0 引言

地震台站是获取观测数据的基地，台站观测仪器应精密、灵敏，并尽可能地减少外部干扰。保护地震监测设施和环境(王兰兰等，2007)，确保数据观测质量和数据连续性，是减轻地震灾害的基础性工作。

实际观测中，会出现同一干扰源对不同学科观测及同一学科的不同测项观测产生干扰的情况(王永刚等，2013)，在提炼地震信息过程中，为了排除干扰影响，需要了解观测点周围的环境变化(邱泽华，2010)。随着数字化地震观测工作的开展，观测干扰因素已成为一个现实而紧迫的问题(耿杰等，2002)。已有研究者对台站台基噪声进行了研究(王伟涛等，2011；高伟亮等，2015)。张晋川等(2009)对地震观测环境保护工作提出了几点建议。

本文针对乌加河地震台周边环境变化所导致的台站记录受到干扰的问题，选取乌加河地震台受干扰前后的数据进行对比，计算台基平均噪声水平及动态范围变化，分析观测环境变化对台站仪器记录造成的干扰，以便今后数据处理时可以有效识别出干扰数据，提高工作效率。

1 台站观测环境

乌加河地震台位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特中旗乌加河镇北1 km处，台站北靠阴山山脉系中的色尔腾山，南临河套冲积平原，处于狼山山前东西大断裂带、河套断陷盆地北缘，远离城镇及交通主干线。测震观测山洞深入山体约130 m，台基为古生代花岗岩，观测洞室自然干扰背景噪声小且较稳定，观测室温度日变小于0.02 ℃，年变小于0.50 ℃(王鑫等，2017)。

2 资料选取

为对比乌加河地震台受干扰前后的地动噪声水平，分别使用2015年、2016年、2018年相同月份的某一天的观测数据，其中，2015年为未受干扰数据，2016年为受采砂厂干扰数据，2018年为受修路干扰数据；噪声记录文件分别选取这3天夜间和白天相同时段的连续波形文件，即夜间0—5时、白天8—12时波形文件来计算1—20 Hz(1/3倍频程)的平均地动噪声RMS。

3 原理与方法

台基噪声资料对台址勘选、评估台站观测环境变迁、评估台站记录质量等来说，都是很重要的依据(童汪练，2012)。作为参考，在噪声曲线图中给出的地球高噪声、低噪声模型曲线，分别被称为地球的高噪声模型NHMN和低噪声模型NLNM(郑培玲等，2014)。由台基噪声测试得到噪声数据记录的自功率谱密度，并按特定带宽计算噪声有效值RMS。自功率谱密度S_x(f)计算公式为

$ {S_x}(f) = \int_{ - \infty }^\infty {{R_x}} (\tau){{\rm{e}}^{ - j2{\rm{ \mathsf{ π} }}f\tau }}{\rm{d}}\tau $

(1)

$ {R_x}(\tau) = \int_{ - \infty }^\infty {{S_x}} (f){{\rm{e}}^{j2{\rm{ \mathsf{ π} }}f\tau }}{\rm{d}}f $

(2)

其中，S_x(f)可解释为随机噪声信号x(t)的平均功率相对频率的分布函数，自功率谱密度S_x(f)包含R_x(τ)的全部信息；R_x(τ)为随机噪声信号x(t)的自相关函数；j为虚数，j² = -1；f为信号频率；τ为时间长度。

台基噪声RMS计算公式为

$ {\rm{RMS}} = \sqrt {2P{f_0}{\rm{RBW}}} $

(3)

其中，P为速度功率谱密度；f₀为倍频程中心频率；RBW为相对带宽。

首先将选取的小时连续波形seed文件进行分道，得到UD、EW、NS三路波形数据，然后采用北京港震仪器设备有限公司的数字地震仪参数测定系统软件进行台基噪声功率谱密度测定，输入采样频率、地震计的固有周期、地震计类型、三分向速度响应灵敏度及重复次数，通过处理，计算得出该台基的平均噪声RMS，同时绘出功率谱密度噪声曲线(即PSD曲线)。

4 计算结果与分析

计算得到了2015年5月、2016年5月、2018年5月某一天夜间和白天的2个时段1—20 Hz(1/3倍频程)RMS的平均值(表 1)，同时计算了其地动噪声功率谱密度及观测动态范围。限于篇幅，只给出10 Hz频点的观测动态范围及垂直分量功率谱密度(表 2)，以及每个时段的PSD曲线(图 1)。

根据《地震台站观测环境技术要求》(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2004)，Ⅰ类台基噪声水平为RMS < 3.16×10^-8 m/s。由表 1可见，乌加河地震台属于Ⅰ类台基，其2015年未受干扰的数据无论是夜间还是白天RMS值都很低，夜间时段也是一天中最安静时段，噪声水平相对更低。2016年距台站2.2 km处建立采砂场，白天挖掘机、粉碎机以及拉满砂石的重型卡车同时作业，对台站监测环境干扰严重，导致RMS值明显变大，而夜间采砂场停止作业，噪声水平与2015年夜间相比变化不大。2018年距台站1.1 km处开始修建335国家一级公路，无论白天夜晚，台站附近不断有载重运输车辆过往，大型机械设备也一直工作，导致全天的噪声水平都增大。对比表 2和图 1可见，2016年、2018年乌加河地震台地噪声功率谱密度相比2015年都有所增大，而观测动态范围却都减小了。其中，2018年5月3日10时较2015年同期变化最大，地噪声功率谱密度差值达到近12 dB，观测动态范围减小了近11 dB。由此可见，台站观测质量的降低是由台站附近环境变化所致。

5 结论

通过对乌加河地震台环境变化前后测震观测资料的分析，得到以下认识：①正常情况下夜间属于最安静时段，白天人为因素干扰较强，因此地脉动噪声水平RMS值白天高于夜晚；②采砂场、修路的机械设备运行导致观测环境发生较大的变化，地脉动噪声水平随即发生明显变化；③随着观测环境所受干扰的日益严重，台站的地噪声功率谱密度增大，观测动态范围减小。

随着乌加河镇加快城镇一体化建设，乌加河地震台观测质量势必受到一定的影响，通过对台基平均噪声水平、动态范围及功率谱密度的计算与分析，可为判定干扰来源及其影响程度，剔除数据中干扰因素的影响，合理使用观测数据提供依据。