青海數(shù)字測震臺網(wǎng)臺站地動噪聲分析

萬玉杰，馬麗，李振凱

(青海省地震局，青海 西寧 810001)

0 引 言

青海省數(shù)字測震臺網(wǎng)由11個國家測震臺、28個區(qū)域測震臺和1個小孔徑臺陣組成。隨著觀測環(huán)境的變化一些臺站受到不同程度的干擾，背景噪聲變大，夾雜干擾震相不易識別，給地震速報定位、地震預(yù)警等工作帶來困難，因此對這些臺站的噪聲結(jié)果進(jìn)行分析，提供相應(yīng)的對策。

1 臺網(wǎng)概況

青海省數(shù)字測震臺網(wǎng)經(jīng)中國地震臺網(wǎng)中心JOPENS系統(tǒng)流服務(wù)器接收了共26個鄰省地震臺站數(shù)據(jù)，包括甘肅省4個、新疆維吾爾自治區(qū)2個、西藏自治區(qū)6個、四川省4個地震臺站。根據(jù)青海省不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r及人口聚居情況，東部地區(qū)臺站分布密度較大，臺間距約為30～100 km；中部地區(qū)臺站分布密度較小，臺間距約為100～200 km；西部地區(qū)臺站分布極其稀疏，平均臺間距大于200 km。目前，青海省數(shù)字測震臺網(wǎng)的臺站分布情況如圖1所示，臺站儀器配置及基巖類型如表1所示。本文選用參加國家資料評比的11個國家測震臺站和27個區(qū)域測震臺站作為研究對象。

表1 測震臺站儀器配置

續(xù)表

圖1 青海與鄰省省測震臺站分布

2 數(shù)據(jù)資料選取與預(yù)處理

選取2012年1月1日～2021年12月31日每年5月份中除地震事件外連續(xù)48 h的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行該臺站當(dāng)月臺基噪聲的計算。因為數(shù)字波形中包含直流分量，不表示地面運動，在計算中必須扣除。把整個記錄長度求和除以記錄的總數(shù)，即取記錄的平均值作為該記錄的直流偏離量，然后逐點減掉直流偏離量[1]。

(1)

其中，fj表示每個采樣點的值，N為記錄長度的總采樣個數(shù)。

扣除儀器響應(yīng)：

(2)

式中，Sd代表儀器的靈敏度，A0是歸一化常數(shù)，rn為復(fù)零點，pm為復(fù)極點。

3 計算臺基噪聲功率譜

數(shù)字地震儀的地動噪聲功率譜密度根據(jù)儀器種類及零點和增益參數(shù)計算[2]，公式為：

(3)

式中：P—加速度或速度功率譜密度；

f0—分度倍頻程中心頻率；

RBW—相對帶寬；

fu—分度倍頻程上限頻率；

fl—分度倍頻程下限頻率。

4 計算結(jié)果

一般用垂直向來測定臺基噪聲功率譜密度曲線。中國地震局制定的《地震測震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求》規(guī)定將臺基背景噪聲在1～20 Hz頻帶范圍的速度RMS值作為評估標(biāo)準(zhǔn)，因此本文只列出各臺垂直向1～20 Hz的臺基噪聲計算結(jié)果(表2)。從表2中的計算結(jié)果可以看出10年來青海省各測震臺站的臺基背景噪聲RMS值在逐年增長，變化曲線圖如圖2所示。根據(jù)《地震測震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求》，臺基背景噪聲RMS<3.16×10-8m/s為Ⅰ類臺基，3.16×10-8m/s≤RMS<1.0×10-7m/s為Ⅱ類臺基，1.0×10-7m/s≤RMS<3.16×10-7m/s為Ⅲ類臺基。

表2 各測震臺2012年至2021年每年5月份垂直向臺基噪聲計算結(jié)果

續(xù)表

圖2 RMS值變化對比曲線

根據(jù)計算結(jié)果，都蘭地震臺2013年和2014年臺基噪聲有明顯變化，究其原因，是擺房附近修建高速公路嚴(yán)重影響觀測質(zhì)量，因此對該地震臺臺址進(jìn)行了擇址重建，于2014年11月遷至海西州都蘭縣香日德鎮(zhèn)東山村觀測山洞，2015年起臺基噪聲RMS值明顯好轉(zhuǎn)，恢復(fù)Ⅰ類水平。德令哈地震臺和民和地震臺10年來的噪聲水平都在Ⅱ類臺基RMS值范圍內(nèi)，屬Ⅱ類臺基。西寧地震臺RMS值最大，為Ⅲ類臺基。同仁地震臺噪聲水平在10年計算結(jié)果中有兩年結(jié)果較大，其余都在Ⅰ類臺基RMS值范圍內(nèi)，屬Ⅰ類臺基。大柴旦地震臺噪聲水平在10計算結(jié)果中只2021年結(jié)果較大，其余都在Ⅰ類臺基RMS值范圍內(nèi)，屬Ⅰ類臺基。循化、囊謙和久治地震臺的噪聲水平在10年來的計算結(jié)果變化波動比較大，多個年份的噪聲水平在Ⅱ類臺基RMS值范圍內(nèi)，考慮到影響臺站觀測環(huán)境的因素會隨著時間的推移增多，因此將這三個臺站歸為Ⅱ類臺基，其余地震臺站均達(dá)到Ⅰ類臺基噪聲水平。RMS值變化較大的地震臺站如圖3所示。

圖3 RMS值變化較大的測震臺站

本文給出RMS值較大的德令哈、民和、西寧地震臺連續(xù)6年的臺基地動噪聲功率譜密度曲線見圖4～圖6。德令哈和民和地震臺地動噪聲功率譜密度在-150～-140 dB，是Ⅱ類臺基，西寧地震臺地動噪聲功率譜密度在-140 dB以上，是Ⅲ類臺基[1]。

圖4 德令哈地震臺

圖5 民和地震臺

圖6 西寧地震臺

5 結(jié)論與建議

(1)基巖越堅硬，塊體越大、越完整，地噪聲干擾水平就越小，選臺址最好要大面積完整的基巖臺基。人為活動也是影響地動噪聲水平的主要因素[3]。選臺址最好盡量避開公路、城市、村莊、工廠等人為干擾源。

(2)德令哈地震臺地動噪聲RMS值在3.31×10-8～9.18×10-8m/s范圍內(nèi)，為Ⅱ類臺基；西寧地震臺地動噪聲RMS值在8.88×10-8～2.80×10-7m/s范圍內(nèi)，為Ⅲ類臺基；建議德令哈、西寧和循化地震臺擇址重建，選擇遠(yuǎn)離城市及干擾源的大面積堅硬基巖建臺。

(3)民和地震臺地動噪聲RMS值在2.72×10-8～7.55×10-8m/s范圍內(nèi)，為Ⅱ類臺基。主要原因為臺站3 km范圍內(nèi)有采石場、鄉(xiāng)間公路等，干擾較大。其中主要干擾源是采石場振動，可到實地調(diào)查，掌握采石場爆破時間段，從而排除爆破干擾對地震事件分析的影響。

(4)囊謙和久治地震臺地動噪聲RMS值近幾年明顯變大，原因可能與牧區(qū)生產(chǎn)生活條件不斷改善，臺站周邊修建公路，牧民放牧等造成的干擾有關(guān)。建議在臺站四周修建圍墻或圍欄，減少牧民放牧?xí)r對臺站地動噪聲的影響。

致謝：本文使用港震公司童汪練老師開發(fā)的計算軟件，在此深表謝意。同時感謝青海省地震局信息中心儀器維修室的各位同志對本文的幫助。