嘉峪关测震台勘选数据分析

发布时间：2019-10-22

　　摘 要：台基的噪声测试是测震数字化台站勘选的首要工作，完全达到“中国数字地震观测网络技术规程”技术要求的台址将来必定产出高质量的观测资料。依据甘肃嘉峪关台野外记录的波形数据，分析记录到的天然与非天然地震事件。计算分析连续48h的地脉动速度均方根值(RMS)和噪声功率谱密度，结果表明该台基的背景地噪声达到I类台基噪声水平。

　　关键词：嘉峪关台 地脉动背景噪声 功率谱密度 RMS值

　　嘉峪关测震台为国家数字测震台，同时也是甘肃省区域数字测震台，安装港震公司生产的BBVS-120三分向宽频带地震计和BBAS-2加速度计，以及大动态范围的24位数据采集器EDAS-24GN，通过实时方式将地震数据传送到甘肃省测震台网中心和中国地震局台网中心。嘉峪关测震台台基为红砂岩，属于三类台，噪声大，记录不理想，资料质量很难提高。因此重选台址建设嘉峪关数字化测震台迫在眉睫，此项目已被中国地震局列为2014年度台站优化改造项目。

　　1 新台址地理位置及水文地质概况

　　嘉峪关新测震台勘选台址经过反复勘踏最终确定在悬臂长城景区西800m的黑山山体，距离嘉峪关中心台站北约7km，地理位置：北纬39.8457°，东经98.1696°，海拔高程1700m。勘选点基本在嘉峪关悬臂长城景区内，交 通方便，车辆可直达，基岩大部分出露，台基岩 性为灰岩，几乎无风化，山体前开阔，距离测点北50m有一河谷，常年几乎无流水，勘选台址附近无断层。测点西南方向1.7km是水库，东面约1km是乡村公路。台址周围无大的干扰源。嘉峪关气候属温带大陆性荒漠型，年平均气温在6.7℃~7.7℃，夏天最高温度达35℃，冬季气温可低到-25℃，年平均降水量85.3mm，无霜期平均130d。

　　2 背景噪声测试情况

　　勘选中台址背景噪声测试所用地震数据采集器 REFTEK-130B是美国REFTEK公司生产，具有性能稳定、低功耗、低噪声等特点，适合在多种复杂恶劣环境下的野外流动地震观测，拾震器采用英国GURALP公司生产的 CMG-3ESPC-120宽频带地震计。同时配备了GPS天线、笔记本电脑、电池以及一些辅助设备。野外测试现场设备连接见图1。根据“中国数字地震观测网络”区域数字测震台站勘选技术要求，背景噪声连续测试必须达到48h。野外测试现场关键问题是地震计架设在基岩出漏的地方，尽可能找到水平面，必要时在基岩出漏面用水泥混凝土做出水平面，并且干燥后架设地震计，外罩塑料桶，用细沙土将塑料桶掩埋，以防空气流动造成干扰。地震计与数采的距离尽可能远，因为测试期间还要检查仪器运行状况，避免人为干扰。正式测试前一定要等仪器稳定一段时间后试测半小时，然后现场计算背景噪声能否达标，背景噪声如果理想，才能进行连续观测。从2014年5月28日10时至5月30 日09时对嘉峪关测震台勘选台址进行48h连续地脉动测试，数据记录完整。连续测试前对仪器做正弦脉冲标定，确定仪器工作状态是否正常[1]。

　　3 事件记录

　　分析试记2天中记录到3次近震和1次远震，波形记录初动清晰，层次明显。没有记录到非天然地震事件。野外近震原始记录效果见图2，远震原始记录效果见图3。

　　人机交 互统计非天然地震事件，统计时除去了测试人员现场工作所产生的干扰事件和偶然的过往车辆干扰事件，其中出现两次不明干扰，非天然地震事件发生频度 N=0(次数/h)，非天然地震事件持续时间占记录时间的百分比R=0(%)，评估结论为干扰少。

　　4 新台基背景噪声水平分析

　　根据中国地震局2004年发布的“地震测震台站观测环境技术要求”,规定台基背景噪声在1～20Hz频带范围的速度RMS值作为台基噪声水平的评估标准[2]。共分为5类台基(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),下面列出评估的标准,单位:m/s。

　　Ⅰ类台基噪声水平:RMS<3.16×10-8m/s;

　　Ⅱ类台基噪声水平：3.16×10-8m/s≤RMS <1.00×10-7m/s;

　　Ⅲ类台基噪声水平：1.00×10-7m/s≤RMS<3.16×10-7m/s

　　Ⅳ类台基噪声水平：3.16×10-7m/s≤RMS<1.00×10-6m/s;

　　Ⅴ类台基噪声水平：1.00×10-6m/s≤RMS<3.16×10-6m/s。

　　以此为依据,用2d的连续记录数据计算了嘉峪关新台台基1～20Hz频段48h噪声RMS值，采用我国地震观测仪器专家童汪练研究员研制的噪声计算程序进行计算[3]，噪声功率谱密度分析是评估台基噪声水平的另一有效方法。计算得出1～20Hz频带内1/3倍频程各中心频点处地噪声RMS 均值结果见表1，嘉峪关新测震台噪声功率谱密度曲线见图4，嘉峪关测震台实际观测动态范围见图5，48h各均值地动速度噪声RMS值随时间分布见图6。从计算结果看出：台站背景噪声功率谱密度曲线在地球高噪声模型(NHNM)和低噪声模型(NLNM)之间，白天噪声高于夜间。嘉峪关测震台勘选台址48h记录数据计算得到的1~20Hz范围内U-D向静态地脉动噪声RMS有效值平均为2.08×10-8m/s，E-W向静态地脉动噪声RMS有效值平均为2.49×10-8m/s，N-S向静态地脉动噪声RMS有效值平均为3.17×10-8m/s，基本属于Ⅰ类台基噪声水平，N-S向受风扰较大。

　　5 结果与讨论

　　(1)台址背景噪声水平为1～20Hz频段内速度RMS值分别为：UD向2.08×10 -8m/s,EW向2.49×10 -8m/s，NS向 3.17×10-8m/s，基本达到Ⅰ类台基噪声水平(RMS<3.16×10-8m/s)。测震新台址如果修建成山洞，气压、温度、风速等[4]造成的干扰降低到或消除，噪声水平完全能达到Ⅰ类台基噪声水平。

　　(2)测试现场天然地震事件记录清晰，波形特征突出, 震相清楚易识。

　　(3)嘉峪关测震台勘选台址交通便利，交流电距离台址150m，2M SDH光纤线路接入点距离台址900m，具有 GPRS、CDMA无线数据传输条件，属于嘉峪关悬壁长城景区内，未来发展规划对该地没有影响。基岩大面积初露，无风化。台址附近无地表附着物，具备征地条件。车辆直达，具有施工运料条件。台站建成后由景区人员看护，运行费用包含用电费、信道租用费、台站看护费，无其他费用。基建、运行经费额度能够控制在预算范围内。嘉峪关测震台勘选台址符合建台要求[5]，拟在勘选台址建设嘉峪关国家测震台，建筑类型为山洞摆房。

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