余思，唐婷婷. 江西省赣州地震中心站DSQ 型水管倾斜仪与VS 型垂直摆倾斜仪同震响应对比分析 [J]. 地震科学进展, 2023,53(9): 409-415. doi:10.19987/j.dzkxjz.2023-066
Yu S, Tang T T. Comparative analysis of observation data between DSQ water-tube tiltmeter and VS vertical pendulum tiltmeter at Ganzhou seismic center station in Jiangxi[J]. Progress in Earthquake Sciences, 2023, 53(9): 409-415. doi:10.19987/j.dzkxjz.2023-066
江西省赣州地震中心站DSQ 型水管倾斜仪与VS 型垂直摆倾斜仪同震响应对比分析*
余    思※    唐婷婷
（江西省地震局，江西南昌  330039）
摘要　DSQ 型水管倾斜仪与VS 型垂直摆倾斜仪观测的物理量均为地倾斜，然而两套仪器的观测原
理不同。本文从同震响应最大响应幅值、延迟时间和持续响应时间3个方面，对赣州地震中心站DSQ 型水管仪与VS 型垂直摆记录到的同一次地震的地倾斜响应进行对比分析，结果表明： ① 两种倾斜仪器同震响应持续响应时间与震级大小有一定的正相关性； ② 两套仪器地震响应延迟时间与震中距呈一定的正相关性； ③ 由于仪器设计和观测原理不同，使得记录到的同震响应信号有所差异。
关键词    同震响应；水管仪；垂直摆
中图分类号：P315.63        文献标识码： A          文章编号: 2096-7780(2023)09-0409-07doi ：10.19987/j.dzkxjz.2023-066
Comparative analysis of observation data between DSQ water-tube tiltmeter and VS vertical pendulum tiltmeter at Ganzhou seismic center station in Jiangxi
Yu Si,  Tang Tingting
(Jiangxi Earthquake Agency, Jiangxi Nanchang 330039, China)
Abstract    Using  the  co-seismic  response  data  from  the  DSQ  water-tube  tiltmeter  and  the  VS  vertical  pendulum tiltmeter at the Ganzhou seismic center station in Jiangxi ，we analyze the maximum response amplitude ，the delay time and the continuous response time of the two instruments. The results show that ：① There is a positive correlation between the  continuous  response  time  and  magnitude ；② There  is  a  positive  correlation  between  the  delay  time  and  epicenter distance ；③ Because of the differences of instruments design and observation principle ，the recorded co-seismic response signals are different.
Keywords    co-seismic response; DSQ water-tube tiltmeter; VS vertical pendulum tiltmeter
0    引言
连续形变观测仪器是地震监测的重要组成部
分，可以反映丰富的地下介质信息，包括岩石性质变化、地壳应力应变引起的倾斜及其固体潮汐变化等[1]，常见的观测仪器有洞体应变、体应变、水管倾
*  收稿日期：2023-05-15；采用日期：2023-06-15。
基金项目：江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心、江西九江扬子块体东部地球动力学野外科学观测站开放
基金（SDGD202213）资助。
※
通信作者：余思（1988-），女，工程师，主要从事地震监测、分析预报工作。 E-mail ：****************。
第 53 卷　第 9 期
地　震　科　学　进　展
Vol.53　No.92023 年
9 月Progress in Earthquake Sciences Sept., 2023
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斜仪、垂直摆倾斜仪、水平摆倾斜仪等，其中水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪观测的物理量均为地倾斜，但
是两套仪器的观测原理不同[2]。形变观测不仅能反映观测区域强震发生前后的地下应力场变化，而且能记录到更大范围的强震同震变化。同震响应是一种典型的叠加在形变观测数据上的高频干扰，可以检验观测仪器的性能和映震能力[3-5]。
近年来对形变前兆观测仪器同震响应能力的研究越发引起研究人员的重视。很多专家学者对形变观测仪器的映震能力进行了较深人的研究。狄樑等[6]对常熟台水管仪与垂直摆记录到的同一次地震的地倾斜响应进行对比分析，两套仪器的地震延迟时间、响应持续时间与震级及震中距均成正比；水管仪的变形幅度与震级成正比，与震中距成反比，同时垂直摆的变形幅度主要与震级有关，但与震中距也有一定关系。张肖等[7]利用河北易县地震台DSQ型水管倾斜仪与VS型垂直摆倾斜仪记录的2005—2015年数据资料，分析两种地倾斜观测仪器同震响应的特征及响应幅度与震中距、震级的关系，表明DSQ型水管倾斜仪对远震响应幅度大，同震响应幅度与震级呈正比，与震中距呈反比；VS型垂直摆倾斜仪对近震响应幅度大，与震级、震中距无明显的线性关系。DSQ型水管倾斜仪的同震响应延迟时间比VS型垂直摆倾斜仪短，与震中距呈正比，且两种地倾斜观测仪的地震响应持续时间与震级呈正比，VS型垂直摆倾斜仪对中小地震的响应持续时间比DSQ型水管倾斜仪长。胡宝慧等[8]对鹤岗地震台水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪记录到的同震响应资料进行分析，认为水管仪和垂直摆对不同震中距的地震记录存在较大差异；水管仪稳定性较好，而垂直摆实际灵敏度更高；两种仪器记录的同震响应与震级、震中距及震源深度具有相关性。周雯等[9]利用海南五指山形变台DSQ型水管倾斜仪和VP型垂直摆倾斜仪记录的20次地震的同震响
应资料，对比分析2套仪器的同震响应特征，发现在震中距相近时，二者响应幅度、同震响应持续时间与震级呈正相关；除少数地震外，在震级相近或相同时，二者地震响应幅度与震中距呈负相关；地震响应延迟时间与震中距有关，二者均呈正相关；对于同一次地震，一般VP型垂直摆倾斜仪的最大响应幅度较大，且同震持续时间较长。其他研究人员也对不同地区的水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪观测数据进行了对比分析[10-12]。
本文挑选了2016—2022年台湾6级以上，2008—2022年全球8级以上、全国（除台湾地区）7级以上的地震，从同震响应的最大响应幅值、延迟时间和持续响应时间3个方面进行了对比分析，总结赣州中心站DSQ型水管倾斜仪与VS型垂直摆的同震响应特征。
1    台站概况
江西赣州地震中心站（下文简称赣州站）位于江西省赣州市会昌县文武坝镇岚山公园内，海拔高度205.3 m，山体岩性为花岗岩。主要受石城—寻乌断裂带控制，是华南地区邵武—河源大断裂带在赣南地区的重要一段，呈北北东向，新华夏系构造（图1）。在这条断裂及其附近，历史上发生过1806年会昌6级、1926年石城4.7级、1941年寻乌龙岗5.7级地震，以及1987年8月寻乌M S5.5、M S4.9、M S4.8地震序列。赣州站现有DSQ型水管倾斜仪、VS型垂直摆倾斜仪、VP型垂直摆倾斜仪、SSY型洞体应变观测仪4套形变观测仪器，而VP型垂直摆倾斜仪为2022年5月安装，观测时间较短。DSQ型水管倾斜仪
、VS 型垂直摆倾斜仪两种地倾斜观测仪均为武汉地震科学研究院生产安装，DSQ型水管倾斜仪东西基线长12.07 m、方位角68°，南北基线长12.48 m、方位角338°，正交布设，分辨率为0.000 5〃，漂移量＞0.005〃，采样率1次/min，2007年3月投入观测。VS型垂直摆倾斜仪基墩为花岗岩石，东西方位角90°，南北方
115°E120°
30°N
25°长沙
武汉
杭州
上海
福州
台北
广州
南昌
图 1    赣州地震中心站地理位置
Fig. 1    Location of the Ganzhou seismic center station
410地　震　科　学　进　展2023 年
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位角0°，分辨率为0.000 1〃，日漂移＞0.005〃，采样率1次/min，2007年1月投入观测。赣州中心站水管倾斜仪与垂直摆倾斜仪自安装以来，运行稳定，2008—2022年运行连续率均在99%以上。同时，每年按时进行两次标定，格值稳定，符合学科要求。表1为山洞观测环境参数。
表 1    赣州地震中心站山洞观测环境
Table 1    Cave observation environment of tne Ganzhou seismic center station
山洞仪器洞室仪器墩
进深/m覆盖（顶、侧）年温变幅日温变幅相对湿度基础高度/cm
32有植被，对称、平缓＜0.5℃＜0.03℃80%花岗岩基、水泥墩60
2    同震响应对比分析
本文根据赣州中心站两套仪器的连续观测资料，挑选了距离台站300 km附近的2016—2022年台湾6级以上，2008—2022年全球8级以上、全国（除台湾地区）7级以上的地震进行同震分析（表2）。
从表2可以看出，两种倾斜仪器对同一次地震的最大响应幅度、延迟时间和持续响应时间均不同。同一仪器对同一地区不同震级地震的响应也不同，同时，同一仪器不同分量对同一次地震响应也不完全相同。这与前人的研究结果较为一致[6, 9, 13]。
2.1    最大响应幅值
图2和图3分析了水管仪和垂直摆EW分量对应34次地震的最大响应幅度，对比可以看出，台湾地区12次地震中，垂直摆响应幅度有7次都大于水管仪，4次地震造成靠摆，仅有两次地震水管仪最大响应幅度大于垂直摆。而远震的响应情况相反，22次地震中，水管仪最大响应幅值有20次大于垂直摆。
2.2    地震响应延迟时间
响应延迟时间指在观测仪器记录到的响应与地震发生时刻之间的时间差，该时间与地震面波的传播速度及震中距有关[14] 。由于台湾地震响应延迟时间较短，图4仅绘制了水管仪、垂直摆对全国（除台湾地区）M S7.0以上、全球M S8.0以上地震的响应延迟时间，可以看出延迟时间与震中距呈一定的正相关性，震中距越大，延迟时间越长。
2.3    地震持续响应时间
从图5关系曲线可以看出，水管仪、垂直摆持续响应时间与震级有一定的正相关性，震级越大，地震响应持续时间越长。水管仪和垂直摆的地震持续响应时间长短不仅受震级影响，同时还是断层体受地震影响程度、地震自身能量、震中距等多重因素综合影响[9]。
2.4    不同分量对比分析
两套仪器NS分量和EW分量对地震响应大体较为一致，但是少数地震也有区别，如2010年4月14日青海玉树M7.1地震，水管EW与NS分量的最大响应幅值有量级上的差别（图6），这可能与地震破裂性质，也就是震源区性质有关[8]。
3    结论
本文从地震响应最大幅值、延迟时间、持续响应时间3个方面，对赣州地震中心站DSQ型水管仪与VS型
垂直摆记录到的同一次地震的地倾斜响应进行对比分析，得到赣州站DSQ型水管仪和VS型垂直摆两种倾斜观测仪器都能清晰地记录到同震响应，但是由于仪器设计和观测原理不同，使得记录到的同震响应信号有所差异。
（1）赣州站DSQ型水管仪和VS型垂直摆两种仪器同震响应持续响应时间与震级大小有一定的正相关性，震级越大，地震响应持续时间越长。
（2）两套仪器地震响应延迟时间与震中距呈一定的正相关性，震中距越大延迟时间越长。同时，水管仪、垂直摆随着震中距增大，延迟时间差越大。
（3）DSQ型水管仪对远震的同震响应幅度较大，VS型垂直摆对近震的同震响应幅度较大，且容易出现靠摆现象。
第 9 期余思等：江西省赣州地震中心站DSQ型水管倾斜仪与VS型垂直摆倾斜仪同震响应对比分析411
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表 2    赣州地震中心站水管仪和垂直摆响应幅度参数统计
T a b l e  2    S t a t i s t i c s  o f  r e s p o n s e  a m p l i t u d e  o f  w a t e r -t u b e  t i l t m e t e r  a n d  v e r t i c a l  p e n d u l u m  t i l t m e t e r  a t  t h e  G a n z h o u  s e i s m i c  c e n t e r  s t a t i o n
序
号
地点
发震时间（年-月-日 时：分）北纬/°东经/°
震级震源深度/k m 震中距
/k m 最大响应幅值/10−3〃
延迟时间/m i n 持续响应时间/m i n 水管仪垂直摆水管仪垂直摆水管仪垂直摆N S E W N S E W N S    E W N S E W  N S    E W
N S E W
1台湾高雄市2016-02-06 03:59
22.94120.546.715567−78.6972.741.28−21.965514734492台湾宜兰县海域2016-05-12 11:1724.71122.006.215634−12.0117.26−60.65−22.22566113293台湾花莲县附近海域2018-02-04 21:5
624.20121.726.410620−20.67−31.79靠摆南北调零造成干扰缺数10358靠摆南北调零造成干扰缺数4台湾花莲县2018-02-06 23:5024.13121.716.511621−379.44−102.62
靠摆靠摆216221
靠摆靠摆5台湾花莲县附近海域2018-02-07 23:2124.07121.796.112630−9.57−3.09−647.44−626403134126地区2018-10-23 12:3424.01122.656.0307164.22−4.27−47.43−781.04243117227台湾海峡2018-11-26 07:5723.28118.606.2203861.63−1.25−39.16107.0936********台湾花莲县海域2019-04-18 13:0124.02121.656.724619−40.1725.7原始数据缺失390.836168原始数据缺失179台湾宜兰县海域2019-08-08 05:2824.52121.966.430635−9.64−3.77原始数据缺失−105.43
5541原始数据缺失8
10台湾宜兰县2021-10-24 13:1124.55121.806.360618−4.4610.1944.41−59.713423132211台湾台东县海域2022-03-23 01:4123.45121.556.620631−170.33254.03114107.963361292712台湾花莲县海域2022-05-09 14:2324.01122.516.21670211.33−23.2−150.29
靠摆549824
靠摆13新疆于田县2008-03-21 06:3335.6081.607.3333 440−290.49206.58−67.6552.6677
7713421414413214四川汶川县2008-05-12 14:2831.00103.408.0141 348666.16893.87−118.19146.78222223340142038415青海玉树2010-04-14 07:4933.2096.607.1142 036186.65−1 585.3−33.5538.557441634016115916四川芦山2013-04-20 08:0230.30103.007.0131 35871.04−50.8697.16−33.9823641172731910117新疆于田2014-02-12 17:1936.1082.507.3103 364−106.52−338.02−4.1141.31698826920317414118四川九寨沟2017-08-08 21:1933.20103.827.0201 432−35.3641.71−493.20417.963254212203529819青海玛多2021-05-22 02:0434.6198.377.4171 948507.411 376.21125.0378.72444423820016519620萨摩亚岛地区2009-09-30 01:48−14.8−171.578169 051224.77213.05−50.56−20.081413111254955952752721智利康塞普西翁2010-02-27 14:34−35.8−72.78.83518 618−536.43702.5986.1289.89232118171 2091 3871 2561 08022日本2011-03-11 13:4638.10142.609.0202 8722 717.34−1 142.5107.09213.775455
1 4201 3801 4371 36923苏门答腊北部附近海域2012-04-11 16:382.3093.108.6203 550−1 985.5−
2 467−206.74322双震双震双震双震24苏门答腊北部附近海域2012-04-11 18:430.892.48.220
3 7271 108.34−1 494−207.55164.5377双震
双震双震双震
25鄂霍茨克海2013-05-24 13:4454.90153.308.26004 460185.47−318.25−143.72−55.9866661 1691 2069771 103
26智利西北部附近海域2014-04-02 07:46−19.60−70.708.11019 073284.45−206.7110.43286.02545563657378747727尼泊尔2015-04-25 14:1128.2384.738.1203 087−738.8−983.24124.52104.69778692969136753028日本小笠原岛海域2015-05-30 19:2327.90140.508.06902 464−97.22−144.91−23.5699.05444489080188768929智利西部海域2015-09-17 06:54−31.60−71.608.22019 035248.86−215.6735.2436.18121112129709411 4791 27930新西兰2016-11-13 19:03−42.47172.978.0109 580−116.1321018.1222.4121112121 3324651 25252931墨西哥沿岸近海2017-09-08 12:4915.05−93.878.22014 469229.46−187.81−28.1−37.85191919191 13491662556232阿拉斯加湾2018-01-23 17:3155.93−149.158.0107 977323.33−157.32
仪器故障仪器故障1211仪器故障仪器故障437892仪器故障
仪器故障
33斐济岛地区2018-08-19 08:19−18.10−178.108.15708 302−250.55191.5628.33−87.291111111173358769561334美国阿拉斯加州以南海域2021-07-29 14:1555.45−157.958.110
7 459175.41102.3−23.79−19.73
11
111111
866981
1 210
1 225
412
地　震　科　学　进　展
2023 年
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地震最大响应幅度/10−3′
′地震最大响应幅度/10−3′
′震级
震级
水管
垂直摆
图 2    台湾地区地震水管仪、垂直摆最大响应幅值对比曲线Fig. 2    Maximum response amplitude of the earthquakes in Taiwan
7.38.07.17.07.37.07.48.08.89.0震级
8.68.28.28.18.18.08.28.08.28.08.18.1
3000
25002000150010005000地震最大响应幅度/10−3′
′7.38.07.17.07.37.07.48.08.89.0震级
8.68.28.28.18.18.08.28.08.28.08.18.1
3000
25002000150010005000
地震最大响应幅度/10−3′
′水管
垂直摆EW 分量
NS 分量
图 3    远震水管仪、垂直摆最大响应幅值对比曲线Fig. 3    Maximum response amplitude of the teleseism
1907
190318611446958905830797745446372355344336308287246203194143135134震中距/km
1907
190318611446958905830797745446372355344336308287246203194143135134震中距/km
延迟时间/m i n 延迟时间/m i n
图 4    水管仪、垂直摆响应延迟时间与震中距关系曲线Fig. 4    Relation between the delay time and epicenter distance
第 9 期
余思等：江西省赣州地震中心站DSQ 型水管倾斜仪与VS 型垂直摆倾斜仪同震响应对比分析
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