李祖寧，鄭勇，李軍，陳超賢，洪明泉，陳光，王紫燕，趙文波

1 福建省地震局，福州 350003 2 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074

0 引言

目前常見(jiàn)的地震監(jiān)測(cè)設(shè)備包括測(cè)震儀、強(qiáng)震儀以及GPS.測(cè)震儀則可獲取高精度的速度和加速度信息，且信噪比高，但存在著大地震近場(chǎng)限幅等缺陷；強(qiáng)震儀雖然精度較高，且不受限幅影響，但存在因基線漂移引起的積分成位移后的偏差（Tu et al.,2014b;Wang et al.,2013），需對(duì)其趨勢(shì)進(jìn)行矯正，最好的辦法是利用并址觀測(cè)的高頻GPS進(jìn)行矯正（Tu et al.,2014a,b）.相對(duì)于地震觀測(cè)儀器而言，高頻GPS可以直接獲取位移信息，且不存在限幅問(wèn)題，對(duì)于近場(chǎng)強(qiáng)震具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在近場(chǎng)觀測(cè)中具有重要的意義，被廣泛應(yīng)用于很多研究中.

從1994年以來(lái)，多位學(xué)者提出利用高頻GPS捕獲地震信號(hào)的設(shè)想（Hirahara et al.,1994;Ge,1999;Bock et al.,2000），他們提出GPS觀測(cè)能夠不同于傳統(tǒng)的方式，可以獲取短時(shí)間尺度上的連續(xù)位移信息.2003年，Larson 等（2003）通過(guò)1 Hz的高頻GPS資料首次獲取了2002年發(fā)生在Denali 斷層上的7.9級(jí)地震引起的地表位移信號(hào)，并分析了與GPS觀測(cè)點(diǎn)相鄰近的地震儀觀測(cè)信號(hào)，對(duì)比分析的結(jié)果顯示兩種觀測(cè)資料的相關(guān)性較好.由于高頻GPS不受限幅的影響，因此，高頻GPS被廣泛應(yīng)用到地震震源性質(zhì)、破裂過(guò)程以及地下介質(zhì)變形等的研究中（如，Zheng et al.,2012;Guo et al.,2020;Zheng and Liu,2016;Liu et al.,2015a,b;Avallone et al.，2011；張小紅等，2012；方榮新等，2013；Wang et al.,2020）.此外，由于高頻GPS的噪聲比較大，主要集中在低頻信號(hào);強(qiáng)震儀精度高噪聲小，涵蓋了高頻和中低頻信息，兩者存在明顯的互補(bǔ)性（Wang et al.,2013）.因此，很多學(xué)者聯(lián)合高頻GPS和地震儀資料來(lái)進(jìn)行地震研究（如，丁學(xué)仁等，2007；李祖寧等，2016；Liu et al.，2004；Jiang et al.,2020;Tu et al.,2014a;Elósegui et al.，2006；Hong et al.,2016；Liu et al.,2016,2017;Guo et al.,2019,2020）.

然而，由于高頻GPS資料在處理過(guò)程中需要進(jìn)行大氣電離層改正、歷元矯正等問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)果中包含很多不確定的噪聲信號(hào)影響.一部分學(xué)者（如，Li et al.,2017;Geng,2016;Riquelme et al.,2016;Smalley,2009）質(zhì)疑高頻GPS記錄到的信號(hào)是否是真實(shí)的位移記錄.此外GPS的穩(wěn)定性也存在著一些爭(zhēng)議（如，Ebinuma and Kato,2012;Genrich and Bock,2006;Elósegui Pet et al.,2006），GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)誤差 （如衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射誤差等）以及偶然誤差 （如觀測(cè)誤差和多路徑效應(yīng)誤差等）都對(duì)GPS的精確定位結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，因此高頻GPS記錄的地震信號(hào)的可靠性、頻率特征和適用范圍成為GPS地震學(xué)研究中的關(guān)鍵性問(wèn)題.

由于高頻GPS的信噪比較低，獲得高質(zhì)量的GPS地震波形，通常需要近場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù).然而近場(chǎng)天然地震的發(fā)生次數(shù)有限，大多數(shù)地震近場(chǎng)很難有合適的高頻GPS臺(tái)站記錄.此外，天然地震震源的大小和波形難以控制，特別是大地震的震源信號(hào)，持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，波形復(fù)雜，導(dǎo)致利用天然地震來(lái)進(jìn)行高頻GPS信號(hào)的準(zhǔn)確性分析存在著精度不足的問(wèn)題.而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，就是需要有準(zhǔn)確可靠的主動(dòng)震源（羅桂純等，2006;林建民等，2008;楊微等，2013；Chen et al.,2007；陳颙等,2017;Ji et al.,2021;Wang et al.,2018;Zhang et al.,2020）.因此本文的研究工作將利用氣槍主動(dòng)源觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)并址的高頻GPS和強(qiáng)震儀觀測(cè)，對(duì)比分析GPS和強(qiáng)震儀的數(shù)據(jù)記錄，為進(jìn)一步聯(lián)合高頻GPS和地震儀數(shù)據(jù)進(jìn)行地震預(yù)警與烈度速報(bào)以及快速確定大震破裂過(guò)程等工作提供技術(shù)支撐，也為氣槍震源的信號(hào)特征及其在地震學(xué)研究中的應(yīng)用提供觀測(cè)依據(jù).

1 數(shù)據(jù)及處理方法

1.1 實(shí)驗(yàn)概況

福建省地震局在2016—2018年進(jìn)行了“福建及臺(tái)灣海峽三維地殼結(jié)構(gòu)陸海聯(lián)測(cè)”實(shí)驗(yàn)，采用主動(dòng)震源與被動(dòng)震源、流動(dòng)觀測(cè)與固定觀測(cè)相結(jié)合的方案，用三年的時(shí)間，分三期完成探測(cè)工作.2016年5月福建省地震局在福建省漳州市南一水庫(kù)進(jìn)行為期20天的水庫(kù)移動(dòng)浮臺(tái)式氣槍觀測(cè)，浮臺(tái)采用鋼質(zhì)材料焊接而成，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中均認(rèn)為浮臺(tái)近似為剛體.氣槍震源位于浮臺(tái)的正下方，分別放置4支2000 in3的氣槍，每支氣槍的工作壓力為 2000 psi，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖1所示.在大容量氣槍震源實(shí)驗(yàn)中，不同氣槍容量、槍陣尺寸、沉放深度激發(fā)出的子波特性不同，激發(fā)效果也不一樣.為了獲取最好的氣槍激發(fā)效果，得到最遠(yuǎn)的氣槍信號(hào)傳播距離，觀測(cè)前對(duì)不同的槍陣尺寸（由4支槍組成的矩形尺寸）以及不同的槍深水深進(jìn)行了21組槍控工況實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1.為了獲取高頻GPS和強(qiáng)震儀的并址觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們?cè)诟∨_(tái)上布設(shè)了并址觀測(cè)設(shè)備，利用不同工況的實(shí)驗(yàn)條件，分析在不同工況下，研究GPS設(shè)備記錄到的位移信號(hào)與強(qiáng)震儀仿真的位移信號(hào)的相關(guān)性.我們?cè)谇皫状蔚膶?shí)驗(yàn)均在岸邊布設(shè)了GPS設(shè)備，但是由于氣槍激發(fā)所產(chǎn)生的震動(dòng)小，岸邊的GPS設(shè)備沒(méi)有記錄到有效的位移信號(hào)，因此本次實(shí)驗(yàn)不在岸邊再布設(shè)GPS設(shè)備.實(shí)驗(yàn)中GPS設(shè)備采用天寶公司的NETR9，采樣率設(shè)為50 Hz,強(qiáng)震儀使用的是Grualp強(qiáng)震儀,數(shù)據(jù)采樣率為200Hz.設(shè)備具體布置如圖2所示，儀器設(shè)備信息見(jiàn)表2，有2組GPS和強(qiáng)震儀并址觀測(cè)，分別位于浮臺(tái)的對(duì)角.

1.2 強(qiáng)震儀和高頻GPS數(shù)據(jù)處理

我們首先需要將數(shù)據(jù)記錄都仿真成位移信號(hào)，就需要對(duì)加速度進(jìn)行仿真處理.加速度信號(hào)在頻域仿真需要進(jìn)行一次傅里葉變換，接著再對(duì)其進(jìn)行頻域積分（顧名坤和呂振華，2011），而后再對(duì)GPS直接記錄的位移信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析.強(qiáng)震儀記錄的加速度信號(hào)在頻率域上可以表示為

圖1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)示意圖Fig.1 Schematic figure of on-site instruments and equipment

表1 槍實(shí)驗(yàn)工況表Table 1 Working conditions of airgun experiment

圖2 氣槍實(shí)驗(yàn)設(shè)備布置圖（a） 設(shè)備布置示意圖;（b） 設(shè)備布置現(xiàn)場(chǎng)圖.Fig.2 Arrangement of experimental equipment（a） Schematic figure of equipment arrangement;（b） The picture of equipment arrangement.

表2 儀器設(shè)備信息Table 2 The information sheet of the instruments

a（t）=Aeiω t，

（1）

其中i為虛數(shù)，ω為頻率，A為加速度信號(hào)a（t）的頻譜，接著進(jìn)行一次積分可以得速度信號(hào):

（2）

其中V為v（t）的傅里葉系數(shù)，v（t）為速度分量.因此，當(dāng)初始速度和位移均為0時(shí)，位移可以表示為

=Xeiω t，

（3）

式中，X為x（t）的傅里葉系數(shù)，x（t）為位移分量.因此，其相互關(guān)系可以表示如下:

（4）

最后將上述計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行傅里葉逆變換就可得到位移信號(hào).

為了得到噪聲小、精度高的GPS記錄，我們選取距離氣槍位置較近的GPS觀測(cè)站，用TEQC計(jì)算GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量最好的參考站，再采用差分的數(shù)據(jù)處理方式，利用的解算軟件是RTKLIB，采樣率為10 Hz.

1.3 頻譜分析

為了分析不同頻率的信號(hào)特征，需要盡量避免在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中對(duì)不同頻率信號(hào)產(chǎn)生的畸變.一般情況下，頻域積分過(guò)程將低頻的信號(hào)進(jìn)行了不同程度的放大，若低頻信號(hào)中噪聲較大，則經(jīng)過(guò)積分也容易產(chǎn)生波形扭曲的現(xiàn)象.為了降低噪聲干擾，本文對(duì)矯正后的強(qiáng)震儀位移信號(hào)和高頻GPS位移信號(hào)分別進(jìn)行帶通濾波，濾波頻帶的選取依據(jù)兩種不同儀器的位移信號(hào)的頻譜對(duì)比結(jié)果.強(qiáng)震儀的儀器頻帶響應(yīng)范圍在DC～50 Hz，GPS的儀器頻帶響應(yīng)范圍在小于2 Hz（李祖寧等，2016），因此選取二者的頻段范圍在小于2 Hz內(nèi)進(jìn)行分析

研究組2（子宮內(nèi)膜腺癌患者）中MTSS1陽(yáng)性表達(dá)率為56.67%，對(duì)照組2中MTSS1陽(yáng)性表達(dá)率為16.67%。研究組MTSS1陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

圖3a是水平方向的頻譜，兩者的位移信號(hào)在0.01～0.2 Hz頻段相關(guān)性較好；其余部分信號(hào)出現(xiàn)一定的分離：（1）在大于0.2 Hz的高頻部分，GPS信號(hào)幅值要大于強(qiáng)震儀的位移信號(hào)，這一方面可能與高頻GPS信號(hào)本身的特性有關(guān)，另一方面可能與此頻段內(nèi)的GPS記錄噪聲較大引起的；（2）在小于0.01 Hz的低頻部分，兩者之間的信號(hào)存在較大偏差，這可能是由于強(qiáng)震儀對(duì)低頻、長(zhǎng)周期加速度信號(hào)不敏感，校正后得到的位移記錄中夾雜了較多的噪聲，而頻域積分又會(huì)使這些噪聲被大幅度地放大.由于GPS的垂直向精度遠(yuǎn)低于水平向監(jiān)測(cè)精度（Bock et al.,2000;Elósegui et al.,2006），如果在垂直向上的運(yùn)動(dòng)較小，那么高頻GPS垂直向位移記錄的信噪比就會(huì)比較低.由于氣槍激發(fā)主要引起浮臺(tái)水平向的運(yùn)動(dòng)，垂直向震動(dòng)較小，可以看到強(qiáng)震儀和GPS記錄在垂直分量的吻合程度相比水平分量要低一些，特別是在高頻頻段，差別相對(duì)明顯（圖3b）.但總體而言，兩者分別在水平向和垂直向的差別并不太大，我們將對(duì)不同頻段的頻譜特征進(jìn)行定量的分析.

圖3 強(qiáng)震儀與GPS位移頻譜對(duì)比（a） 水平向的位移頻譜對(duì)比;（b） 垂直向的對(duì)比.Fig.3 The contrast of frequency spectrum for displacement of strong motion seismograph and GPS（a） The frequency spectrum in horizontal directions；（b） Vertical direction.

2 結(jié)果及討論

為了定量分析高頻GPS和強(qiáng)震儀對(duì)地表震動(dòng)的觀測(cè)能力和適用范圍，以及氣槍信號(hào)不同的激發(fā)方式對(duì)信號(hào)及觀測(cè)的影響，我們通過(guò)對(duì)濾波頻段、槍陣沉放深度、槍陣尺寸以及水深這四個(gè)方面因素作對(duì)比研究.

2.1 不同濾波頻段的信號(hào)特征

我們對(duì)不同頻段記錄到的GPS位移和強(qiáng)震儀仿真后得到的位移進(jìn)行了相關(guān)性分析，各工況GPS、強(qiáng)震儀系數(shù)峰值見(jiàn)表3.可以看到，周期30～60 s水平分量的相關(guān)系數(shù)峰值為0.7，垂直分量為0.32；周期10～30 s的水平分量的相關(guān)系數(shù)峰值為0.63，垂直分量為0.22；周期2～10 s的水平分量的相關(guān)系數(shù)峰值為0.41，垂直分量為0.2；周期10～30 s的水平分量的相關(guān)系數(shù)峰值為0.13，垂直分量為0.31.在相同工況的情況下低頻部分的相關(guān)性比較高，隨著頻率升高，特別是大于2 s后，水平向的相關(guān)性系數(shù)比較低，這與高頻GPS的噪聲水平關(guān)系很大.通過(guò)上文介紹，由于GPS的垂直向精度較低，氣槍浮臺(tái)在垂直向上的運(yùn)動(dòng)較小，高頻GPS垂直向位移記錄的信噪比比較低，導(dǎo)致在不同工況條件下，GPS的垂直分量的相關(guān)系數(shù)峰值低于水平分量.盡管如此，主要的震動(dòng)信號(hào)依然有較好的一致性.

為分析不同頻段的GPS位移信號(hào)特征，我們選取GPS、強(qiáng)震儀相關(guān)系數(shù)峰值相對(duì)較高的A18工況對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行分析.本實(shí)驗(yàn)用到的槍陣尺寸為7 m×7 m，水深40 m，沉放深度19 m，濾波范圍選取2 Hz～2 s、2～10 s、10～30 s、30～60 s這四個(gè)頻段（圖4），氣槍震源的激發(fā)間隔為180 s，氣槍激發(fā)在本實(shí)驗(yàn)環(huán)境下對(duì)浮臺(tái)作用的持續(xù)時(shí)間大約為100 s，進(jìn)而可以利用氣槍震源的高度可重復(fù)性，對(duì)比研究高頻GPS和強(qiáng)震儀在氣槍激發(fā)后的相關(guān)性.

在水平分量上，強(qiáng)震儀與GPS位移信號(hào)在10～30 s、30～60 s頻段內(nèi)吻合情況較好，兩者無(wú)論從振幅大小、到時(shí)等方面吻合度都很高.由于高頻GPS獲得是位移，避免了強(qiáng)震儀由于傾斜導(dǎo)致的垂直向分量疊加在水平向上產(chǎn)生的基線漂移問(wèn)題，觀測(cè)結(jié)果更為穩(wěn)定.在垂直方向上兩者的吻合度不高，這是因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)氣槍的布設(shè)是水平向的，激發(fā)的震動(dòng)以水平向運(yùn)動(dòng)為主，垂直向的震動(dòng)比較小，從圖4可以看到，振幅在10 mm以下，而GPS垂直向的精度在厘米級(jí)（Larson et al.,2003），所以垂直向的震動(dòng)小于GPS的噪聲水平.此外，由于GPS和強(qiáng)震儀布設(shè)在浮臺(tái)上，在氣槍激發(fā)時(shí)，浮臺(tái)會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)震儀的方向發(fā)生變化，使得垂直方向上的振幅出現(xiàn)偏移，這種偏移在中長(zhǎng)周期上更為明顯，這使得強(qiáng)震儀的中長(zhǎng)周期垂直向記錄發(fā)生偏差，雖然進(jìn)行了矯正，但垂直向位移仍存在偏差，這也在一定程度上造成了高頻GPS和強(qiáng)震儀的位移信號(hào)差異.因此，在震動(dòng)較強(qiáng)時(shí)，高頻GPS在中長(zhǎng)周期上能夠完美地代替強(qiáng)震儀進(jìn)行水平向近場(chǎng)觀測(cè)；對(duì)于垂直向的觀測(cè)，則需要垂直向的位移振幅大于幾個(gè)厘米，才能克服由于GPS噪聲產(chǎn)生的干擾.這些特性，使得高頻GPS研究中強(qiáng)地震的近場(chǎng)形變非常適合，可為研究地震的破裂性質(zhì)，以及地震預(yù)警提供關(guān)鍵的近場(chǎng)信息.

表3 各工況GPS、強(qiáng)震儀相關(guān)系數(shù)峰值表Table 3 The max value of correlation coefficient of strong motion seismograph and GPS at each working condition

在小于10 s的高頻部分，兩者信號(hào)出現(xiàn)明顯分離，GPS信號(hào)振幅要大于強(qiáng)震儀信號(hào)，原因可能與振幅較小導(dǎo)致的噪聲干擾較大有關(guān)，GPS受到噪聲影響可能更大，這也是互相關(guān)系數(shù)比較低的可能原因之一，因此后文的對(duì)比選取10～30 s、30～60 s兩個(gè)頻段.此外，這種差異可能還與氣槍震源本身的頻率特性有關(guān).一般情況下，氣槍震源的頻率比較高，所以強(qiáng)震儀接收的信號(hào)信噪比更高.而高頻部分信號(hào)的振幅比較小，高頻GPS噪聲水平接近甚至大于有效信號(hào)的水平，導(dǎo)致高頻GPS和強(qiáng)震儀在高頻部分存在明顯差異.因此，對(duì)于相對(duì)弱的高頻信號(hào)，強(qiáng)震儀的信噪比更高；而高頻GPS更適合較強(qiáng)震動(dòng)的高頻信號(hào).

2.2 不同沉放深度

圖4 不同濾波頻段的GPS與強(qiáng)震儀信號(hào)對(duì)比Fig.4 The contrast of GPS and strong motion seismograph signals in different filtering frequency bands

隨著沉放深度的減小，激發(fā)產(chǎn)生的地表位移信號(hào)在增強(qiáng)（圖5），這表明氣槍激發(fā)的地震動(dòng)信號(hào)與激發(fā)深度關(guān)系密切.在激發(fā)深度比較小的情況下，隨著激發(fā)深度的減小，在近場(chǎng)造成的振幅會(huì)相應(yīng)變大.同時(shí)，由于振幅的增大，GPS位移信號(hào)的信噪比也越高，與矯正后的強(qiáng)震儀位移信號(hào)的相關(guān)性增加.

2.3 槍陣尺寸和水深深度對(duì)激發(fā)和信號(hào)的影響

氣槍信號(hào)的激發(fā)強(qiáng)度和傳播能力是決定氣槍震源研究地球深部結(jié)構(gòu)能力的關(guān)鍵性指標(biāo)，如何提高氣槍的信號(hào)強(qiáng)度一直是氣槍震源研究的關(guān)鍵性問(wèn)題（陳颙等，2017）.為了定量測(cè)試氣槍激發(fā)的效果，我們選取水深40 m，沉放深度為20 m，槍陣尺寸分別為8 m×6 m，8 m×8 m，7 m×7 m的A12、A15、A16工況，濾波范圍采用10～30 s、30～60 s.一般而言，氣槍的尺寸越大，激發(fā)的地震波振幅越大，所以A15的振幅明顯大于A12的振幅；同時(shí)A15激發(fā)的地震波振幅也大于A16振幅（圖6）.

圖5 不同沉放深度的GPS與強(qiáng)震儀信號(hào)對(duì)比（a） 工況A16，沉放深度為20 m;（b） 工況A20，沉放深度為16 m;（c） 工況B01，沉放深度為14 m.Fig.5 The contrast of GPS and strong motion seismograph signals at different depths（a） The depth of A16 is 20 m;（b） The depth of A20 is 16 m;（c） The depth of A14 is 14 m.

同時(shí)，槍陣設(shè)置的尺寸也會(huì)對(duì)氣槍激發(fā)產(chǎn)生影響.盡管A16的槍陣是7 m×7 m的，和A12的8 m×6 m的面積差不多，但是，在槍陣尺寸8 m×6 m的A12工況中兩者在低頻（30～60 s）的相關(guān)性較高，而槍陣尺寸7 m×7 m的A16的低頻部分相關(guān)性較低；而在10～30 s周期上，兩者的相關(guān)性比較接近，說(shuō)明氣槍激發(fā)時(shí)的槍陣尺寸影響GPS信號(hào)與強(qiáng)震儀仿真信號(hào)的相關(guān)性.因此，在氣槍激發(fā)時(shí)，需要選擇合適的氣槍空間布設(shè)方式：對(duì)于激發(fā)周期較長(zhǎng)的信號(hào)，盡量采用較大面積的槍陣布設(shè)；而對(duì)于頻率較高的情況下，可以采用相同氣槍容量下尺寸小一些的布設(shè)方式.

圖7 不同水深的GPS與強(qiáng)震儀信號(hào)對(duì)比（a） 工況C02，水深30 m;（b）工況D02，水深25 m.Fig.7 The contrast of GPS and strong motion seismograph signals in different water depths（a） The water depth of C02 is 30 m;（b） The water depth of D02 is 25 m.

除氣槍陣尺寸之外，不同水深也會(huì)對(duì)激發(fā)效果（林建民等,2008）以及GPS的記錄產(chǎn)生影響.我們選取槍陣尺寸7 m×7 m，沉放深度為12 m，水深分別30 m、25 m的C02、D02工況，濾波范圍采用10～30 s、30～60 s進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn).如圖7所示，根據(jù)表2列出的相關(guān)性系數(shù)，不同水深的GPS信號(hào)與強(qiáng)震儀仿真信號(hào)的相關(guān)性差異性明顯：D02工況下，GPS和強(qiáng)震儀的相關(guān)性系數(shù)明顯高于C02的情況，無(wú)論是長(zhǎng)周期還是中等周期，D02工況的互相關(guān)系數(shù)都明顯偏高.這種相關(guān)性差異應(yīng)該體現(xiàn)了高頻GPS和強(qiáng)震儀在中長(zhǎng)周期上監(jiān)測(cè)能力上的差異.一般情況下，在激發(fā)深度一定的情況下，水深越淺，從水底反射回來(lái)的波動(dòng)應(yīng)該越大，主頻向中短周期偏移.強(qiáng)震儀和高頻GPS的高度相關(guān)性表明高頻GPS和強(qiáng)震儀在該頻段（10～30 s）具有良好的一致性.然而，在水深較深時(shí)，中長(zhǎng)周期的振幅比較大，可以看到高頻GPS的記錄很穩(wěn)定，而強(qiáng)震儀的記錄則出現(xiàn)明顯的震蕩和不穩(wěn)定性；在長(zhǎng)周期（30～60 s）情況也是如此，表明在中長(zhǎng)周期上，高頻GPS的記錄更為穩(wěn)定可靠.因此，在研究地震近場(chǎng)震動(dòng)時(shí)，如果振幅足夠大，高頻GPS將能夠發(fā)揮比強(qiáng)震儀更可靠的作用.同時(shí)，不同水深的實(shí)驗(yàn)也表明，氣槍震源的主頻在一定程度上與水深有關(guān)，水深越深，激發(fā)的主頻頻率越低，傳播的衰減相應(yīng)減小，該特性對(duì)我們利用氣槍主動(dòng)源研究地下結(jié)構(gòu)提供了重要支撐.

3 結(jié)論

本文將2016年福建省地震局在漳州南一水庫(kù)進(jìn)行的氣槍主動(dòng)源探測(cè)實(shí)驗(yàn)，記錄10 Hz高頻GPS和200 Hz的強(qiáng)震儀并址觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后將加速度信號(hào)仿真成位移信號(hào)分別與GPS在不同濾波范圍、氣槍沉放深度、尺寸、水深作對(duì)比，結(jié)果表明：

（1） 氣槍震源由于其可控性和高度可重復(fù)性，能夠作為不同儀器監(jiān)測(cè)能力的標(biāo)定手段.本次實(shí)驗(yàn)中，高頻GPS和強(qiáng)震儀在沉放深度14 m、槍陣的尺寸8 m×6 m以及水深25 m的工況條件下，二者的相關(guān)性最高.

（2） 在低頻部分，高頻GPS和強(qiáng)震儀的相關(guān)性高，但是GPS的噪聲明顯要大于強(qiáng)震儀.隨著頻率的升高，以及振幅的減小，兩者的相關(guān)性會(huì)明顯降低.總體而言，高頻GPS記錄到的位移信號(hào)與強(qiáng)震儀獲取的位移信息在濾波頻段10～60 s的相關(guān)性較高.這一方面表明高頻GPS主要的適用范圍在中長(zhǎng)周期，強(qiáng)震儀在高頻部分的敏感度更高；另一方面，高頻GPS的噪聲限制了對(duì)較弱信號(hào)的監(jiān)測(cè)能力，如果中短周期段的信號(hào)振幅較大，高頻GPS也能很好地監(jiān)測(cè).

（3） 通過(guò)以上分析，GPS和強(qiáng)震儀具有較高的互補(bǔ)關(guān)系，是目前監(jiān)測(cè)預(yù)警臺(tái)網(wǎng)不可或缺的組成部分，可以作為地震儀觀測(cè)的有效補(bǔ)充，在烈度速報(bào)與預(yù)警中能夠發(fā)揮有效作用.

致謝感謝主編和兩位匿名審稿人對(duì)本論文的建議，您們的建議和意見(jiàn)對(duì)提高論文的水平有非常大的幫助；感謝中國(guó)地震局陳颙院士團(tuán)隊(duì)在氣槍實(shí)驗(yàn)中的支持，同時(shí)感謝中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王寶善教授的指導(dǎo)和建議.