫房,以備不時(shí)之需。
流動(dòng)臺的布設(shè)是應(yīng)急流動(dòng)觀測的重要環(huán)節(jié),根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),流動(dòng)觀測臺站應(yīng)圍繞地震震中布設(shè),而且流動(dòng)臺和現(xiàn)有固定臺要合理的對震中形成包圍分布,同時(shí)還需要考慮地震構(gòu)造帶的走向、地震破裂方向和震中遷移情況(張璐等,2019)。根據(jù)長清地震震中位置,同時(shí)考慮到流動(dòng)臺臺址應(yīng)避開陡坡、風(fēng)口、局部地形起伏變化大的地點(diǎn)以及可能影響觀測的震動(dòng)源,經(jīng)過對震中現(xiàn)場的勘察,選定了賈莊(LJIN)、小屯(L3704)、顧小莊(L3705)、五峰山(L3706)4個(gè)環(huán)境噪聲低、儀器能安全運(yùn)行、通信供電條件良好的觀測點(diǎn)架設(shè)流動(dòng)臺,加上長清(CHQ)固定臺,本次地震固定臺和流動(dòng)臺聯(lián)合組網(wǎng)的流動(dòng)監(jiān)測臺網(wǎng)完成,可以較好地包圍余震活動(dòng)區(qū)(謝江濤等,2019)。濟(jì)南長清4.1級地震應(yīng)急流動(dòng)觀測聯(lián)合組網(wǎng)臺站的空間分布如圖1,各應(yīng)急流動(dòng)觀測臺站的具體信息如表1。
圖1 濟(jì)南長清M4.1地震流動(dòng)臺組網(wǎng)分布圖
表1 濟(jì)南長清M4.1地震應(yīng)急流動(dòng)臺信息表
地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器的參數(shù)配置和性能檢測決定了流動(dòng)臺在數(shù)據(jù)處理中的有效性。流動(dòng)臺架設(shè)完成后,工作人員對其進(jìn)行參數(shù)配置,確認(rèn)流動(dòng)臺授時(shí)正確,并進(jìn)行正弦、脈沖標(biāo)定,測試地震計(jì)性能是否良好,且流動(dòng)臺采樣率一般設(shè)為100 sps。4個(gè)流動(dòng)臺地震計(jì)正弦標(biāo)定、脈沖標(biāo)定如圖2。4個(gè)流動(dòng)臺正弦標(biāo)定和脈沖標(biāo)定結(jié)果如表2,結(jié)果顯示4個(gè)流動(dòng)臺工作狀態(tài)均正常。表2中觀測系統(tǒng)靈敏度計(jì)算公式為:觀測系統(tǒng)靈敏度=地震計(jì)電壓靈敏度/數(shù)采轉(zhuǎn)換因子。以L3704流動(dòng)臺垂直向?yàn)槔M(jìn)行計(jì)算,采集電壓為±10 V,地震數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換因子為74.5 nV/Count,地震計(jì)垂直向電壓靈敏度為999.01 V·s/m,通過公式計(jì)算得出L3704流動(dòng)臺垂直向的觀測靈敏度為13 409.53 Count·s/μm。
圖2 流動(dòng)臺正弦標(biāo)定和脈沖曲線圖
表2 4個(gè)流動(dòng)臺的標(biāo)定結(jié)果
噪聲水平是衡量地震臺站觀測環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo),也是衡量地震臺站觀測的地震波形數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要因素(王松等,2016)。地震流動(dòng)臺網(wǎng)架設(shè)主要目的是監(jiān)測余震活動(dòng)情況,為后續(xù)震情跟蹤、震情趨勢分析和斷層分析等提供有力的數(shù)據(jù)。為此流動(dòng)臺架設(shè)完成后,對臺基的噪聲水平分析就變得非常重要。本文采用Welch方法計(jì)算樣本數(shù)據(jù)的加速度功率譜密度評估臺基環(huán)境地動(dòng)噪聲水平(張宇等,2013)。隨機(jī)選取無地震事件6 h時(shí)間段原始數(shù)據(jù)作為計(jì)算樣本,計(jì)算4個(gè)流動(dòng)臺的臺基噪聲,各臺的噪聲功率譜密度曲線圖如圖3、圖4。
圖3 L3704小屯(左)和L3705顧小莊(右)流動(dòng)臺臺基噪聲功率譜密度曲線
圖4 L3706五峰山(左)和LJIN賈莊(右)流動(dòng)臺臺基噪聲功率譜密度曲線
從流動(dòng)臺臺基噪聲功率譜密度曲線圖可以看出:(1)小屯和賈莊兩個(gè)流動(dòng)臺均使用短周期地震計(jì),兩個(gè)臺站分別在2 s~50 Hz和2 s~60 Hz頻帶范圍內(nèi)的高頻段臺基噪聲要高于NHNM曲線,說明臺站附近可能存在固定干擾源,也可能與流動(dòng)臺當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)構(gòu)造有關(guān)(侯頡等,2019)。(2)顧小莊和五峰山兩個(gè)流動(dòng)臺臺基噪聲在60 s~80 Hz頻帶范圍內(nèi)曲線大致正常,水平向在低頻段稍高于NHNM曲線,造成這種情況可能為附近環(huán)境干擾,如風(fēng)、大氣流動(dòng)等。另外,顧小莊流動(dòng)臺部分時(shí)段在高頻段臺基噪聲較高,可能是流動(dòng)臺存在不定時(shí)外界人為干擾。4個(gè)流動(dòng)臺臺基倍頻程1~20 Hz頻帶范圍內(nèi)環(huán)境地動(dòng)噪聲水平值如表3。
表3 流動(dòng)臺臺基噪聲平均RMS值
4個(gè)流動(dòng)臺從2月18日架設(shè)完成至3月23日撤臺一直運(yùn)行良好,運(yùn)行率均在99.86%以上,各臺站運(yùn)行率情況如表4。
表4 4個(gè)流動(dòng)臺的運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)
截至2020年3月5日,流動(dòng)臺運(yùn)行期間共記錄到余震事件34次。其中,M3.0~M3.9余震1次,M2.0~M2.9余震1次,M1.0~M1.9余震3次,M1.0以下余震29次(包含一個(gè)單臺不可定位事件)。記錄到震級最大的余震為2020年2月20日4時(shí)44分的長清M3.1(36.46°N,116.63°E)地震,震源深度8 km。流動(dòng)臺記錄到的地震波形如圖5、圖6。
圖5 L3704小屯(左)和L3705顧小莊(右)地震波形
圖6 L3706五峰山(左)和LJIN賈莊(右)地震波形
流動(dòng)臺的架設(shè)可以實(shí)現(xiàn)對震區(qū)有效覆蓋,提升震區(qū)余震活動(dòng)的監(jiān)測能力。通過對流動(dòng)臺脈沖和正弦標(biāo)定測試,驗(yàn)證流動(dòng)臺設(shè)備性能良好;通過對流動(dòng)臺臺基噪聲數(shù)據(jù)樣本功率譜密度分析,獲得各流動(dòng)臺臺基地動(dòng)噪聲功率譜密度曲線和臺基倍頻程1~20 Hz頻帶范圍內(nèi)環(huán)境地動(dòng)噪聲水平值,垂直向最優(yōu)可達(dá)到2.44645e-7m/s。科學(xué)合理的流動(dòng)臺布設(shè)獲取了長清M4.1地震大量的余震記錄,精確的余震定位為震后余震活動(dòng)、震后趨勢判斷及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的分析均提供了有效的基礎(chǔ)資料。