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1、50 形变学科通讯 2006 年海潮对宁波地震台 VS 型垂直摆观测值的影响夏超德（浙江省宁波地震台，浙江 宁波 315029）摘要：宁波地震台地处沿海，受海潮影响大。VS 型垂直摆倾斜仪所记录的东西、北南向观测值在同一数量级，与理论固体潮有较大的差异，且与我省其它地区的地震台记录迥然不同。该台地倾斜资料与日月形成的海水潮汐关系密切，用其分钟值绘矢量图，发现每日的矢量图规律性强。本文拟对此作探讨分析。关键词：数字 VS 型垂直摆，地倾斜，海潮，固体潮0 引言宁波地震台地处沿海，北、东两面临海，受海潮影响甚大，数字 VS 垂直摆两分向所记固体潮呈现每日双峰双谷的正弦波，与海水潮汐波动极为相似，用
2、其所绘矢量图轨迹呈现有规律的不闭合双椭圆变化。由于该地区为少震、弱震区，是一个客观环境条件较为平静的前兆观测台站，所观测的地倾斜，可以当做正常场的变化规律来研究，容易找出海潮对固体潮观测的影响。1 台站地质构造及观测条件宁波简称“甬” ，位于我国海岸线中段，浙江宁绍平原东端。东有舟山群岛为天然屏障，北濒杭州湾，西接绍兴市的嵊县、新昌、上虞，南临三门湾，并与台州的三门、天台相连。在漫长复杂的地质历史中，宁波地区经历了不同的地质时期的构造运动，自下而上形成了：由古老基底、火山岩盖房和松散堆积物表层组成的地壳中上部，以及北东向、北北东向、北西向和东西向断层组成的断裂系统。进入宁波城区主要有四条区域断
3、裂带，每条断裂带均由数条主干断层和平行的旁侧断层组成。分别是：(1)宁波庆元北东向大断裂 (2)镇海温州北北东向大断裂 (3)余姚五乡北西向隐伏断层(4)昌化普陀东西向断层，见宁波地区地质构造背景（图 1） 。宁波有漫长的海岸线，港湾曲折，岛屿星罗棋布。宁波沿海潮汐属不正规半日潮型，一天有两个高潮和两个低潮。平均高潮为吴淞零点以上 3.14 米，最高潮位 4.86 米，平均低潮位 1.47 米，最低潮位为 0.31 米。三门湾、象山港、甬江的潮差自南向北递第 2 期 海潮对宁波地震台 VS 型垂直摆观测值的影响 51减，甬江镇海口外的潮流，每逢农历初一、十五朔望日涨于十一时一刻。图 1 宁波地
4、区地质构造背景宁波地震台位于杭州湾南岸，宁波盆地北部山区与平原交界处的江北区庄桥街道灵山村（海拔 20m） 。东、北面临海，距海岸最近 16km、20km。该台地处于少震、弱震区，周边没有明显的人为干扰因素，是一个客观环境条件较为理想的前兆观测台站。地倾斜观测仪器安装在台内进深约 43的人工开凿的专用山洞仪器室内，洞内台基为上侏罗统火山岩，岩性致密坚硬，整体性好，洞室顶覆盖层厚在 30以上，山坡上有杂草松树等植被，洞内有七道防护门，仪器室内日温差极小，年温差小于 0.3，常年保持在 18.1左右，湿度大于 95%。VS 型垂直摆倾斜仪在山洞内的仪器室内，仪器的记录室与摆室相距约 150。2 观
5、测内容及仪器地球处于月球的引力场内，月球在地球内部某点的引力(指月球作用在该点上的质量为一个单位的质点上的力) 减去月球在地球质心处的引力，为月球在该点的起潮力。月球在地球内部各点的引力方向和大小都不相同，但月球在地球内部形成的起潮力，对过地心且垂直于月心和地心连线的平面来说，大体上呈对称分布。它使地球在月心和地心连线的方向上，向两侧拉伸，而使地球在过地心且垂直于月心和地心连线的方52 形变学科通讯 2006 年向上压缩。同理，太阳在地球内部形成的起潮力，使地球在地心和日心连线的方向上，向两侧拉伸，而使地球在过地心且垂直于日心和地心连线的方向上压缩。地球整体在月球和太阳的起潮力作用下发生的形变
6、，为固体潮。地面上某点重力与起潮力的合力方向，为该点的瞬时垂线，与瞬时垂线垂直的平面，为瞬时水平面。地平面相对瞬时水平面的变化，为地面倾斜。地面倾斜是一个矢量，用倾斜方向和倾角来度量，它一般分解为南北和东西两个分量。但是，地球不是刚体，受地质、地理条件的影响。在起潮力作用下，地面各点的升降高度并不相同，因而造成地表面相对刚体地球模型表面的倾斜程度不同。海洋表面由于受到月球和太阳的引力以及地球公转、自转的影响，而产生海面周期性规则的升降变化，海面周期性的涨落就是海洋潮汐。在沿海地区由于受海洋潮汐的影响，地倾斜的变化表现为受海潮半日潮控制。像宁波这种沿海地区，距离海岸较近，海水的涨落对地倾斜影响较
7、大。中国地震局地震研究所研制的数字化 VS 型垂直摆倾斜仪，观测灵敏度优于 0.001角秒，仪器日漂移小于 0.005 角秒，完全可以观测到地面的相对倾斜量。该仪器每天可定时向省局自动传输数据，台站也可通过计算机收集前一天及当天的分钟值和整点值数据，长图记录仪同步记录实时曲线。在近几年的运行过程中，资料连续率在 99%以上。观测到的地倾斜固体潮南北向最大日振幅 0.034 角秒，东西向最大日振幅 0.065角秒。3 资料分析 地球上的引潮力因时因地而异。在不同经纬度地区其潮汐幅值不同。图 2 为宁波台 1 个月的倾斜固体潮理论值、实际观测值和海潮值。固体潮理论值采用 IES2000 软件计算的
8、数据，海潮涨落值采用国家海洋局 2005 年的潮汐预报甬江镇海口的日整点值资料。实际观测到的地倾斜量（图 2C、D）与理论固体潮在形态上完全不同，应该是理论固体潮与海潮叠加的结果。3.1 海潮对记录曲线的影响宁波地震台的地倾斜理论固体潮，北南向的形态是一日两潮一大一小，小潮幅度是大潮的 1020%，理论固体潮东西向的形态也是一日两潮一大一小，小潮幅度是大潮幅度的 4060%。甬江镇海口的潮汐一日两潮一大一小，与地倾斜理论固体潮东西向的形态基本相同，小潮幅度是大潮幅度的 4060%，潮汐规律符合半日潮汐特征。宁波台VS 型垂直摆所记录的地倾斜观测资料：北南向的形态是一日两潮一大一小，小潮幅度第
9、2 期 海潮对宁波地震台 VS 型垂直摆观测值的影响 53是大潮的 6090%；东西向的形态也是一日两潮一大一小，小潮幅度约是大潮幅度的5070%，两分向观测曲线均呈双峰双谷，与正弦波相似，与理论固体潮的潮幅形态有较大差别。A 南北向理论值 B 东西向理论值 C 南北向观测值 D 东西向观测值 E 镇海口潮汐 图 2 宁波台 2005 年 1 月地倾斜观测整点值序列与理论固体潮对比图宁波地震台的地倾斜理论固体潮，北南向每日滞后 50 分钟、东西向每日也滞后 50分钟。宁波镇海口的每日潮汐逐日滞后 50 分钟。VS 型垂直摆观测资料主要为半日潮所控制，受海潮潮汐影响甚为明显。两个分向同步性非常显
10、著，每日滞后 50 分钟，与理论固体潮、海潮一致，相临两日的观测资料如果推后 50 分钟，则两日的图形基本可以重合。VS 型垂直摆北南向的一日两潮幅度基本相同，在相位上超前理论固体潮北南向 30度，滞后宁波镇海口的潮汐 25 度；东西向观测值的一日两潮幅度基本相同，在相位上超前理论固体潮东西向 7 度，滞后宁波镇海口的潮汐 25 度。潮水上涨，地基向北、东倾斜；潮水下降；则地基向南、西倾斜。说明大面积海水负荷的合力作用于台站的北东方向，且作用力的变化是逐渐平稳加减，这与海潮是流体性质相吻合，与宁波台北、54 形变学科通讯 2006 年东临海实际情况相符合,与海潮的潮汐涨落关系密切。3.2 与其
11、它地震台的对比在浙江省的湖州、建德两个地震台站，东西向距海大约 70km、240km，所用的观测仪器同样，其记录的固体潮相位与宁波台基本一致，最大相差 5 度。两台的东西向与宁波台固体潮相似，可以形成每日半日潮的正弦波，是固体潮与海潮叠加后的波形。湖州、建德两个地震台在南北方向上距海在 500km 以上，所记录地倾斜与其理论固体潮相似，均没有形成正弦波，与海洋潮汐无关，是全日潮汐波（见图 3C、D） 。虽然有其自己的变化规律，但绘不出象宁波地震台那样椭圆的矢量变化规律图。A 宁波台南北向观测值 B 宁波台东西向观测值 C 湖州台南北向观测值 D 湖州台东西向观测值 E 新安江台南北向观测值 F
12、 新安江台东西向观测值图 3 宁波、湖州、新安江 2005 年 1 月垂直摆观测整点值时间序列图3.3 资料的变化规律在理论固体潮计算时，一般是以地球为一个刚体来看待的。地球一日自转一周，其受日月的起潮力的影响可以分半日潮、全日潮和混合潮三种，在不同的经度、纬度地区由于介质不同其潮汐的起潮时间、振幅不同。在中纬度靠近海的地区的固体潮，第 2 期 海潮对宁波地震台 VS 型垂直摆观测值的影响 55固体潮汐受半日潮控制，正常情况下每天都能记录到清晰的半日周期固体潮，一日两峰两谷，两个分向同步性非常显著。只是在相位上有所差异。地倾斜是一个矢量，用倾斜方向和倾角幅值来度量，一般分解为南北和东西两个分量
13、。不但有大小还有方向性，宁波台所观测的地倾斜数据的东西、南北两个分量，在不同的时间段其矢量的大小方向不同。如果将某日同一时间东西、南北的倾斜分钟值数据进行绘制，可形成日矢量图轨迹。基本上是两个逆时针旋转的不封闭椭圆，全天矢量和近似为零，且每日椭圆的形态相近，服从一定的规律。同年不同月份的同一天（农历） ，矢量轨迹的形态、大小、矢量方向、整点相位亦有着惊人的相似。从农历初一至十五，椭圆经历了变大、变小再变大的过程。初一(朔)、十五(望)前后椭圆最大；初八(上弦)、二十三(下弦)前后椭圆最小。全天分钟值矢量相位作顺时针移动，以零时矢量相位为例，初一、十五相位在正北，初八、二十三则在正南，初四、十八
14、在正东，十二、二十八则在正西，其他相位以此类推。相同的曲线形态，相似的变化幅度每月重复两次（见图 4） 。图 4 宁波地震台地倾斜 VS 垂直摆固体潮分钟值矢量日变规律图2005 年 1 月 1024 日（农历 12 月初一至十五）4 结论1.宁波地震台地倾斜仪所记的北南向固体潮，较理论固体潮更接近于正弦波。东西固体潮在同一数量级，形态基本相同。这是该台地处沿海，受海潮影响所至。56 形变学科通讯 2006 年2. 在湖州、建德两个地震台站，东西向也同样受到海潮影响，形成近似正弦波的半日潮，在南北向没有海潮的作用则与理论固体潮相似。3. 用宁波台地倾斜每日分钟值资料都可以绘制矢量图轨迹，且每日的形态基本相近，为两个逆时针旋转的不封闭椭圆，全天矢量和近似为零，有其独特的变化规律。（参考文献略。 ）
