1 研究背景

地壳受板块活动、日月引力的固体潮汐等影响而持续变形。局部地壳形变发展到一定程度会引起破裂等静态扩展，继而可能引发地震。使用应变仪、倾斜仪等进行地壳形变测量能够直接观测地壳运动，是现今地震预报的重要手段之一。

固体潮是现今唯一可通过理论计算得出的地球物理现象。因此，固体潮在地球动力学、地震预测等方面具有重要应用。但是固体潮现象微弱，对观测仪器性能要求较高。此前有报道使用光纤传感器进行地震和固体潮观测的实例（张文涛，2018）。文中使用基于光纤迈克尔逊干涉仪的光纤倾斜仪测量地壳形变，并对固体潮信号进行研究。

2 光纤倾斜仪介绍

传感系统光源的中心波长为1 550 nm。光纤倾斜仪采用臂长差为0.4 m的光纤迈克尔逊干涉仪，干涉仪基于摆的铅垂原理悬垂传感。光纤干涉仪用法拉第旋转镜来消除偏振衰落。臂长非平衡的情况下，可以增大传感器的灵敏度，但相位噪声也会随臂长差的增加而增大。在实际测量中，将光纤倾斜仪放置于钻孔中，使其环境温度场较稳定。系统采用高精度光纤通用信号解调设备，其相位噪声水平在0.01—50 Hz频带范围内均优于0.000 1 rad/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$，动态范围优于130 dB。设备软件基于LabVIEW开发，可以实现波形采集、实时监测等功能。在软件安装完成后，可随时通过远程控制的形式完成对光纤倾斜仪的设置与数据读取。

3 研究结果

通过软件将光纤倾斜仪的采样率设置为10 Hz，进行为期数月的持续观测。将光纤倾斜仪安装于钻孔，经数十天记录，数据显示，相位值存在较大的持续漂移。这是因为，光纤倾斜仪刚安装完成，传感器本身以及传感器与周围填充物等环境因素间耦合尚未足够稳定。待光纤倾斜仪稳定后，数据显示，在长时间尺度上，相位曲线与铂电阻温度传感器测得的温度曲线一致性较好，相关系数可达0.964。由于固体潮现象引起的信号比较微弱，长时间跨度下，光纤倾斜仪主要记录了温度变化，但在温度变化较平缓时记录到固体潮波形，与理论固体潮对比波形趋势基本一致，见图 1。另外，计算功率谱密度（PSD）发现，PSD在频点0.000 023 Hz处具有峰值，与固体潮对应周期12.4 h相符。因此，尽管光纤倾斜仪受温度影响，依旧有记录固体潮的潜力。如果采用参考温度补偿等方法消除温度影响，或是实现应变、温度双参量传感，在固体潮记录方面应有更好结果。但是，需要结合气象因素、人为活动、本地地质环境等进行综合分析，采用光纤倾斜仪开展形变观测才能给出切实的现实意义。因为形变观测数据不仅含有固体潮导致的应变记录，还有气压、降水等干扰，引起曲线畸变，各种自然与人为的干扰使真实形变更加复杂。

4 结束语

综上所述，光纤倾斜仪可以观测到固体潮信号，表明采用光纤倾斜仪进行地壳形变观测是可行的，有望为地壳形变测量、地震观测提供新的手段，在地震观测仪器中具有应用潜力。同时，数据显示，光纤倾斜仪性能良好，可同时开展应变与温度双参量同时测量工作，具有实际应用价值。