0 引言

中国的地应变连续观测工作始于20世纪80年代，目前洞体应变监测台网应用的观测仪器有SS-Y型短基线含铌因瓦钢棒伸缩仪、SS-Y型小口径石英伸缩仪和SSY-Ⅱ型石英伸缩仪。伸缩仪是精密测量地壳岩体2点间水平距离相对变化的仪器，适用于观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，为研究地震孕育过程中水平应变的变化规律提供数据，也为地球弹性研究提供重要数据（中国地震局监测预报司，1995）。定点应变潮汐连续观测数据可反映该区域地壳应力—应变状态的长期变化(邓建刚等，2013)，通过对连续监测的应变资料的研究，发现地壳浅部某点的应力状态是随时间变化的，并具有一定规律性。

云龙地震台于1987年12月架设高精度SS-Y型石英伸缩仪，进行模拟观测，2002年6月升级为“九五”数字化观测，2012年12月改造为“十五”数字化观测。该仪器以分钟值进行采样，生成分钟值和整点值数据，已取得30年定点应变资料。本文试图通过对云龙地震台SS-Y型石英伸缩仪应变观测资料的连续率、零漂量、年变幅、噪声水平、M₂波潮汐因子相对中误差等指标的检验，总结评定应变观测资料质量，通过应变潮汐调和分析得到该台长期应变潮汐观测的正常背景变化范围，以期对地球动力学及地震分析预报研究提供参考。

1 观测背景

云龙地震台（下文简称云龙台）位于红河断裂中段西侧，在红河断裂与澜沧江断裂之间，且靠近澜沧江断裂，该区地质结构复杂，具备中强地震发生条件（地震频发且强度大）。

云龙台观测山洞于1983年施工，1986年底完工，建成洞体全长约300 m，由3方向的长条仪观测支洞及9个观测洞室构成，主巷道设有多道密封门。仪器观测峒室覆盖层厚35.0—110.0 m，植被为灌木和杂木。洞内仪器墩设在基岩上，台址基岩为侏罗纪细砂岩，完整且比较坚硬。洞室恒温性好，洞温日变幅 < 0.03℃，年变幅 < 0.5℃，背景干扰小，精度高。伸缩仪NS向基线长31.8 m, 方位角179°25.8′；EW向基线长31.4 m，方位角90°43.3′；NW向基线长34 m，方位角313°42.0′。观测仪器布局见图 1。

2 应变潮汐观测资料质量评定

应变观测资料质量的评定，需要有精度衡量标准，以便不断对比和参照，达到随时审核工作的目的（卢双苓等，2011）。参照地壳形变学科组拟定的有关技术指标，整理云龙台2003年1月—2016年12月SS-Y型石英伸缩仪观测数据（图 2），对资料的连续率、年零漂、年变幅、相对噪声水平M₁及M₂波潮汐因子均方差进行检验。

2.1 连续率

观测数据连续是地震预报对前兆观测数据的基本要求之一，连续率由已处理的整点值数据来计算，为了方便计算，从统计缺记率N入手，则资料连续率为1-N，N由下式确定

$ N=\frac{\text{预处理数据中缺记样本数}}{\text{应有数据样本数}}\times 100 $

(1)

由式（1）计算得到云龙台2003—2016年应变潮汐观测资料连续率为90.2%—100%。2003年无数据缺记，完整连续；2006年7月19日—8月18日因记录器老化，齿轮有不同程度的磨损，无配件更换，导致NS、EW向数据分别缺记393 h、529 h；2008年8月数采受雷击损坏，导致NS、EW向数据缺记832 h、851 h；2012年12月进行“十五”升级改造，NS、EW向缺数时长分别为281 h、280 h；如无特殊情况，其他年份数据连续率高达99%以上。

2.2 年零漂

采用日均值法计算伸缩仪年零漂。将每年12月31日的日均值减去当年1月1日日均值，即为该年度伸缩仪年零漂值。2003—2016年云龙台伸缩仪应变潮汐观测的NS、EW分量各自年零漂值统计结果见表 1，变化范围为10^-6—10^-7。其中2006年、2008年零漂值相对大，可能是因仪器老化，且2年降雨量相对较大造成；2013—2016年零漂值逐渐减小，2016年NS向几乎未出现零漂现象，这是因为，仪器经“十五”升级改造后，旧部件更新，使得零漂量逐渐减小。由表 1可知，云龙台应变潮汐NS分量年零漂小于1.5×10^-6，EW分量年零漂为(0.3—2.0)×10^-6，NS分量年零漂值优于EW分量。

2.3 年变幅

年变幅计算方法为：在每个分量全年8 760个整点值（查固体潮观测月报表）中找出最大值和最小值，二者相减后，取绝对值，即得各分量年变幅（统计结果见表 1）。由表 1可见，NS分量年变幅除2006年、2008年因数采故障偏大外，其他年份均小于0.7×10^-6；EW分量年变幅为(0.36—1.6) ×10^-6，除2003、2006、2007、2008年度幅值稍大，其余均小于1×10^-6。

2.4 M₂波潮汐因子及相对中误差

应变观测资料采用调和分析方法以M₂波潮幅因子相对中误差和长周期拟合噪声水平作为资料评定内精度指标，以观测资料M₂波潮汐因子相对中误差为内精度指标(卢双苓等，2011)。应用Venedikov调和方法，按月对云龙台2003—2016年应变潮汐观测资料进行调和分析，求取M₂波潮汐因子γ值均方差，计算结果见表 2。

计算结果表明，云龙台伸缩仪M₂波潮汐因子NS分量在0.373 6—0.728 1，EW分量在0.561 90—0.718 4。2013—2016年SS-Y石英伸缩仪NS分量M₂波潮汐因子相对中误差 < 0.105 3，2003年数值最小为0.012 8，2014—2016年均小于0.015。EW分量M₂波潮汐因子相对中误差 < 0.125 0，2003年为0.013 7，2014—2016年均小于0.03。

2.5 相对噪声水平M₁

相对噪声水平M₁是衡量应变潮汐观测资料年稳定性的质量评定指标之一(陈德福，1995)，用契比雪夫多项式与一个年度观测资料的73个五日均值作30阶拟合而得，计算公式为

$ F\left(X \right)\text{=}\frac{1}{2}{{C}_{0}}+\sum\limits_{n=1}^{m}{{{C}_{n}}{{T}_{n}}\left(X \right)} $

(2)

式中

$ {{T}_{n}}\left(X \right)\text{=cos}\left(n\ \text{arccos}\ X \right) $

(3)

其中n= 1，2，3，…，m，T_n (X)称为契比雪夫多项式，X为五日均值，C₀为常数，C_n为拟合系数，n为系列号，m为提取的五日均值总个数。

云龙台应变潮汐观测相对噪声水平M₁的计算结果见表 3。由表 3可以看出，2003—2008年应变潮汐观测资料NS向相对噪声水平M₁约0.007，EW向约0.008；2009—2016年NS向相对噪声水平M₁约0.002，EW向约0.004，低于规范要求数，2011年、2012年M₁较好。

3 调和分析

据卢双苓等（2011）提供的Venedikov调和分析方法，采用EIS2000地震前兆信息处理与软件系统（蒋骏等，2000），对云龙台2003年1月—2016年12月SS-Y型石英管伸缩仪NS分量整点值数据进行调和分析，得到各个潮波的潮汐振幅因子γ值及均方差、相位滞后及均方差，在此仅列举2003年、2009年、2015年、2016年的计算结果，具体数值见表 4。由表 4可知，应变潮汐数据质量最好的年份为2016年，M₂波潮汐因子均方差为0.014 1。目前云龙台应变潮汐观测质量居国内同类地震台站优秀水平。

4 结论

综上所述，对云龙台SS-Y型石英管伸缩仪运行现状进行分析，得到以下几点认识。

（1）通过对2003—2016年就应变观测数据的连续率、漂移量、年变幅、噪声水平、潮汐因子中误差等指标进行检验，认为：应变观测资料连续、完整、可靠，仪器运行正常稳定。应变观测资料完整率较高，年零漂与年变幅小，应变潮汐观测精度较高、相对噪声水平较低，各项指标满足形变观测要求，处于国内同类台站先进水平。

（2）云龙台应变潮汐数字化观测历经“九五”（2003—2012年）、“十五”（2013—2016年）2个阶段。从以上各项指标的计算结果可以看出，2006年因仪器老化严重，年零漂偏大，M₂波潮汐因子相对中误差及相对噪声水平M₁偏高。2012年12月进行“十五”技术升级改造，导致数据缺测，仪器试运行工作不稳定，对当年数据各项指标造成明显影响。“十五”数据（2013—2016年）零漂量呈逐渐减小趋势，2016年NS向几乎无零漂现象，NS、EW分量相对噪声水平M₁相对稳定。

（3）云龙台石英伸缩仪观测资料调和分析结果中，数据最好的年份为2016年，M₂波潮汐因子均方差为0.014 1，目前处于国内同类台站优秀水平。