0 引言

地震是地壳介质在构造力的长期作用下一些特殊部位能量长期积累和突然释放的结果(李勇等，2004)。为了研究地震孕育进程中不同时段内地壳运动与形变特征，对地震预测，特别是短临预测进行探索，我国早在1966年邢台地震后就自主研制了一系列国产倾斜仪、应变仪，在全国各地震台站开展连续地壳形变观测。随着科学技术的发展，地壳形变观测仪由模拟观测发展到网络化、信息化观测。数据由人工读数(1 h读取1个数据)发展到秒采样、10 Hz采样的自动化采集方式。观测技术的不断提升，提高了观测精度、丰富了观测数据产品(赵莹，2018)。

目前在全国地震台站中，在同一仪器墩上安装同型号的定点形变观测仪进行比测较为少见，相关资料和文献鲜见。湖州地震台于2018年1月在同一个观测墩上安装2套VP型摆式倾斜仪(编号VP1和VP2)，2020年3月用于比测实验的VP1结束观测。同一观测墩上的2套VP型摆式倾斜仪对比观测历时2年，采集了大量观测数据。这给对比分析同一仪器墩同型号仪器产出的定点形变观测数据提供了难得的机会。

1 台站及观测点简介

湖州地震台位于浙北的湖州市南郊风景区道场山脉，台基为燕山期花岗岩体。NE向苏州—湖州断裂、NE向长兴(湖州)—屯溪断裂及EW向湖州—嘉善断裂在此交会。2套VP型摆式倾斜仪安装在观测山洞内同一观测墩上。观测山洞所在花岗岩体呈NE—SW向，岩体节理较发育，分为3组，其中第3组节理最后形成，切断上2组节理，倾向35°—360°，倾角80°—85°。由于风化程度不同，由地表向下可分为3层，观测地段处于第2和第3层结合部位(方燕勋，2013)。

2 数据对比分析 2.1 连续波形记录

选取2020年2月10日—11日2套VP型摆式倾斜仪NS向、EW向连续记录波形进行对比。置于同一仪器墩上的2套VP型摆式倾斜仪NS、EW分量固体潮潮汐形态相似，见图 1。

2.2 变化趋势特征分析

选取2套VP型摆式倾斜仪2019年9月NS向连续记录波形和2020年2月EW向连续记录波形(图 2)，对比分析2套仪器所产出的观测资料趋势变化。由图 2可见，2套VP型摆式倾斜仪短期变化趋势较一致，认为同一仪器墩上2套VP型摆式倾斜仪观测资料可以互相对比和验证。

x_i、y_i(i = 1，2，...，n)分别表示2套仪器相同时刻的整点观测值，相关系数为

$ r=\frac{n \sum\limits_{i=1}^n x_i y_i-\sum\limits_{i=1}^n x_i \sum\limits_{i=1}^n y_i}{\sqrt{n \sum\limits_{i=1}^n y_i^2-\left(\sum\limits_{i=1}^n y_i\right)^2} \sqrt{n \sum\limits_{i=1}^n x_i^2-\left(\sum\limits_{i=1}^n x_i\right)^2}} $

(1)

通过数据相关性统计，2020年2月EW向VP1、VP2观测数据的相关系数为0.981 3，2019年9月NS向2套形变数据的相关系数为0.912，二者均接近1。正常情况下，同一仪器墩上的2套VP型摆式倾斜仪记录的固体潮形态短期变化趋势无显著性差异，变化形态和趋势具有较好的一致性。

2.3 潮汐调和分析和结果对比

地球表面观测到的地倾斜固体潮数据是地球内部结构、观测点相对海潮位置对日、月起潮力和海潮负荷的响应(Wahr，1981)。在定点形变观测学科标准中，把固体潮观测振幅与模型理论振幅之比定义为潮汐因子，潮汐因子反映观测点地球弹性力学性质。同时以固体潮汐M₂波潮汐因子的中误差来评判观测数据精度。中误差越小，观测数据精度越高，通常中误差小于10^-3。

对2套VP型摆式倾斜仪的原始观测数据进行预处理，由原始秒数据转换到整点值数据，选取2018年1月至2020年3月NS、EW分量进行逐月固体潮汐调和分析对比，其中表 1列出NS向调和分析结果，表 2列出EW向调和分析结果。

根据M₂解算潮汐参数可知，湖州地震台同一仪器墩上2套VP型摆式倾斜仪EW向潮汐因子较一致，其中VP1潮汐因子均值为1.065 9，VP2潮汐因子均值为1.052 7，两者比值为1.012 5、相对偏差为1.2%。NS向潮汐因子较相差较大，其中VP1潮汐因子均值为0.449 6，VP2潮汐因子均值为0.620 5，两者比值为0.724 6、相对偏差为27%。同一仪器墩上2套VP摆潮汐参数相位滞后较一致，其中：EW向VP1潮汐因子相位滞后均值为-16.168 3，VP2潮汐因子相位滞后均值为-16.072 2，两者比值为1.005 9，相对偏差为0.59%；NS向VP1潮汐因子相位滞后均值为55.704 0，VP2潮汐因子相位滞后均值为56.633 7，两者比值为0.983 5，相对偏差为1.6%。

对同一仪器墩上2套VP型摆式倾斜仪潮汐参数进行对比分析，发现二者潮汐参数相位滞后较一致，EW向潮汐因子一致，但NS向潮汐因子偏差较大，相对偏差达27%。

3 同震响应衰减规律研究

为了对2套VP型摆式倾斜仪同震响应衰减特征进行研究，梳理2套仪器2018年度原始数据记录，对地震事件进行同震响应最大振幅统计分析。2018年8月5日19时46分，在印度尼西亚松巴哇岛地区(8.33°S，116.45°E)发生6.8级地震，VP2摆式倾斜仪EW向同震响应记录见图 3。本次地震的同震响应波P波到时为19时54分2秒，S波到时为20时0分4秒，其中最大振幅出现在20时20分42秒—48秒间，振幅为56.13×10^-3″。

采用吴利军等(2016)提供的分析统计原则：①地震事件同震响应明显，最大响应振幅大于2×10^-3″；②在主震—余震型地震序列中，主震短时间内覆盖余震同震响应，只统计主震事件；③短时间内发生多次地震，同震响应波互相覆盖，难以区分时，以震级大、震中距小的地震为该观测数据最大振幅对应的同震响应事件。

经过对观测数据的统计，2018年共记录同震响应111次，其中最大地震为8月19日斐济群岛M_W 8.1地震，震中距为8 477 km；最小地震为2018年10月11日湖北宜昌市秭归县M 4.5地震，震中距为998 km。

根据同震响应事件统计发现，在震中距相近的地震事件中，震级越大，同震响应最大振幅越大，两者呈正相关；在震级相当的地震事件中，震中距越小，最大振幅越大，两者呈负相关(图 4)。分别对2台VP型摆式倾斜仪记录的地震事件最大振幅进行统计，VP1的NS向振幅比EW向小的事件有67次，约占60%，2个分量振幅绝对差值在20×10^-3″以内的事件有88次，约占79.3%；VP2的NS向振幅比EW向大的事件有92次，约占83%，2个分量振幅绝对差值在20×10^-3″以内的事件有71次，约占64.9%。

同震响应的最大振幅值主要反映了地震面波特征，其特征就是随着震中距的增加，面波发生频散和衰减，其规律与震级和震中距有密切关系，还与传播路径和其力学性质、观测场地等有关(何斌等，2021)。同一台站同一仪器墩上的2套仪器，可以忽略观测场地与传播路径不同造成的影响。2套仪器同震响应的振幅—震级关系拟合曲线(图 5)显示：2套仪器的振幅—震级关系均为指数关系，VP1的NS向、EW向收敛程度均小于VP2，特别是VP1的EW向收敛程度更低(0.482 4)。

基于麦夸特法和通用全局优化算法，对同震响应最大振幅与对应地震事件的震级进行拟合，得到同一仪器墩2套VP型摆式倾斜仪EW、NS分量的同震响应最大振幅与震级的统计关系式(图 5)。拟合曲线位于样本密集分布的中间位置，拟合收敛度较高，拟合效果较好。

4 结论与讨论

(1) 同一仪器墩的2套VP型摆式倾斜仪记录的潮汐波观测曲线较一致，短期变化趋势相关性较高，潮汐参数相位滞后较一致。EW向潮汐因子较一致，NS向潮汐因子存在显著偏差，相对偏差27%。

(2) 通过对同震响应衰减规律进行统计，2套仪器记录的同震响应最大振幅具有一定的地震学面波震级标度规律，但2套仪器对相同地震的同震响应最大振幅存在细微差异。

(3) 湖州地震台2套VP型摆式倾斜仪NS向潮汐因子存在偏差、同震响应最大振幅存在细微差异，可能与仪器自身、仪器放置位置和NS向潮汐幅度小有关。具体分析如下：①仪器自身，2套仪器电路不同，VP1仪器电路分别设计了放大板和仪器自动调零板，而VP2仪器的放大和自动调零功能集成在一块电路板上，为了提高仪器的量程，降低了电路放大倍数；②仪器位置，2套仪器安装在同一仪器墩的不同位置，其中温度、湿度和仪器墩膨胀应变有细微差异；③NS向潮汐幅度小，湖州台受海潮影响，NS向潮汐幅度小于EW向潮汐幅度，约为EW向的二分之一，计算得到潮汐因子值偏差更显著。而且，不同摆的固有周期存在微小差异，其频率响应有差异。目前尚未对倾斜仪进行绝对标定，难以将不同仪器的观测值准确归化，故调和分析结果、同震响应振幅存在偏差。