2024, Vol. 45
表1(Table 1)
近年来，随着我国经济建设的快速发展，城市化进程不断加快，全国多个地震台站观测环境遭受破坏，干扰日益明显，对观测数据质量造成较大影响。为此，诸多地震台站重新勘选台址，如云县地震台(曹白伦等，2022)、丽江地震台(匡泳庄等，2022)，并进行背景噪声计算(王良等，2021；马敏伟等，2022)。
兰州地震监测中心站(兰州观象台)(以下简称兰州站)是我国1957年建立的首批8个综合性地球物理观测台之一，作为国家野外地球物理台站之一，是集地震监测、预报、科研为一体的全国综合性台站，承担着测震国际资料交换、《中国地震台网观测报告》《中国地震年报》《中国地震速报台网观测报告》《中国数字地震台网观测报告》《甘肃省地震观测报告》编制(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2004)等任务。然而，随着兰州城市规模的不断扩大，兰州站周边1 km范围内高楼林立，高压线路在台站上方穿过，加之城市轨道交通工程建设等因素，对台站观测环境造成严重破坏，使得包括测震等各种地球物理观测手段受到不同程度的干扰。为保证观测数据质量，对兰州站测震台重新选址并重建。本文详细介绍了新台址的勘选工作，并对勘选点噪声测试结果进行了分析。
1 台站概况兰州站测震台是国家基本台，是祁连山东段地震重点监视防御区内综合性地球物理观测台站。该台地处黄河北岸Ⅲ级阶地后缘，距黄河最近距离约1.5 km，海拔1 550 m，台基岩性为白垩纪棕红色砂岩、砂砾岩夹泥岩薄层。
台站地处青藏块体、鄂尔多斯和阿拉善地块等活动地块交会处，祁连山地震带和南北地震带交会部位，具有重要的地理位置，所在区域是世界上黄土沉积最厚、分布最广地区，区域构造活动剧烈，是中国大陆历史上8级大震密集区，也是黄土岩土和工程地质灾害频发地区。
2 台址勘选(1) 台址初勘。室内图纸作业拟选什川镇北山为兰州站测震新台址所在地，此地人烟稀少，气候干燥，夏季最高温度约30 ℃，冬季气温低至-20 ℃。经野外实地勘察，根据地形地貌实际，选定东圈岔沟内山脚某处地点进行背景噪声测试。该处岩石较为完整，附近无断层穿过，交通便利，市电、通讯接入方便，作为测震台址较为理想。
(2) 台址详勘。为了全面、准确地了解拟选台址山体的地质构造情况，对什川新台址岩石性质进行地质考察，发现：该处岩体出露地表，岩性为花岗岩，山体走向SNW向，测震观测山洞适合沿EW向开挖。该拟选台址海拔2 513 m，距什川公路约3.4 km，距兰州站测震台约20 km。什川拟选台址地形、地貌见图 1。
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图 1 什川拟选台址地形、地貌 Fig.1 Terrain and landforms of Shichuan proposed site |
为确保兰州站测震新台址场地观测环境符合国家I类台要求，对什川镇北山周边环境进行调研，其中：选定台址距黄河约5 km，距什川镇滨河公路约3.4 km，距什川镇约3 km，距兰州站约20 km；台址周边约500 m处有一小型养猪场，对测试干扰较小；台址SW向约3.2 km处为小峡水电站，规模较小；台址SE向约3.7 km处有一石料厂，现有少量机械施工操作，干扰较小。
在拟建观测山洞处架设GL-PCS60一体化宽频带地震仪系统，进行台基背景噪声测试，测试设备参数见表 1。
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表 1 GL-PCS60一体化宽频带地震仪系统参数 Table 1 Parameter of GL-PCS60 broadband seismometer |
采用GL-PCS60一体化宽频带地震仪系统对勘选台址进行实地连续背景噪声测试。据GB/T19531.1—2004《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)，截取连续72 h原始记录数据(1—20 Hz)，基于童汪练编写的背景噪声计算软件，计算UD、EW、NS三分量RMS值，分析拟选台址的背景噪声等级。计算结果显示，在1—20 Hz频段范围内，UD、EW、NS向静态地脉动噪声RMS有效均值分别为1.37×10-8 m/s、1.42×10-8 m/s、1.22×10-8 m/s(表 2)。据GB/T19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求》(中国地震局，2004)定义，拟选台址属Ⅰ类台基噪声水平。
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表 2 GL-PCS60宽频带噪声测定统计(1—20 Hz) Table 2 GL-PCS60 broadband noise measurement statistical table (1—20 Hz) |
在1—20 Hz频带，什川拟选台址UD、EW、NS向静态地脉动速度噪声有效值小时均值分布见图 2，其中三分向最大值分别为2.52×10-8 m/s、2.35×10-8 m/s、1.74×10-8 m/s，可见RMS＜3.16×10-8 m/s，表明三分向均达到Ⅰ类台基噪声水平。
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图 2 1—20 Hz台基地动噪声RMS小时均值 Fig.2 RMS hourly mean of dynamic noise of station site at 1-20 Hz |
Peterson(1993)通过分析全球75个地震台站近2 000条噪声记录功率谱密度分布，给出全球低噪声模型(NLNM)与高噪声模型(NHNM)，目前广泛用于台址噪声水平评价、仪器标准定义与不同背景噪声水平下地震计响应预测等(徐建权等，2023)。采用Welch平均周期法，计算UD、EW、NS分量功率谱密度，将背景噪声信号按频率大小依次在图中绘出，结果见图 3，图中上下2条粗实线为高噪声模型(NHNM)与低噪声模型(NLNM)，中间线为实测功率谱密度曲线。
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图 3 拟选台址静态背景噪声功率谱密度 Fig.3 The static background noise power spectrum density curve of the proposed site |
由图 3可见：什川拟选台址背景噪声功率谱密度曲线分布在地球高噪声模型(NHNM)和低噪声模型(NLNM)之间，在1—20 Hz频带，噪声功率谱密度低于-100 dB，大部分时段数值在-100— -160 dB；地噪声水平较低，大部分数值低于-120 dB，平均结果比NLNM高10—20 dB。可见，拟选台址应属低噪声台。
在72 h测试时段内，拟选台址背景噪声功率谱密度随时间的变化见图 4，可以看出：EW向最大、最小功率谱密度分别为-126.2 dB、-137.3 dB，平均为-134.8 dB；NS向最大、最小功率谱密度分别为-124.4 dB、-139.4 dB，平均为-136.2 dB；UD向最大、最小功率谱密度分别为-125.4 dB、-135.6 dB，平均为-133.8 dB。测试结果表明，拟选台址背景噪声功率谱密度满足在测试时段内变化不大于平均值20%的要求。
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图 4 拟选台址3 s频点功率谱密度随时间的变化 Fig.4 The variation of power spectrum density with time at the 3-second frequency point of the proposed site |
在连续72小时的测试时段内，共记录天然地震10次、远震6次、近震4次，其中2024年1月25日6时21分新疆阿合其县MS 5.2地震和1月26日4时01分新疆阿乌什县MS 5.6地震波形见图 5，可见地震记录波形较为清晰。
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图 5 地震波形示例 (a)2024年1月25日6时21分新疆阿合其县MS 5.2地震；(b)2024年1月26日4时01分新疆阿乌什县MS 5.6地震 Fig.5 Examples of seismic waveforms |
兰州测震台什川台址附近无明显干扰源，噪声干扰低，且交通便利，有利于施工建设。基于GB/T 19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求》，对什川台址进行勘选，经72 h连续记录背景噪声测试(计算过程中未剔除干扰)，可知该台址达国家Ⅰ类台建设标准，且测试期间地震记录波形清晰，迁建完成后，兰州测震台观测数据质量将显著提升，可适应新时期地震研究、防灾减灾新需求。
曹白伦, 匡福江. 云南云县地震台迁建选址及背景噪声分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2022, 43(5): 140-145. |
匡泳庄, 黑贺堂, 吴会梁, 等. 丽江地震台新台址勘选[J]. 地震地磁观测与研究, 2022, 43(4): 73-79. |
马敏伟, 彭登靖, 秦波, 等. 昭通巡龙测震台台基背景噪声特征分析[J]. 高原地震, 2022, 34(4): 55-60. |
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徐建权, 孟令升, 贾军, 等. 黑龙江省测震台站背景噪声及动态范围分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2023, 44(5): 65-73. |
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 19531.1—2004地震台站观测环境技术要求第1部分: 测震[S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.
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