山西定襄地震臺SSQ-2I水平擺傾斜儀試記期間資料分析與故障排除

郭　宇，高午原，劉俊芳，高文玉，劉金柱，宮靜芝

(1.山西省地震局定襄地震臺，山西　定襄　035403；2.山西省地震局昔陽地震臺，山西　昔陽　045300；

3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西　太原　030025)

山西定襄地震臺SSQ-2I水平擺傾斜儀試記期間資料分析與故障排除

郭宇1，3，高午原1，3，劉俊芳1，3，高文玉1，3，劉金柱1，3，宮靜芝2，3

(1.山西省地震局定襄地震臺，山西定襄035403；2.山西省地震局昔陽地震臺，山西昔陽045300；

3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西太原030025)

摘要：介紹了定襄地震臺新安裝數(shù)字化水平擺傾斜儀(SSQ-2I)在試記期間發(fā)生的故障及排除方法。并對該儀器觀測資料進行了認真分析，對如何識別刮風、氣壓、雷電、人為等干擾因素總結經驗，提高了資料預處理水平。

關鍵詞：水平擺傾斜儀；干擾；試記

0引言

地震乃斷層的快速錯動或是巖體的突然破裂，是一種以力學運動為主體的自然現(xiàn)象。實踐表明，用地殼形變觀測結果來描述地殼的形變及其演化過程，對研究現(xiàn)今的地殼運動規(guī)律和提取與地震有關的前兆信息是有效的。由于地殼的非均勻性，當其在地球內力與外力作用下不斷運動時，必然會在某些地區(qū)引起較大幅度的地形變，在一定條件下導致地殼的突然破裂即大地震的發(fā)生。地殼形變是地震發(fā)生過程中最直接的伴隨現(xiàn)象①山西省地震局.山西省地震臺站全員培訓教材，2010：282.。然而，形變觀測之水平擺傾斜儀的觀測資料除反映大地形變外，還伴隨著許多其他干擾。因此，正確識別干擾因素，進行資料預處理，提取真正反映大地形變的觀測資料，乃提高地震預報水平的有效途徑之一。同時，保證儀器的正常運行，是獲取連續(xù)、準確、可靠觀測資料的基礎。

1定襄地震臺地傾斜觀測基本情況

定襄地震臺(以下簡稱定襄臺)地處定襄縣城的東南，距縣城9 km的南王鄉(xiāng)茶房口村。觀測山洞設在忻定盆地南側系舟山北坡出露的寒武系上部鳳山組深灰色致密塊狀灰?guī)r及竹葉狀灰?guī)r上，觀測室頂部地形對稱，坡體植被良好，避開風口，遠離山洪匯流處。臺站周圍無大的河流、水庫、注水干擾等。山洞洞深46 m，洞頂覆蓋厚度43 m。

2012年，定襄臺完成了山洞的改造工程，洞室溫度年溫差≤0.3 ℃，相對濕度≤85%。SSQ-2I數(shù)字化石英擺傾斜儀安裝于2012年8月底，是山洞改造后的一套新數(shù)字化儀器，同年12月1日進入試運行階段。

2試記資料分析

2.1　定襄臺SSQ-2I水平擺傾斜儀觀測資料動態(tài)分析[1]

SSQ-2I水平擺傾斜儀安裝后，經過10 d左右的穩(wěn)定，觀測資料固體潮明顯。試記初20天(9月10日至30日)，記錄數(shù)據穩(wěn)定，大潮、小潮分明。NS向北傾178.32 ms，EW向西傾64.9 ms。

分別選取2013年1月1日至5月21日數(shù)據和8月8日至12月31日數(shù)據進行分析(5月22日至8月7日雷擊儀器，故障，未產出數(shù)據)。2013年1月1日至5月21日，水平擺NS分量先向北傾而后轉南傾，傾斜量315.7 ms；EW分量傾向東，傾斜量457.85 ms(見第14頁圖1)。8月10日至12月31日，NS分量傾向北，傾斜量1 091.88 ms；EW分量先傾向東，后轉向西，傾斜量433.84 ms。8月10日至22日，零漂較為嚴重，原因為8月7日更換傳感器，重新安裝修好的主機后，數(shù)據有一個穩(wěn)定的過程。穩(wěn)定之后，水平擺零漂較小(見第14頁圖2)。

2.2　主要干擾情況

SSQ-2I水平擺傾斜儀經過1年多的試記，發(fā)現(xiàn)影響觀測數(shù)據質量的干擾類型主要有人為干擾、氣象變化等。

(1) 人為干擾。人員進入非隔離洞室，人體散熱使室內溫度升高，人員走動引起洞室內靜止空氣對流，氣流擾動對記錄曲線造成干擾[2]。如，2013年9月23日18:38至20:28，為減小空氣對流引起的記錄曲線毛刺干擾，工作人員進洞，在擺體外加泡沫保溫板，造成干擾(見圖3)。

圖1　定襄臺SSQ-2I日均值曲線圖Fig.1　Daily mean value of SSQ-2I at Dingxiang Station

圖2　定襄臺2013年8月8日至12月31日SSQ-2I日均值曲線圖Fig.2　Daily mean value of SSQ-2I at Dingxiang Station from Aug.8th to Dec. 31st, 2013

(2) 電源干擾。SSQ-2I水平擺傾斜儀4月14日18:25停電后ups供電，由于交直流電轉換造成數(shù)據突跳(見圖4)。

(3) 氣象因素干擾。

① 氣壓干擾。

8月28日，水平擺記錄曲線出現(xiàn)明顯抖動現(xiàn)象，記錄曲線與氣壓波動同步，是受氣壓影響所致。一般情況下，NS分量干擾更為明顯(見第15頁圖5)。

② 風雨雷電干擾。

圖3　定襄臺水平擺2013年9月23日分鐘值曲線圖Fig.3　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Sep. 23rd, 2013

圖4　定襄臺水平擺2013年4月14日分鐘值曲線圖Fig.4　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Apr. 14th, 2013

大風對傾斜固體潮的影響主要是由于洞室內空氣振蕩，引起氣流擾動，在數(shù)據上則表現(xiàn)出上下波動的特點[2]。5月3日，水平擺傾斜儀記錄曲線明顯波動，毛刺較多，受大風干擾所致(見第15頁圖6)。

雷電對固體潮的影響主要表現(xiàn)為曲線畸變。2013年9月12日，打雷對水平擺觀測數(shù)據造成明顯干擾，水平擺在15:23至22:55出現(xiàn)臺階、波動型的固體潮曲線畸變(見第15頁圖7)。

此外，在1年多的試記期間，對國內外中強遠震有很好的記錄。第15頁圖8是記錄到的2013年4月6日12:42印度尼西亞(南緯3.5°，東經138.5°)7.0級地震，震源深度70 km。

圖5　定襄臺水平擺2013年8月28日與氣壓對比觀測曲線圖Fig.5　Impact of air pressure on data of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Aug. 28th, 2013

圖6　定襄臺水平擺2013年5月3日分鐘值曲線圖Fig.6　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on May 3rd, 2013

3出現(xiàn)的問題與解決措施

3.1　掉格現(xiàn)象

2012年12月3日開始，數(shù)字水平擺傾斜儀NS向出現(xiàn)掉格現(xiàn)象(見圖9)，起初認為可能是儀器安裝初期出現(xiàn)的吸擺現(xiàn)象，但對儀器進行標定后，格值并未超限。之后，又進行了調零操作，掉格現(xiàn)象仍然存在。

截止2013年3月5日，NS向掉格現(xiàn)象自動消失，可能是儀器安裝初期電渦流傳感器探頭與擺錘之間一個調節(jié)適應的過程。

3.2　無法登錄網頁

2013年5月22日，水平擺傾斜儀被雷擊壞，經廠家馮海英老師來臺維修、更換傳感器后恢復正常觀測。但同時出現(xiàn)無法登錄儀器網頁(可以ping通，數(shù)據采集正常)的問題。于是，運用新疆地震局王新剛撰寫的《SQ-70D石英水平擺傾斜儀的日常維護及常見故障排除》一文中介紹的dos命令[3]的方式進行登錄，仍然無法進入網頁。之后，更換儀器網口線，并在儀器內工控機CPU上加了一個小風扇，問題得以解決。

圖7　定襄臺水平擺2013年9月12日分鐘值曲線圖Fig.7　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Sep. 12th, 2013

圖8　定襄臺水平擺2013年4月6日分鐘值曲線圖Fig.8　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Apr. 6th, 2013

圖9　定襄臺水平擺NS分量分鐘值曲線圖Fig.9　Minute point value of NS component of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station

3.3　記錄波形毛刺大，抖動嚴重

定襄臺水平擺傾斜儀自安裝以來NS向一直有較大干擾，記錄曲線大幅抖動，毛刺現(xiàn)象嚴重(見圖10)。9月23日、25日在擺體外加泡沫塑料，以防止外界氣流進入，并在擺房外(山洞過道)加了一道用泡沫塑料做的門，減小擺房內氣流流動。一星期后，NS向干擾明顯減小(見圖11)。

圖10　定襄臺水平擺傾斜儀9月18日分鐘值曲線圖(加泡沫塑料前)Fig.10　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Sep. 18th, 2013(before foam protection added)

4結語

簡單介紹定襄臺數(shù)字化水平擺傾斜儀(SSQ-2I)安裝概況，對安裝1年多以來的資料進行簡要分析，總結試運行過程中儀器出現(xiàn)的問題及排除方法，得出如下結論：

(1) 在日常觀測中，定襄臺水平擺傾斜儀觀測主要受刮風、氣壓、雷電、儀器調修和人為等因素影響。

圖11　定襄臺水平擺傾斜儀10月4日分鐘值曲線圖(加泡沫塑料后)Fig.11　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Oct. 4th, 2013(after foam protection added)

這些干擾因素有時會疊加在一起，導致記錄曲線形態(tài)復雜。正確識別各類干擾因素，提高預處理水平，從而獲取真實信息，對提取地震前兆信息有很大幫助。

(2) 要獲得連續(xù)、準確、完整的觀測資料，儀器正常運行是前提。定襄臺水平擺傾斜儀試運行期間故障產生的原因多種多樣，要及時明確原因，找到排除方法。另外，觀測人員還應做好日常維護，定期進行巡檢。

在編寫過程中，得到高虎來臺長的大力指導與幫助，在此深表感謝！

參考文獻：

[1]宋志英，呂永清，王振江，等.山西昔陽地震臺SSQ-2I數(shù)字化石英擺傾斜儀精度及觀測圖像特征分析[J].山西地震，2013(1)：27.

[2]沈曉松.太原臺水管傾斜儀觀測資料分析[J].地震監(jiān)測，2012(3)：28-29.

[3]王新剛，王紹然.SQ-70D石英水平擺傾斜儀的日常維護及常見故障排除[J].山西地震，2013(2)：35-36.

Analysis of Data of Horizontal Pendulum Tiltmeter(SSQ-2I) at Dingxiang Seismological Station, Shanxi, and Troubleshooting during Its Test Observation

GUO Yu1,3, GAO Wu-yuan1,3, LIU Jun-fang1,3, GAO Wen-yu1,3, LIU Jin-zhu1,3, GONG Jing-zhi2,3

(1.Dingxiang Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Dingxiang, Shanxi 035403, China;2.Xiyang Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Xiyang, Shanxi 045300, China;3.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

Abstract:Troubles and troubleshooting method of digital horizontal pendulum tiltmeter (SSQ-2I) newly installed at Dingxiang Seismological Station are introduced. The recorded data is analyzed carefully to aim at how to identify the wind, air pressure, lightning, man-made interference factors, for improving the data preprocessing.

Key words:Horizontal pendulum tiltmeter; Interference; Test record

作者簡介：第一郭宇(1990—)，女，山西省定襄人。2012年畢業(yè)于忻州師范學院，助理工程師。

收稿日期：2014-10-20

中圖分類號：P315.63

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6265(2015)01-0013-04