涇縣地震臺DSQ數據固體潮分析

黃顯良郎孝齡何曉業(yè)許少峰王 巍唐 鄭

1）中國合肥 230031安徽省地震局

2）中國安徽242500涇縣地震臺

3）中國合肥230029中國科學技術大學國家同步輻射實驗室

涇縣地震臺DSQ數據固體潮分析

黃顯良1）郎孝齡2）何曉業(yè)3）許少峰3）王 巍3）唐 鄭3）

1）中國合肥 230031安徽省地震局

2）中國安徽242500涇縣地震臺

3）中國合肥230029中國科學技術大學國家同步輻射實驗室

對涇縣地震臺DSQ型水管儀觀測數據進行調和分析，認為傾斜儀工作比較穩(wěn)定，觀測資料質量達到形變規(guī)范要求；與往年同期數據調和分析結果進行對比，發(fā)現不同氣候條件、噪聲、地震等因素，均對調和分析結果，即相關潮汐參數有一定程度的影響。

Eterna；固體潮；調和分析；DSQ 水管傾斜儀

0 引言

涇縣地震臺始建于1975年，是集測震、形變、大地磁場和電磁波于一體的綜合性臺站，地處皖南山區(qū)南陵凹陷南端，附近有江南斷裂和周王斷裂通過，小斷層發(fā)育，臺站有大面積石英砂出露。臺站目前主要觀測設備有：KS-2000寬帶地震計、SSY-Ⅱ型石英伸縮儀、DSQ型水管傾斜儀、FHD-2B型質子磁力儀、WYY-1型氣象三要素輔助觀測設備等（郎孝齡等，2007）。其中DSQ水管傾斜儀保溫封閉措施完善，采用四周砌磚、頂部放置硬泡沫板的方式封閉腔體，最大程度降低溫度變化及氣流變化對儀器的干擾。

地球上某點所受引潮力實際是日、月及其他天體引力的疊加結果，加之地球自轉，從而導致復雜的周期性潮汐形變，固體地球潮汐形變即為固體潮（許澤厚等，2010）。由固體潮引起的地表形變由DSQ型水管傾斜儀記錄呈現。本文擬采用潮汐調和分析Eterna 34軟件，對涇縣地震臺DSQ型水管傾斜儀數據進行固體潮調和分析，得到當地相關潮汐參數。

1 調和分析軟件Eterna

Eterna軟件是德國地球物理學家Wenzel H G編寫的基于DOS平臺的潮汐分析軟件（Wenzel H G，1994；Wenzel H G，1996），已被國際地潮中心推薦作為標準軟件，具有數據采集、預處理、分析、結果輸出、可視化等功能。

Eterna軟件的ANALYZE模塊可廣泛用于引潮位、重力潮汐、傾斜固體潮、垂直應變、水平應變、體應變及海洋潮汐等觀測數據分析。控制參數文件是軟件計算結果正確的基礎，表1所示為控制參數文件所需部分參數。

表1 控制參數文件相關參數Table 1 Parameters of controlling parameter files

2 數據調和分析

2.1 水管傾斜儀布設參數

涇縣地震臺監(jiān)測洞體內搭建一套DSQ型水管傾斜儀（圖1），分東西和南北兩個方向布置，兩套系統(tǒng)安裝方位角等參數見表2。由于經緯度數據屬保密信息，文章中未給出。

涇縣地震臺站形變監(jiān)測洞體內觀測資料完整、連續(xù)率高，選用2012年1月1日至5月1日觀測數據進行固體潮調和分析。為了作圖清晰，僅取1月1日至17日的數據，見圖2，清晰可見完整的固體潮信息。

圖1 DSQ型水管傾斜儀Fig.1 DSQ water tube tiltmeter

表2 傳感器安裝參數Table 2 Parameters of sensor installation

圖2 固體潮數據Fig.2 Data of earth tide

2.2 驗證固體潮現象

2.2.1 固體潮理論基礎。以引潮天體月球M為例，圖3為月球和地球的位置關系，O點為地心，N為地表或地球內部任意一點，r為徑向，rM為月球到O點的距離，R為月球到N點的距離，zM為月球的地心天頂距。

由潮汐理論（許澤厚等，2010）可知，月球對N點的引潮位表達式為

圖3 月球、地球位置關系Fig.3 The position of moon and earth

為方便估算相關基本潮波的振幅，引進杜德森常數D（方俊，1984），即

根據天文學知識，可知天體地心天頂距（許澤厚等，2010）的表達式，帶入公式（2）即可得到月球對N點的引潮位表達式二階項，見公式（4）。同理，展開至3階后，即可辨別周日、半周日、三分之一日潮等潮波信息。

2.2.2 固體潮對DSQ水管傾斜儀影響驗證。為驗證DSQ型水管傾斜儀監(jiān)測數據變化由固體潮所致，對監(jiān)測數據進行頻譜分析，見圖4。由圖4可見，頻點 f1= 1.2×10-5Hz、f2= 2.4×10-5Hz、f3= 3.6×10-5Hz出現3個峰值，經計算，發(fā)現大約對應周期7.7 h、11.6 h和23.1 h的3個潮波分量，分別對應1/3日潮、半周日潮和周日潮，與潮汐周期特征基本吻合，說明DSQ型水管傾斜儀監(jiān)測數據完整記錄下固體潮影響。

圖4 DSQ水管傾斜儀數據頻譜分析Fig.4 Spectrum analysis of DSQ water tube tiltmeter data

2.3 調和分析

2.3.1 2012年1月1日至5月1日數據。將儀器位置、海拔等相關參數代入Eterna軟件，進行調和分析計算，結果見表3。

2.3.2 2011年1月1日至5月1日數據。為了深入研究固體潮對DSQ型水管傾斜儀的影響，用相同方法對2011年1月1日至5月1日的數據進行調和分析，以方便與2012年同期數據進行比對分析。調和分析結果見表4。

2.3.3 對比結果。根據理論計算（許少峰，2014），可得到周日潮波O1二階引潮力傾斜固體潮潮汐因子即γ2（O1） = 1 + k2- h2= 0.6949，γ2（M2） = 1 + k2- h2= 0.6937，γ2（M3） = 1 + k3- h3= 0.8035，這些傾斜潮汐因子值均是在彈性各向介質同性非自轉球對稱模型的地球假設條件下得到，若進一步考慮地球自轉、橢球率、介質非彈性等因素影響，潮汐因子數值相差甚小。由表3和表4可知：①潮汐因子數值接近理論值，說明涇縣地震臺DSQ型水管傾斜儀觀測資料質量較好（受限于篇幅，潮汐因子理論值詳見許少峰論文）；②對于不同年份同期數據，各潮波潮汐因子存在細微差別。

表3 2012年1月1日—5月1日調和分析得出的相關潮汐參數Table 3 Related tidal parameters drawn by harmonic analysis from January 1 to May 1 in 2012

表4 2011年1月1日—5月1日調和分析得出的相關潮汐參數Table 4 Related tidal parameters drawn by harmonic analysis from January 1 to May 1 in 2011

潮汐因子存在差別，可能是因為：①涇縣地震臺地處山區(qū)，洞體形變受降雨等氣候條件影響較大，降水滲入臺站監(jiān)測洞體上方山體地表及巖石縫隙，引起地面傾斜，因不同時期降雨量等外界氣候條件不同，此非固體潮變化不同，附加到固體潮信號中，進而影響調和分析結果；②不同時期受外界影響不近相同，如噪聲、地震等，干擾數據影響了調和分析結果。

3 結束語

DSQ型水管傾斜儀工作比較穩(wěn)定，可完整記錄固體潮信息，調和分析得出的相關潮汐參數和理論值接近，觀測資料質量達到形變規(guī)范（DB/T46—2012）要求。

氣候條件（降雨等）、噪聲、地震等因素對DSQ型水管傾斜儀數據調和分析結果有一定影響。在實際工作中，可以通過濾波、平滑等不同數據處理方法降低影響，如：對降雨、噪聲干擾進行壓制或剔除，對地震影響進行突出。

在論文撰寫過程中，中國科學技術大學國家同步輻射實驗室何曉業(yè)教授及團隊給予建議和幫助，在此表示感謝。

方俊.固體潮［M］.北京：科學出版社，1984.

郎孝齡，翟義勇，曹志磊，等.涇縣地震臺地磁 FHD 儀器房建設幾點體會［J］.防災科技學院學報，2007，9（3）： 71-73.

許澤厚，等.固體地球潮汐［M］.武漢：湖北科學技術出版社，2010.

許少峰.粒子加速器中復雜靜力水準系統(tǒng)的精度理論與驗證研究［D］.中國科學技術大學，2014.

Wenzel H G.Earth tide analysis package ETERNA 3.0［J］.Marées terrestres，1994，118： 8 719-8 721.

Wenzel H G.The nanogal software： Earth tide data processing package ETERNA 3.30［J］.Bull Inf Marées Terrestres，1996，124：9 425-9 439.

Harmonic analysis of the data of the tilt tide recorded by DSQ water tube tiltmeter at Jingxian Seismic Station with using Eterna

Huang Xianliang1），Lang Xiaoling1），He Xiaoye2），Xu Shaofeng2），Wang Wei2）and Tang Zheng2）
1） Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China
2） Jingxian Seismic Station，Anhui Province 242500，China
3） NSRL，University of Science and Technology of China，Hefei 230029，China

The tidal effects on DSQ water tube tiltmeter is proved to be recorded completely through fast Fourier transformation to the raw data.Besides，it is assessed that the DSQ water tube tiltmeter runs stably through harmonic analysis of the data of the tilt tide recorded by DSQ water tube tiltmeter at Jingxian Seismic Station.The quality of the observations reaches relative specification requirements.Through comparative analysis of the harmonic analysis results between the data of the same period in different years，it can be concluded that different climatic conditions，noise and even earthquake will affect the tidal wave parameters.

Eterna，earth tide，harmonic analysis，DSQ water tube tiltmeter

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.017

黃顯良，男，高級工程師，主要從事地震監(jiān)測與地震預測研究工作。E-mail：66988840@qq.com

安徽省地震局重點基金課題（20130601）資助

本文收到日期：2015-07-01