水管倾斜仪（以下简称水管仪）可以测量地壳垂向运动在水平向的梯度变化，由于其分辨力通常优于1毫角秒（ms），且频带宽度可从零频拓展至数十赫兹；因此，其测值不仅包含地震前兆（Cicerone et al., 2009）、固体潮（Kato, 1979）、地球自由振荡（d'Oreye and Zürn, 2005）、火山活动（Mori et al., 1987）和大地构造运动（Kostoglodov et al., 2002; Zadro and Braitenberg, 1999）等信号，而且还会混叠季节性变化（Zadro and Braitenberg, 1999）、（洞室）环境干扰、气象要素（Agnew, 1986; Farrell, 1972）、海啸（Boudin et al., 2013）、仪器故障、钵体蒸馏水变动（如：蒸发或杂质增加）和人类活动等多源噪声. 不难理解，背景噪声能直接决定定点地壳形变台观测数据的信噪比和弱信号提取难度，故而如何定量评测其在不同频段的能量大小和来源，一直是定点地壳形变研究中的一大难点. 

数十年来，尽管中国（陈德福等，1993）、美国（Agnew, 1986）、日本（Kato, 1979）、法国（Lesparre et al., 2017）、波兰（Kaczorowski and Wojewoda, 2011）和智利（Boudin et al., 2013）等国家的水管仪测站，累积了丰富的背景噪声“大数据”；但相比于地震仪、钻孔应变和GNSS（Melgar et al., 2020）等台网的“普查”式背景噪声水平研究，目前还鲜有工作对不同国家或地区水管仪台网的背景噪声水平及机理进行系统诊断. 单就笔者所了解的进展来看，仅有Agnew（1986）、d'Oreye和Zürn（2005）以及Boudin等（2008）学者对Piñon Flat Observatory（美国）、Walferdange Underground Laboratory（卢森堡）和Vosges Observatory（法国）等3个水管仪台站开展了背景噪声功率谱密度（power spectral density, PSD）解算，其诊断频带约为10−8～10−1 Hz. 但需要指出的是，在采用PSD研究噪声谱时，一般要选取相对平静的时段来计算PSD；而这种传统的处理方法既增加了工作量和主观影响，同时，又难以全面客观地评测台站的背景噪声水平. 鉴于此，McNamara和Raymonnd（2004）又进一步借助功率谱概率密度函数（probability density function, PDF），来诊断地震仪台网的背景噪声水平，该方法已广泛应用于IRIS（McNamara and Buland, 2004）、UNAVCO和中国数字地震台网等背景噪声水平和数据质量的评价之中. 因此，如何利用PSD-PDF这一标准方法，来计算水管仪台网的背景噪声水平，无疑是一项势在必行且极具应用价值的工作. 

云南地处印度板块与欧亚板块碰撞带东侧，位于我国南北地震带南段，该区具有构造活动强烈、断裂系统发育和中强地震频发等特性. 为了探测其地壳的倾斜潮汐和潜在的地震前兆，自20世纪80年代起，我国便陆续在云南地区建立了10余个水管仪台站（图1）. 该区域性的水管仪台网，虽然可以为云南地区的地壳动力学、地震前兆和地潮模型等研究提供重要的观测证据（图2）；但要充分发挥其潜能和效能，一个先决条件便是厘清其背景噪声水平与机理. 遗憾的是，目前尚无研究采用PSD-PDF方法对该区水管仪台网进行系统诊断（图3）. 为此，本工作将率先填补该方面的研究空白. 相关结果，不单能揭示云南地区水管仪台网的背景噪声水平和噪声源，而且还能助益区内台站“安静”度的科学评价和降噪措施的优化等（图4）. 

图  1  云南地区的水管仪台站分布

图  2  丽江台水管仪原始观测曲线（a）及滤波后NS（b）和EW（c）分量的

背景噪声变化

图  3  丽江台水管仪（a）NS和（b）EW分量的高频PDF分布图

图  4  各台NS和EW分量的背景噪声水平及台网高、低背景噪声基线

（注：灰色区域为台网背景噪声上、下限区间）

主要参考文献

Agnew D C. 1986. Strainmeters and tiltmeters[J]. Reviews of Geophysics, 24(3): 579-624

陈德福, 张锡令, 颜志高, 等. 1987. 气流扰动对自记水管倾斜仪影响的试验结果[J]. 地壳形变与地震, 4: 288-296

Kaczorowski M, Wojewoda J. 2011. Neotectonic activity interpreted from a long water-tube tiltmeter record at the SRC Geodynamic Laboratory in Książ, Central Sudetes, SW Poland[J]. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 8(3): 249-261

McNamara D E, Buland R P. 2004. Ambient noise levels in the continental United States[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 94(4): 1517-1527