井下地震计方位角检测技术应用研究

马继文

宁夏回族自治区地震局 宁夏固原市 756000

摘要：地震台站地震仪方位的准确定位对利用地震观测资料研究各向异性、面波频散、接收函数和震源机制解具有重要意义。地下地震观测可以有效降低地面噪声干扰的影响，提高小地震信号的观测精度。

关键词：井下地震计；相关分析；地震计方位角；均方根误差；检测精度；

一、地震计方位角检测数据信息

本次地震计方位角检测采用地表不同距离多套地震计对比观测及井下地震计与观测井孔附近地表多套地震计对比观测，测点信息由GPS测定．地表

地震计对比观测选取了３个实验场地，分别为QLIT、XAN、ZOZT，每个场地选取２个以上测点，测点之间间隔不同，其中１个测点为主测点，分别安装甚宽频带、宽频带、短周期等多套地震计．井下地震计选取６个深井观测台站进行对比观测，分别为LWU、TLE 、AY、QF、LZH、DBT，涵盖了甚宽频带、宽频带及短周期井下地震计，地表地震计安装时如室内有仪器墩，地震计安装在仪器墩上，否则的话，采用室外地埋方式．处理时在室外地表挖坑，坑内放置大理石或花岗岩石板，地震计安装在石板上，使用陀螺寻北仪定向，用仪器罩防护后进行地埋，起到防风、防气流、防雨等功能．对比观测连续记录时间24ｈ以上，相关分析时选取24ｈ记录，计算结果取24ｈ平均值。

二、井下地震计方位角检测

LWU井下观测台，安装序列号06JDF－２井下宽频带地震计，地震计安装深度为248ｍ．检测时井孔附近室内仪器墩分别安装序列号Ｇ10821VSBBVS－60宽频带地震计、序列号Ｇ08228VSBBVS－120甚宽频带地震计、序列号T4V85CMG－40TDE短周期地震计、序列号Ｔ4U99CMG－40T宽频带地震计等４套地震计，地表地震计使用陀螺寻北仪定向，JDF－２井下宽频带地震计连接EDAS－241P数据采集器，其余地震计分别连接EDAS－24GN数据采集器．序列号G10821VS、序列号G08228VS、序列号T4U99等３套地震计分别与井下地震计组合计算井下地震计相对方位角时，直接使用地震计记录计算．序列号T4V85短周期地震计与井下地震计组合计算井下地震计相对方位角时，由于所选带通滤波频率0.2～０.3Ｈｚ处于序列号T4V85短周期地震计的通频带之外过渡带，因此井下地震计记录需仿真到序列号T4V85短周期地震计记录进行计算．地表序列号G10821VS、序列号G08228VS、序列号T4V85、序列号T4U99等４套地震计分别与井下地震计组合。TLE井下观测台，安装序列号05JDF－２井下宽频带地震计，地震计安装深度为245ｍ．检测时井孔附近室内仪器墩安装地震计与LWU台相同，地表地震计安装时使用陀螺寻北仪定向，JDF－２井下宽频带地震计连接EDAS－241P数据采集器，其余地震计分别连接EDAS－24GN数据采集器．AY井下观测台，安装序列号889FSS－3DBH井下短周期地震计，地震计安装深度为393ｍ．检测时井孔附近室内仪器墩分别安装序列号G08134VSBBVS－60宽频带地震计、序列号T4U81CMG－40TDE短周期地震计、序列号T4V85CMG－40TDE短周期地震计、序列号T4U99CMG－40T宽频带地震计等４套地震计，室外采取地埋方式安装序列号G10821VSBBVS－60宽频带地震计、序列号G08228VSBBVS－120甚宽频带地震计，地表安装地震计使用陀螺寻北仪定向，FSS－3DBH井下短周期地震计连接EDAS－241P数据采集器，其余地震计分别连接EDAS－24GN数据采集器．由于FSS－3DBH为井下短周期地震计，计算时地表４套甚宽、宽频带地震计记录分别仿真为FSS－3DBH短周期地震计记录，序列号T4V85短周期地震计与FSS－3DBH井下短周期地震计记录计算时，同样进行了仿真处理，序列号T4U81短周期地震计与FSS－3DBH井下短周期地震计频带范围一致，直接使用地震计记录计算．序列号G08134VS、序列号G10821VS、序列号G08228VS、序列号T4U81、序列号T4U85、序列号T4U99等６套地震计分别与井下地震计组合，计算结果一致性较好，序列号T4V85短周期地震计与序列号889FSS－3DBH井下短周期地震计组合相关系数偏低．QF 井下观测台，安装序列号911FSS－3DBH井下短周期地震计，地震计安装深度为308ｍ．检测时井孔附近室内仪器墩及室外安装地震计与AY台相同，地表地震计安装时使用陀螺寻北仪定向，FSS－3DBH井下短周期地震计连接EDAS－24IP数据采集器，其余地震计分别连接EDAS－24GN数据采集器。计算结果一致性较好，序列号T4V85短周期地震计情况与AY相同．LZH井下观测台，安装序列号T34620CMG－3TB井下甚宽频带地震计，地震计安装深度为95ｍ．检测时室外仪器墩分别安装序列号T3S74CMG－3ESPC宽频带地震计、序列号T36545CMG－3ESP宽频带地震计，地表地震计使用陀螺寻北仪定向，其中CMG－3TB井下甚宽频带地震计和序列号T3S74宽频带地震计分别连接两台EDAS－24IP数据采集器，序列号T36545宽频带地震计连接EDAS－24GN数据采集器，分析时直接使用地震计记录计算，计算结果经地表参考地震计方位角校正后，序列号T36545宽频带地震计与CMG－3TB井下甚宽频带地震计组合计算结果为118.4°，序列号T3S74宽频带地震计与CMG－3TB井下甚宽频带地震计计算结果为118.１°，计算结果一致性较好，相关系数分别为0.8592、0.8573．DBT井下观测台，安装序列号G13015BHBBVS－60DBH井下宽频带地震计，地震计安装深度为300ｍ．BBVS－60DBH井下宽频带地震计与地表安装序列号G08222VSBBVS－60宽频带地震计连接一台EDAS－24GN6数据采集器，地表地震计使用陀螺寻北仪定向，分析时直接使用地震计组合记录计算，计算结果经地表G08222VS参考地震计方位角校正后，井下地震计方位角为－28.7°，相关系数为0.9933,从以上几个井下观测台的对比检测结果来看，同台址不同频带地震计的检测结果一致性较好，因此对于井下地震计方位角检测可使用甚宽频带、宽频带和短周期地震计等不同频带的地震计作为参考地震计进行对比测试．对于表中CMG＿２（序列号T4V85）短周期一体机与井下地震计组合，相关系数偏低，经检查是由于该地震计东西向本身问题所致．井下地震计安装时均使用磁通门或陀螺仪进行定向，地震计方位均校正到正北方向，但从LWU、TLE、AY、QF、DBT５个台站井下地震计方位角的检测结果来看，井下地震计方位角偏差较大，这也说明目前井下地震计安装时所采用的固定方法有一定的缺陷，现运行的井下地震计水平向方位角存在较普遍的方位偏差问题，亟需开展方位角检测工作。

总之，使用相关分析检测井下地震计方位角时，地表参考地震计与井下测试地震计频带范围不一致或选取的滤波频带范围相频特性变化较大时，如宽频带地震计与短周期地震计组合，宽频带记录应仿真到短周期记录进行分析．对于频带范围1ｓ～50Ｈｚ短周期地震计，同样也可用相关分析检测。

参考文献：

[1]赵艳红，井下地震计方位角检测技术应用.2019.

[2]刘建平，井下地震计方位角检测技术应用分析.2020.