石英杰 龍劍鋒 趙 楠

1）中國安徽 237000 安徽省六安市地震局

2）中國合肥 230031 安徽省地震局

0 引言

六安—霍山地區(qū)是安徽省歷史及現(xiàn)代地震較活躍的地區(qū)。該地區(qū)斷裂較發(fā)育，這些斷裂不僅控制了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育，而且對當(dāng)?shù)氐卣鸹顒佑兄匾挠绊?。歷史上，沿著NE向土地嶺—落兒嶺斷裂，1652年霍山6級地震發(fā)生在該斷裂與NW向梅山—龍河口斷裂交匯處，1917年霍山61/4級地震發(fā)生在該斷裂與NW向青山—曉天斷裂交匯處。1970年以來，ML≥3.0地震在土地嶺—落兒嶺斷裂及其與NW向其他斷裂交匯處也出現(xiàn)叢集現(xiàn)象。

為增強(qiáng)六安地區(qū)地震監(jiān)測能力，在六安市區(qū)及霍邱縣安裝了GL-S60B型井下地震計(jì)。為研究該地震計(jì)在六安地區(qū)實(shí)際使用中的降噪效果，在使用同樣供電系統(tǒng)的情況下，將BBVS-60型地震計(jì)觀測數(shù)據(jù)與GL-S60B型井下地震計(jì)的進(jìn)行對比，以期為今后井下地震計(jì)的安裝、維護(hù)、干擾排除等工作提供經(jīng)驗(yàn)。

1 GL-S60B型、BBVS-60型地震計(jì)對比

BBVS-60型寬頻帶地震計(jì)是北京港震儀器設(shè)備有限公司新研制的位移換能力平衡反饋寬頻帶地震計(jì)，它由3個獨(dú)立分向傳感器（1個垂直向、2個水平向）一體化安裝組成，內(nèi)置電子反饋電路、控制電路、電源變換電路，噪聲水平低、動態(tài)范圍大，易安裝使用（趙楠等，2011）。

GL-S60B型地震計(jì)機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，高精度位移環(huán)能，電子反饋技術(shù)，閉環(huán)反饋后的等效自振周期為60 s，觀測頻帶為60 s—40 Hz，配有密封筒、底座等配件，適合于井下地震觀測。

2 觀測井基本數(shù)據(jù)對比

GL-S60B型井下地震計(jì)于2015年分別安裝于六安市地震臺和霍邱地震臺。六安市地震臺建設(shè)較早，位于六安市市區(qū)，周邊來往車流量較大，觀測井井深126 m，距公路約 100 m；霍邱地震臺位于霍邱宋店鄉(xiāng)鎮(zhèn)府內(nèi)，靠近安徽省省道310公路，周邊觀測噪聲情況優(yōu)于六安市地震臺，觀測井井深150 m，距公路約100 m（表1）。此次實(shí)驗(yàn)分別在2個井下地震計(jì)井口架設(shè)地表地震計(jì)BBVS-60，與井下地震計(jì)間進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。為確保數(shù)據(jù)不受其他硬件條件的影響，2種地震計(jì)采取幾乎相同的觀測系統(tǒng)、相同的供電系統(tǒng)（裴曉等，2013）。

表1 觀測井基本數(shù)據(jù)Table 1 Information of observation wells

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量對比分析

在六安地震臺GL-S60B型井下地震計(jì)擺房內(nèi)、霍邱地震臺GL-S60B型井下地震計(jì)井口1 m范圍內(nèi)分別架設(shè)BBVS-60型地表地震計(jì)，地表地震計(jì)均運(yùn)行1個月，由于白天井下地震計(jì)觀測井附近人為干擾因素較多，對地表地震計(jì)干擾較大，故挑選凌晨數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析（裴曉等，2013）。

3.1 地脈動噪聲

臺基噪聲功率譜密度可用來評估地震臺站臺基背景噪聲，根據(jù)臺基背景噪聲在1—20 Hz 頻帶范圍的速度RMS 值來判定臺站噪聲水平，共分為5 類臺基（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），其評估標(biāo)準(zhǔn)為（單位：m/s）

表2為六安地震臺、霍邱地震臺速度RMS 值。由表2可見，六安地震臺GL-S60B型井下地震計(jì)達(dá)到了Ⅱ類臺基噪聲水平；而霍邱地震臺臺則達(dá)到Ⅰ類臺基噪聲水平。二者RMS值相比于同位置的BBVS-60型地表地震計(jì)高出1至2個數(shù)量級。由此可見，井下地震計(jì)抗噪聲效果較理想。

表2 臺基背景噪聲在1—20 Hz 頻帶范圍的速度RMS值Table 2 The velocity RMS values of station background noise in the frequency band of 1 -20 Hz

3.2 有效觀測范圍

臺站有效觀測范圍反映了儀器性能指標(biāo)確定后臺站環(huán)境干擾水平對記錄地震信號最大動態(tài)范圍的限制。由于臺站環(huán)境噪聲與地震信號的疊加，使得儀器達(dá)不到設(shè)計(jì)的動態(tài)范圍,只能達(dá)到有效測量的動態(tài)范圍。

計(jì)算結(jié)果見表3。從表3可見，井下地震計(jì)EW、NS向有效觀測范圍比地表地震計(jì)高出10%—20%，2個臺站相比，霍邱地震臺數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。

表3 有效觀測范圍Table 3 Effective observation range

3.3 背景噪聲功率譜

由背景噪聲功率譜對比結(jié)果可知（圖1）（韓成成等，2016），六安、霍邱地震臺井下地震計(jì)在高頻1—20Hz范圍內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯優(yōu)于地表地震計(jì)，在低頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)質(zhì)量也略優(yōu)于地表地震計(jì)。

圖1 地震計(jì)背景噪聲功率譜（a）霍邱地震臺GL-S60B地震計(jì)；（b）霍邱地震臺BBVS-60地震計(jì)；（c）六安地震臺GL-S60B地震計(jì)；（d）六安地震臺BBVS-60地震計(jì)Fig.1 Power spectral density of background noise

4 結(jié)論

通過對六安地區(qū)井下地震計(jì)、地表地震計(jì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，GL-S60B型井下地震計(jì)的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量整體優(yōu)于BBVS-60型地表地震計(jì)，尤其對于1—20 Hz的高頻人為干擾，井下地震計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯更有優(yōu)勢，因此，六安地區(qū)新架設(shè)的井下地震計(jì)可提高當(dāng)?shù)氐卣鸨O(jiān)測質(zhì)量。