王穎昌 岳鵬 朱宣明 高余慶

（1.陜西省地震局，陜西 西安 710068；2.安康地震監(jiān)測中心站，陜西 安康 725000）

0 引言

漢中地區(qū)由龍門山北東向斷裂帶和略陽—洋縣東西向斷裂圍限，盆地與周圍山地的差異運動強烈，地震活動較為頻繁。最大歷史地震為5.5級地震（洋縣1624年、1635年，漢中1636年，略陽1908年），最大近代地震為1967年南鄭5級地震，該地區(qū)現(xiàn)有定點形變臺站兩個，分別是漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺，共架設各類傾斜應變觀測儀器5臺套，對監(jiān)測和研究該區(qū)域地表變形、斷層活動、地震前兆及深部構造演化等具有重要的科學價值。本研究通過對分別架設在兩個臺站的兩套DSQ型水管傾斜儀和兩套SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀近5年的連續(xù)率、完整率、年零漂、長周期擬合相對噪聲水平和資料質量評定內精度（M2波潮汐因子均方差mγ和M2波潮汐因子相對中誤差σα/α）等技術指標進行計算，總體評價觀測資料質量，以期為無人值守地震臺站監(jiān)測效能評估和地震預測預報提供參考。

1 臺站及測項概況

1.1 南鄭813廠形變臺基本情況及地震地質構造背景

漢中形變臺（南鄭813廠）地傾斜（應變）觀測采用全數字化觀測儀器，為無人值守臺站。該臺位于漢中市南鄭縣813廠軍用山洞內，海拔高度564 m，山洞進深183 m，臺基巖性為偉晶花崗巖，堅硬完整，致密均勻，巖層傾角8°左右，地理坐標為東經107°43′、北緯33°1′。該山洞地處龍門山北東向斷裂帶的北東端，距娘娘山—秦家壩斷層1 km，距漢江3 km，周圍無大型建筑、采礦爆破點、輸變電站等干擾。最大歷史地震為5.5級地震（洋縣1624年、1635年，漢中1636年，略陽1908年），最大近代地震為1967年南鄭5級地震。

1.2 漢中形變臺（南鄭813廠）測項分布情況

漢中形變臺（南鄭813廠）現(xiàn)安裝有DSQ型水管傾斜儀、SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀、VP型寬頻帶傾斜儀。儀器測項分布如圖1所示。

1.3 寧強形變臺基本情況及地震地質構造背景

寧強形變臺位于陜西省寧強縣漢源鎮(zhèn)滴水鋪村石梁溝，距離寧強縣城約14 km，建成于2011年，現(xiàn)為無人值守臺站。其地理坐標為東經106°24′、北緯32°92′，海拔高度865 m，屬北亞熱帶內陸性季風氣候?，F(xiàn)有觀測山洞為村民開挖的石炭洞，洞內已無石炭，為沉積灰?guī)r，巖性致密完整，覆蓋30 m，青岡木植被。2011年經優(yōu)化改造后，適用于數字化傾斜儀和洞體應變儀觀測。臺站地處秦嶺山脈中段南坡，地貌為山地，構造上處于平武－青川斷裂帶東南盤上。

1.4 寧強形變臺測項分布概況

寧強形變臺現(xiàn)安裝有DSQ型水管傾斜儀、SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀兩套儀器。儀器測項分布圖如圖2所示。

2 觀測資料質量評價

2.1 資料選取與評價指標

本研究選取了漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺水管儀2017—2021年DSQ型水管傾斜儀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀的觀測數據產品，包括整點值、日均值和五日均值等，參考地殼形變學科組擬定的技術指標進行對比研究，選定的洞體傾斜觀測質量評價指標有連續(xù)率、完整率、年零漂、M2波潮汐因子均方差mγ、相對噪聲水平，洞體應變觀測質量指標有連續(xù)率、完整率、年零漂、M2波潮汐因子相對中誤差σα/α、相對噪聲水平。

2.2 數據連續(xù)率、完整率和年零漂

觀測數據連續(xù)、完整是地震研究對觀測數據的基本要求，也是檢驗觀測儀器運行質量的重要條件，按照地殼形變學科組評分標準一般大于99.5%視為優(yōu)秀，連續(xù)率和完整率的計算公式分別為式（1）和式（2）。

按式（1）和（2）分別計算漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺DSQ型水管傾斜儀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀2017—2021年的數據連續(xù)率（原始數據）和完整率（預處理數據），結果如表1、表2所示。由表1可知，數據連續(xù)率方面，漢中臺水管儀除2020年因更換整套觀測系統(tǒng)導致連續(xù)率為98.2%以外，其他年份數據連續(xù)率均在99.5%以上，寧強臺水管儀2017—2021年數據連續(xù)率均在99.6%以上，達到優(yōu)秀標準；數據完整率方面，201—2021年漢中臺水管儀完整率在97.7%～99.7%之間，平均值98.8%，寧強臺水管儀完整率在97.9%～99.7%之間，平均值99.0%。由表2可知，漢中臺和寧強臺伸縮儀2017—2021年數據連續(xù)率為97.9%～100%，2019年寧強臺伸縮儀兩分量數據均完整連續(xù)，無缺記、斷記；數據完整率方面，漢中臺在2018年對伸縮儀觀測系統(tǒng)進行了整體更換，儀器安裝調試過程產生中產生了較多的錯誤數據，造成當年數據完整率偏低，其他年份均在98%以上，寧強臺伸縮儀2017—2021年數據完整率僅為89%～99%，整體來看DSQ水管傾斜儀運行質量寧強臺略優(yōu)于漢中臺，SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀運行質量漢中臺優(yōu)于寧強臺，經查詢觀測日志可知，影響觀測數據連續(xù)性和完整性的主要原因有：供電系統(tǒng)故障，數據采集器故障，傳感器故障和人員進洞調零，維修儀器干擾寧強臺伸縮儀以及受到山洞內鼠患影響。

年零漂用于衡量觀測儀器及基墩穩(wěn)定程度或地殼繼承性新構造運動，在一定程度上反映了儀器的穩(wěn)定性及所測方向的微小形變，可采用日均值法和潮汐值法進行計算［1］。本研究采用日均值法計算漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺DSQ型水管傾斜儀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀的年零漂，即將1年內12月31日與1月1日日均值的差值作為該年度零漂值。計算結果見表1和表2。結果顯示，寧強臺水管儀NS向年零漂較小，EW向次之，漢中臺水管儀兩分量年零漂相對較大，其中EW向略小于NS向；寧強臺伸縮儀EW向年零漂波動較大，NS向和漢中臺伸縮儀兩個分量年零漂較小且相對穩(wěn)定，漢中臺2018年和2020年分別對伸縮儀和水管儀觀測系統(tǒng)進行更換后，年零漂幅度未見明顯變化。

表1 DSQ型水管傾斜儀連續(xù)率、完整率和年零漂統(tǒng)計

表2 SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀連續(xù)率、完整率和年零漂統(tǒng)計

2.3 相對噪聲水平

長周期擬合相對噪聲水平M1是衡量觀測資料長期穩(wěn)定性的一項重要指標，是用契比雪夫多項式與一個年度觀測資料的5日均值作30階擬合得到的［2］，計算公式為式（3）、式（4）。

式中：Tn(x)稱為契比雪夫多項式；x為五日均值；C0為常數；Cn為擬合系數；n為系列號；m為提取的五日均值總個數［3］。

根據式（3）、式（4）分別計算漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺DSQ型水管傾斜儀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀的相對噪聲水平M1，計算結果見表3和表4，可以看出2017—2021年寧強臺水管儀兩分量相對噪聲M1在0.001 1～0.003 7之間，長期保持較低水平且較為穩(wěn)定，漢中臺水管儀兩分量相對噪聲M1在0.000 9～0.063 2之間，相對噪聲水平偏大；2017—2021年漢中臺伸縮儀兩分量相對噪聲M1平均值分別為：NS向0.003 8、EW向0.007 9，均小于寧強臺，由相對噪聲水平越低，則儀器穩(wěn)定性越好可知，寧強臺水管儀穩(wěn)定性優(yōu)于漢中臺，漢中臺伸縮儀穩(wěn)定性優(yōu)于寧強臺，同時觀測系統(tǒng)的更新亦未見對相對噪聲水平有所提升。

表3 DSQ型水管傾斜儀相對噪聲M1計算結果（單位："）

表4 SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀相對噪聲M1計算結果（單位：1×10?6）

2.4 資料質量評定內精度

DSQ型水管儀觀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀觀測資料精度分別以調和分析M2波潮汐因子均方差mγ和調和分析M2波潮汐因子相對中誤差σα/α作為資料質量評定內精度計算指標。采用Vene?dikov調和分析方法［4］，利用EIS2000地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)［5］，分別計算漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺DSQ型水管傾斜儀的M2波潮汐因子均方差mγ，如表5所示；分別計算漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀M2波潮汐因子相對中誤差σα/α，如表6所示。

表5 DSQ型水管傾斜儀M2波潮汐因子均方差計算結果

表6 SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀M2波潮汐因子相對中誤差σα/α計算結果

觀測資料精度與場地環(huán)境、儀器最初架設情況、安裝點的地理位置、地質構造、觀測系統(tǒng)、人為干擾、自然環(huán)境干擾等均密切相關［6］。從計算結果可以看出，總體上看漢中臺水管儀mγ為0.001 5～0.006 5，寧強臺mγ為0.001 5～0.004 7，均滿足地殼形變學科組mγ≤0.02的技術指標，以2021年為例，和陜西省內其他同類形變臺站相比，寧強臺水管儀兩分量mγ平均值0.002 5，僅高于乾陵臺（0.002 0），位列全省第二，漢中臺mγ（0.003 1）與隴縣臺（0.003 1）持平，優(yōu)于華陰臺（0.003 7）、西安臺（0.004 6）、寶雞臺（0.006 5）和平利臺（0.011 8）；漢中臺伸縮儀σα/α為0.005 3～0.012 6，寧強臺σα/α為0.009 4～0.046 0，同樣符合地殼形變學科組σα/α≤0.05的技術指標要求。觀測系統(tǒng)更新對資料質量評定內精度提升同樣不明顯。

3 結論

綜上，通過對漢中形變臺（南鄭813廠）和寧強形變臺2017—2021年DSQ型水管傾斜儀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀的觀測數據進行對比分析得到以下結論。

①在儀器運行質量方面，寧強臺和漢中臺的DSQ水管傾斜儀總體運行平穩(wěn)，數據連續(xù)性好，受觀測系統(tǒng)故障和人為事件干擾影響，寧強臺和漢中臺SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀觀測數據連續(xù)率和完整率偏低。

②在儀器穩(wěn)定性方面，通過比較年零漂和相對噪聲水平M1兩個指標，可以看出寧強臺DSQ水管傾斜儀穩(wěn)定性優(yōu)于漢中臺，漢中臺SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀穩(wěn)定性優(yōu)于寧強臺。

③觀測精度方面，漢中臺和寧強臺的DSQ水管傾斜儀和SS?YⅡ型洞體應變伸縮儀均符合地殼形變學科組技術指標要求，寧強臺水管儀觀測精度在全省同類臺站中處于優(yōu)秀水平。觀測系統(tǒng)的更新對年零漂、相對噪聲水平M1和觀測精度的提升作用有限，結合前人研究成果，觀測場地地質構造，洞室環(huán)境和基巖的選擇直接決定儀器內在精度。

④整體來看，傾斜觀測數據質量寧強臺優(yōu)于漢中臺，應變觀測數據質量，漢中臺優(yōu)于寧強臺，為更加科學全面客觀地評價形變臺站觀測數據質量，還應引入同類儀器數據相關性、同震響應情況等指標進行分析。