0 引言

地壳在内力和外力作用下不断运动，由于地球是非均匀的，这种运动在某一时刻必然导致某一地区的地壳发生较大地壳形变，甚至突然破裂，从而引发地震。中国著名地球物理学家顾功叙教授认为：“地形变的确能比较直接显示地壳深部震源区的变化”。国内很多专家学者开展了相关研究，如：郗钦文(2002)系统介绍了潮汐对固体潮观测的影响；李杰等(2003)阐述了单个台固体潮观测可能遇到的各种干扰，并为排除干扰提供了科学方案；杨玲英等(2012)、丁雨等(2014)等对地倾斜仪器的同震响应和抗干扰能力等分别进行了深入研究。在此基础上，本文选取乌加河中心地震台水平摆和水管仪2013 — 2015年记录的部分资料，从最大响应幅度、响应延迟和持续时间等，详细比对分析2套地形变观测仪器对同一地震的响应特征。

1 台站概况

乌加河中心地震台(以下简称乌加河台)地处阴山纬向构造带中西段与狼山弧形构造带复合部位，海拔1 052 m，花岗岩台基。乌加河台配备水平摆和水管仪进行形变观测，观测山洞为花岗岩洞体，平均覆盖厚度约189 m，洞室年温度13.5 ℃，变化小于0.3 ℃，日温差小于0.05 ℃。其中：水管仪1984年开始记录，2001年进行数字化改造；水平摆1984年记录，2006年进行数字化改造。2套观测仪器环境干扰小，记录精度高，观测质量较好。

2 观测仪器性能

乌加河台水管仪、水平摆均安装在观测山洞内，最近直线距离约8 m(图 1)。水管仪基线长度为：NS向26.78 m，EW向27.18 m；水平摆折合摆长：NS向329.0 mm，EW向329.0 mm。

2.1 工作原理

水平摆倾斜仪工作原理：利用水平摆的高效放大性能，对微小的地倾斜变化进行连续记录。水管倾斜仪工作原理：相同2个容器中，同一液体在相同大气压、温度条件下，其液面静止时位于同一水平面上，当地面产生倾斜时，2个容器随之倾斜，从而相对于保持水平的液面产生垂直位移；借助测微系统精确测定此位移量，即可换算成地面的倾斜值(狄樑等，2013)。

2.2 工作性能

水管倾斜仪与水平摆倾斜仪的观测对象均为地面与水平面之间的夹角(即地平面法线与铅垂线的夹角)及其随时间的变化(熊先保等，2013)，观测值有大小和方向，单位是″，观测精度为0.003″，零漂≤ 0.005″/d，采样率为1次/min(罗宏江等，2006)。

3 资料选取

选取2013 — 2015年乌加河台记录的13个地震作为分析样本(表 1)，震级范围4.7 ≤ M ≤ 8.2，其中，2015年4月15日内蒙古自治区阿拉善左旗5.3级地震震中距最小(Δ= 226.9 km)，2014年4月2日智利8.2级地震震中距最大(Δ= 1 7571.2 km)。为了比对分析2套地倾斜仪器对相近位置地震的同震响应特征，特选取2次巴基斯坦地震和2次吉林松原地震。13次地震的同震响应参数见表 1。

4 结果分析

薛生瑞等(2014)研究认为，震级不同，不同仪器或同一仪器，最大响应幅度不同，延迟时间和震荡时间的响应也不同。为了说明水管仪和水平摆对不同震级和震中距地震的响应特征，对表 1中13个地震的响应持续时间、延迟时间和最大幅度进行分析，详细比对2套观测仪器的同震响应特征。

4.1 最大响应形变幅度

从表 1可见，水平摆最大响应幅度较大，尤其是鄂霍次克海7.3级地震和巴基斯坦7.9级地震，水平摆仪最大响应幅度是水管仪的7—10倍，这是因为水平摆阻尼远小于水管仪。

(1) 水平摆最大响应幅度与震级和震中距有关。由表 1可见：①震中距相近，最大响应幅度和震级成正比，如：2次吉林松原地震中，5.8级地震所激发的最大响应幅度较大，5.5级地震则较小；②震级相近，最大响应幅度和震中距成反比，如：内蒙古阿拉善左旗5.3级地震大于青海玛多5.2级地震所激发的最大响应幅度。

(2) 水管仪最大响应幅度变化规律与水平摆仪类似。由表 1可见：①震中距相近的地震，最大响应幅度和震级成正比，如：2次巴基斯坦地震，7.9级地震的最大响应幅度较大，7.3级地震则较小；②震级相近的地震，最大响应幅度和震中距成反比，如：鄂霍次克海7.3级地震激发的最大响应幅度远大于巴基斯坦7.2级地震(图 2)。

4.2 响应延迟时间

水平摆和水管仪地震响应延迟时间与震中距有较大相关性，一般与震中距成正比。从表 1可见：对于同一地震，水平摆和水管仪响应延迟时间不同，且水平摆延迟时间略小(图 3)，如：智利8.2级地震响应延迟时间分别为14 min、20 min，印度尼西亚7.0级地震为8 min和9 min，吉林松原5.5级地震为4 min和5 min。

4.3 响应持续时间

绘制水平摆、水管仪记录的13个地震的响应持续时间，见图 4，可见水平摆地震响应持续时间较大，震级越大，持续响应时间越长。由表 1可见：地震响应持续时间与震源深度也有一定关系，如：千岛群岛6.4级地震(震源深度46 km)响应持续时间远小于日本6.0地震(震源深度10 km)；6级及以上地震，2套观测仪器的地震响应持续时间相差不大；6级以下地震，水平摆地震响应持续时间较大。

4.4 震中距相近，震级不同的地震响应

从表 1可见，对于震中距相近、震级不同的地震，同一观测系统的最大响应幅度、响应持续时间与震级成正比。如：同一观测系统，吉林松原5.8级地震所激发的最大响应幅度比5.5级地震大，同震响应持续时间也有相同关系。2套观测仪器对巴基斯坦7.9级地震和7.2级地震也有类似同震响应特征，且更加明显。

5 结论

综上所述，乌加河台水管仪和水平摆记录的13个地震响应幅度与薛生瑞等(2014)的研究结果一致，主要表现为：水平摆和水管仪对同一地震的响应不同；同一套仪器对同一地区不同震级的地震响应也不相同；不同地倾斜仪器对同一地震的最大响应幅度不同，延迟时间、震荡时间的响应也不相同。

(1) 水平摆和水管仪均能记录到地震后的同震响应，且均以高频震荡衰减的方式叠加在记录到的固体潮曲线上。

(2) 水平摆记录的地震最大响应幅度一般大于水管仪，与水平摆的阻尼远小于水管仪有关。震中距相近，2套仪器的最大响应幅度与震级成正比；震级相近，2套仪器最大响应幅度与震中距成反比。

(3) 2种地倾斜仪器记录的地震响应延迟时间与震中距成正比。同一地震，水平摆仪的响应延迟时间略小于水管仪。

(4) 震级是影响地震响应持续时间的主要因素，二者成正比关系。同震响应持续时间与震源深度也有一定关系。

(5) 震中距相近，同一观测系统的最大响应幅度、响应持续时间与震级成正比；水平摆响应延迟时间略小于水管仪。

(6) 在同一地震台同时安装2种地倾斜观测仪器，有助于更好地认识地震引发的地倾斜同震效应，有利于初步识别地倾斜观测资料中的地震前兆异常。