泾县地震台DSQ数据固体潮分析

黄显良郎孝龄何晓业许少峰王 巍唐 郑

1）中国合肥 230031安徽省地震局

2）中国安徽242500泾县地震台

3）中国合肥230029中国科学技术大学国家同步辐射实验室

泾县地震台DSQ数据固体潮分析

黄显良1）郎孝龄2）何晓业3）许少峰3）王 巍3）唐 郑3）

1）中国合肥 230031安徽省地震局

2）中国安徽242500泾县地震台

3）中国合肥230029中国科学技术大学国家同步辐射实验室

对泾县地震台DSQ型水管仪观测数据进行调和分析，认为倾斜仪工作比较稳定，观测资料质量达到形变规范要求；与往年同期数据调和分析结果进行对比，发现不同气候条件、噪声、地震等因素，均对调和分析结果，即相关潮汐参数有一定程度的影响。

Eterna；固体潮；调和分析；DSQ 水管倾斜仪

0 引言

泾县地震台始建于1975年，是集测震、形变、大地磁场和电磁波于一体的综合性台站，地处皖南山区南陵凹陷南端，附近有江南断裂和周王断裂通过，小断层发育，台站有大面积石英砂出露。台站目前主要观测设备有：KS-2000宽带地震计、SSY-Ⅱ型石英伸缩仪、DSQ型水管倾斜仪、FHD-2B型质子磁力仪、WYY-1型气象三要素辅助观测设备等（郎孝龄等，2007）。其中DSQ水管倾斜仪保温封闭措施完善，采用四周砌砖、顶部放置硬泡沫板的方式封闭腔体，最大程度降低温度变化及气流变化对仪器的干扰。

地球上某点所受引潮力实际是日、月及其他天体引力的叠加结果，加之地球自转，从而导致复杂的周期性潮汐形变，固体地球潮汐形变即为固体潮（许泽厚等，2010）。由固体潮引起的地表形变由DSQ型水管倾斜仪记录呈现。本文拟采用潮汐调和分析Eterna 34软件，对泾县地震台DSQ型水管倾斜仪数据进行固体潮调和分析，得到当地相关潮汐参数。

1 调和分析软件Eterna

Eterna软件是德国地球物理学家Wenzel H G编写的基于DOS平台的潮汐分析软件（Wenzel H G，1994；Wenzel H G，1996），已被国际地潮中心推荐作为标准软件，具有数据采集、预处理、分析、结果输出、可视化等功能。

Eterna软件的ANALYZE模块可广泛用于引潮位、重力潮汐、倾斜固体潮、垂直应变、水平应变、体应变及海洋潮汐等观测数据分析。控制参数文件是软件计算结果正确的基础，表1所示为控制参数文件所需部分参数。

表1 控制参数文件相关参数Table 1 Parameters of controlling parameter files

2 数据调和分析

2.1 水管倾斜仪布设参数

泾县地震台监测洞体内搭建一套DSQ型水管倾斜仪（图1），分东西和南北两个方向布置，两套系统安装方位角等参数见表2。由于经纬度数据属保密信息，文章中未给出。

泾县地震台站形变监测洞体内观测资料完整、连续率高，选用2012年1月1日至5月1日观测数据进行固体潮调和分析。为了作图清晰，仅取1月1日至17日的数据，见图2，清晰可见完整的固体潮信息。

图1 DSQ型水管倾斜仪Fig.1 DSQ water tube tiltmeter

表2 传感器安装参数Table 2 Parameters of sensor installation

图2 固体潮数据Fig.2 Data of earth tide

2.2 验证固体潮现象

2.2.1 固体潮理论基础。以引潮天体月球M为例，图3为月球和地球的位置关系，O点为地心，N为地表或地球内部任意一点，r为径向，rM为月球到O点的距离，R为月球到N点的距离，zM为月球的地心天顶距。

由潮汐理论（许泽厚等，2010）可知，月球对N点的引潮位表达式为

图3 月球、地球位置关系Fig.3 The position of moon and earth

为方便估算相关基本潮波的振幅，引进杜德森常数D（方俊，1984），即

根据天文学知识，可知天体地心天顶距（许泽厚等，2010）的表达式，带入公式（2）即可得到月球对N点的引潮位表达式二阶项，见公式（4）。同理，展开至3阶后，即可辨别周日、半周日、三分之一日潮等潮波信息。

2.2.2 固体潮对DSQ水管倾斜仪影响验证。为验证DSQ型水管倾斜仪监测数据变化由固体潮所致，对监测数据进行频谱分析，见图4。由图4可见，频点 f1= 1.2×10-5Hz、f2= 2.4×10-5Hz、f3= 3.6×10-5Hz出现3个峰值，经计算，发现大约对应周期7.7 h、11.6 h和23.1 h的3个潮波分量，分别对应1/3日潮、半周日潮和周日潮，与潮汐周期特征基本吻合，说明DSQ型水管倾斜仪监测数据完整记录下固体潮影响。

图4 DSQ水管倾斜仪数据频谱分析Fig.4 Spectrum analysis of DSQ water tube tiltmeter data

2.3 调和分析

2.3.1 2012年1月1日至5月1日数据。将仪器位置、海拔等相关参数代入Eterna软件，进行调和分析计算，结果见表3。

2.3.2 2011年1月1日至5月1日数据。为了深入研究固体潮对DSQ型水管倾斜仪的影响，用相同方法对2011年1月1日至5月1日的数据进行调和分析，以方便与2012年同期数据进行比对分析。调和分析结果见表4。

2.3.3 对比结果。根据理论计算（许少峰，2014），可得到周日潮波O1二阶引潮力倾斜固体潮潮汐因子即γ2（O1） = 1 + k2- h2= 0.6949，γ2（M2） = 1 + k2- h2= 0.6937，γ2（M3） = 1 + k3- h3= 0.8035，这些倾斜潮汐因子值均是在弹性各向介质同性非自转球对称模型的地球假设条件下得到，若进一步考虑地球自转、椭球率、介质非弹性等因素影响，潮汐因子数值相差甚小。由表3和表4可知：①潮汐因子数值接近理论值，说明泾县地震台DSQ型水管倾斜仪观测资料质量较好（受限于篇幅，潮汐因子理论值详见许少峰论文）；②对于不同年份同期数据，各潮波潮汐因子存在细微差别。

表3 2012年1月1日—5月1日调和分析得出的相关潮汐参数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日调和分析得出的相关潮汐参数Table 4 Related tidal parameters drawn by harmonic analysis from January 1 to May 1 in 2011

潮汐因子存在差别，可能是因为：①泾县地震台地处山区，洞体形变受降雨等气候条件影响较大，降水渗入台站监测洞体上方山体地表及岩石缝隙，引起地面倾斜，因不同时期降雨量等外界气候条件不同，此非固体潮变化不同，附加到固体潮信号中，进而影响调和分析结果；②不同时期受外界影响不近相同，如噪声、地震等，干扰数据影响了调和分析结果。

3 结束语

DSQ型水管倾斜仪工作比较稳定，可完整记录固体潮信息，调和分析得出的相关潮汐参数和理论值接近，观测资料质量达到形变规范（DB/T46—2012）要求。

气候条件（降雨等）、噪声、地震等因素对DSQ型水管倾斜仪数据调和分析结果有一定影响。在实际工作中，可以通过滤波、平滑等不同数据处理方法降低影响，如：对降雨、噪声干扰进行压制或剔除，对地震影响进行突出。

在论文撰写过程中，中国科学技术大学国家同步辐射实验室何晓业教授及团队给予建议和帮助，在此表示感谢。

方俊.固体潮［M］.北京：科学出版社，1984.

郎孝龄，翟义勇，曹志磊，等.泾县地震台地磁 FHD 仪器房建设几点体会［J］.防灾科技学院学报，2007，9（3）： 71-73.

许泽厚，等.固体地球潮汐［M］.武汉：湖北科学技术出版社，2010.

许少峰.粒子加速器中复杂静力水准系统的精度理论与验证研究［D］.中国科学技术大学，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

黄显良，男，高级工程师，主要从事地震监测与地震预测研究工作。E-mail：66988840@qq.com

安徽省地震局重点基金课题（20130601）资助

本文收到日期：2015-07-01