沈陽地震臺SSQ-2I水平擺觀測數(shù)據(jù)干擾分析

顧強(qiáng)強(qiáng)，荊 濤，李 君，方禹心

（沈陽地震臺, 遼寧 沈陽 110061）

沈陽地震臺SSQ-2I水平擺觀測數(shù)據(jù)干擾分析

顧強(qiáng)強(qiáng)，荊 濤，李 君，方禹心

（沈陽地震臺, 遼寧 沈陽 110061）

通過對沈陽地震臺SSQ-2I數(shù)字觀測資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，排查，提取典型的干擾曲線，總結(jié)分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)的曲線變化及特征，以便在日常分析中排除各種干擾因素，如自然因素、人為干擾、儀器原因等，有效地減少在分析預(yù)報(bào)中的誤導(dǎo)。

水平擺傾斜儀；干擾分析；觀測資料

0 引言

水平擺傾斜儀的觀測資料不僅反映了大地形變，并且還伴隨著許多其它的干擾。因此，進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)預(yù)處理，識別并排除各種干擾因素，才能準(zhǔn)確地提取反映大地形變的觀測數(shù)據(jù)，從而才能提高地震預(yù)報(bào)水平。同時(shí)，保證儀器設(shè)備的正常、穩(wěn)定、有效的運(yùn)行，是獲取連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠觀測資料的重要基礎(chǔ)。

沈陽地震臺SSQ-2I水平擺傾斜儀在2007年6月安裝、調(diào)試并運(yùn)行，于2010年2月納入遼寧省局前兆臺網(wǎng)管理系統(tǒng)。在2011年之前，由于儀器設(shè)備試運(yùn)行、故障等原因，造成觀測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不連續(xù)。從2011年1月開始，水平擺儀器工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)連續(xù)率、完整率都比較高，觀測數(shù)據(jù)可靠、清晰、準(zhǔn)確。因此，本文主要選取的水平擺的觀測資料時(shí)間段為2013年1月1日到2016年6月30日，此時(shí)間段的傾斜儀觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、穩(wěn)定，精度比較好。

傾斜觀測數(shù)據(jù)是自動(dòng)采集，并通過“中國地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 2014集成版”預(yù)處理軟件進(jìn)行人工處理。沈陽地震臺值班人員每天早上進(jìn)行前兆數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、分析、計(jì)算、上報(bào)等日常觀測工作，并填寫紙質(zhì)日志文件，每日保存原始數(shù)據(jù)以及預(yù)處理數(shù)據(jù)[1]。

1 觀測環(huán)境簡述

沈陽地震基準(zhǔn)臺位于沈陽地區(qū)更次一級構(gòu)造單元——沈陽塊狀隆起上，渾河斷裂北6.5公里處。渾河斷裂在沈陽地區(qū)橫切沈陽塊狀古隆起。其西端于沈陽市蘇家屯區(qū)西南與營口—佟二堡斷裂相接；向東沿渾河谷經(jīng)撫順、清原一直往北東、北北方向延伸。據(jù)石油、煤田勘探及地質(zhì)部門資料證明，渾河斷裂是一個(gè)具有長期活動(dòng)歷史而且具有多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征的活動(dòng)性深大斷裂。該斷裂實(shí)際上是由幾條平行延展的以壓為主兼具扭性斷裂組成的斷裂帶。在沈陽，其兩側(cè)垂直差異性運(yùn)動(dòng)明顯，東部相對西部上升了120米，而且沈陽地區(qū)地震活動(dòng)大部分發(fā)生在渾河斷裂附近。不難看出，渾河斷裂影響和控制沈陽地區(qū)的構(gòu)造格局。

在本臺臺址0.25平方公里范圍內(nèi)，小斷層與節(jié)理裂隙還是比較發(fā)育的，不過規(guī)模小，等級、序次低。從露頭素描及節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)可知，小斷層及節(jié)理裂隙的走向以北東和北西兩組方向最發(fā)育。在巖石薄片鏡下鑒定中，見到礦物顆粒壓碎，長石聚片雙昌紋彎曲，巖石中有長英質(zhì)及石英細(xì)脈穿插，貫入等現(xiàn)象，都證明經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造的干擾。從節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖分析，本臺局部上受南北擠壓應(yīng)力場作用。

沈陽地區(qū)出露地層，東部為前震旦系片麻巖與震旦系石英巖、灰?guī)r、板巖等。同時(shí)有火成巖侵入體，西部主要為第四系沉積，其下覆有第三系地層。第四系沉積沿?cái)嗔褍蓚?cè)有明顯差異。表層一般厚度0.2米至6.5米，為人工填土和粘土類，其下為砂卵礫石層。從十萬分之一《沈陽地區(qū)基巖地質(zhì)圖》上看，前震旦系、震旦亞界和上侏羅統(tǒng)主要分布在區(qū)域的北部和東部，古生界分布于渾河斷裂東南和西南局部地區(qū)，第三系在區(qū)域上廣泛分布。

1.1臺站概況

沈陽地震基準(zhǔn)臺位于沈陽市東郊東陵區(qū)天柱山西南面，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)與東陵公園的交界處，距沈陽市中心17.5公里，距市區(qū)邊緣11.9公里。數(shù)字代碼為21004，臺站字母代碼為SNY，其中測點(diǎn)1為SSQ-2I石英水平擺傾斜儀，測點(diǎn)2為PET相對重力儀。據(jù)一九八二年四月遼寧省地震局地震地質(zhì)大隊(duì)測定，海潑高程h=54.20米，磁偏角為西偏6o24'。臺址北距東陵火車站約2.4公里，南距沈撫公路北線約400米，西距沈陽市外環(huán)高速公路1000米，附近無高壓線及其它強(qiáng)振動(dòng)源。

沈陽地區(qū)地勢構(gòu)造比較復(fù)雜，為新華夏系遼東半島隆起帶和松遼平原沉降帶的交接地層之上。在沈陽市區(qū)的東南，大致與渾河河谷方向相一致，有一較大斷裂——渾河斷裂，將東區(qū)分成東部的遼東臺背斜與西部的遼河下游內(nèi)陸斷隔兩個(gè)構(gòu)造單元。

1.2臺站觀測手段

沈陽地震臺儀器設(shè)備主要有前兆觀測手段SSQ-2I、PET相對重力儀以及測震手段。

1.3儀器簡介

沈陽地震臺的SSQ-2I石英水平擺傾斜儀是在2007年6月安裝、調(diào)試并運(yùn)行，于2010年2月納入遼寧省局前兆臺網(wǎng)管理系統(tǒng)。

SSQ-2型數(shù)字石英水平擺傾斜儀是測量地殼傾斜變化的高靈敏度儀器，它采用Zouner雙吊絲懸掛的石英水平擺體接收地傾斜信號，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生傾斜時(shí)，擺桿繞旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)量被電渦流傳感器轉(zhuǎn)變成電壓信號輸出，再經(jīng)放大、濾波以后，由數(shù)字采集器實(shí)時(shí)采集存儲。儀器可通過RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。還可在地震前兆觀測網(wǎng)中運(yùn)行。

SSQ-2型數(shù)字傳輸石英水平擺傾斜儀采用脹合—水銀杯標(biāo)定裝置產(chǎn)生一個(gè)已知傾角，通過控制電路，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量全自動(dòng)標(biāo)定操作。

全自動(dòng)化的SSQ-2型數(shù)字化石英水平擺傾斜儀不僅精度高、分辨力高、動(dòng)態(tài)范圍大，還避免了原光記錄石英水平擺傾斜儀的洗像、量圖、抄數(shù)、計(jì)算等繁瑣的工作過程。

2 觀測資料選取

沈陽地震臺經(jīng)過“十五”項(xiàng)目建設(shè)以后，觀測項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觀測。SSQ-2I石英水平擺傾斜儀經(jīng)過這幾年的運(yùn)行，在觀測數(shù)據(jù)資料連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確之后，于2010年2月納入遼寧省局前兆管理系統(tǒng)。在這幾年中，水平擺設(shè)備受降雨、雷電、氣壓、大風(fēng)等自然因素干擾影響比較明顯，以及設(shè)備本身因素的影響，觀測數(shù)據(jù)曲線產(chǎn)生變化。因此本文選取的觀測資料時(shí)間段為2013年1月1日至2016年6月30日，該時(shí)間段內(nèi)儀器運(yùn)行較穩(wěn)定，曲線變化清晰，選取的干擾因素所導(dǎo)致的曲線變化圖也比較清晰。

3 沈陽地震臺觀測干擾因素分析

SSQ-2I水平擺傾斜儀在選取的這3年半的時(shí)間里，通過日常預(yù)處理的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)影響觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的干擾因素類型主要有自然環(huán)境干擾、人為因素干擾、儀器設(shè)備干擾等等[2]。

3.1自然環(huán)境干擾

沈陽地震臺觀測資料受自然環(huán)境因素干擾比較明顯的是降雨、雷電、大風(fēng)、氣壓。雷電和降雨是在自然環(huán)境因素中比較典型和普遍的干擾現(xiàn)象，對儀器設(shè)備的影響比較明顯，曲線變化清晰。而大風(fēng)和氣壓對儀器設(shè)備的影響不是很明顯，曲線變化幅度比較小。

（1）降雨干擾

降雨是指在大氣中冷凝的水汽以不同方式下降到地球表面的天氣現(xiàn)象。降雨干擾在地震形變前兆觀測中是比較典型且普遍的干擾現(xiàn)象，降雨的等級可以分為持續(xù)性降雨、大雨、大暴雨。由于持續(xù)降水，山洞容易積水，滲透到山洞里儀器周邊，導(dǎo)致巖石壓力和應(yīng)變力的變化，從而影響觀測數(shù)據(jù)的變化[3]。本文選取2016年6月29日至7月1日沈陽地區(qū)強(qiáng)降雨前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，水平擺在降雨期間曲線變化明顯以及降水量圖（圖1），此次降雨的降雨量為130毫米，屬于大暴雨范疇。強(qiáng)降雨之后，曲線主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)折性和短時(shí)間趨勢性加速變化，北南分量和東西分量曲線變化顯著。

（2）雷電干擾

雷電是指自然界中一種放電現(xiàn)象。強(qiáng)雷電對儀器的危害非常大，在安裝數(shù)字化設(shè)備之前一定要布置防雷措施。具體可以采取傳輸線路屏蔽、用電設(shè)備接地、供電線加裝電源避雷器等措施來應(yīng)對強(qiáng)雷電。沈陽臺還未出現(xiàn)因雷擊導(dǎo)致設(shè)備故障的狀況。沈陽地震臺水平擺在2015年6月30日至7月6日，北南分量由于受雷電干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)曲線明顯下降，7月6日之后數(shù)據(jù)曲線恢復(fù)正常；東西分量觀測曲線變化不明顯（圖2）。

（3）大風(fēng)干擾

大風(fēng)干擾在觀測中同樣是比較典型且普遍的干擾現(xiàn)象，東北尤其在春季、秋季時(shí)常出現(xiàn)。沈陽地震臺在2016年5月14日02時(shí)出現(xiàn)大風(fēng)干擾（圖3），導(dǎo)致傾斜儀北南分量和東西分量的固體潮不清晰，數(shù)據(jù)抖動(dòng)，曲線加粗。曲線在2016年5月14日15時(shí)恢復(fù)正常。

（4）氣壓干擾

氣壓干擾對本臺的觀測資料影響比較容易識別的，而且氣壓干擾的影響范圍比較廣，特點(diǎn)是時(shí)間較短，觀測資料曲線變化與氣壓變化基本同步，很少會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間的趨勢性影響。由于大氣壓力的劇烈變化，通過壓力對地表的作用引起地面負(fù)載，干擾影響主要體現(xiàn)為短期小幅度擾動(dòng)[4]。沈陽地震臺在2013年7月01日至7月25日這段時(shí)間內(nèi)北南分量和東西分量分別出現(xiàn)2次氣壓干擾，北南分量比較明顯（圖4）。

3.2人為干擾

人為干擾主要分為人員進(jìn)入山洞造成影響、人為標(biāo)定影響、施工影響等等。

（1）人員進(jìn)山洞干擾

人員進(jìn)入山洞，人體散熱使室內(nèi)溫度升高，人員走動(dòng)、山洞門開關(guān)容易引起洞內(nèi)空氣對流，氣流擾動(dòng)對記錄曲線造成干擾（圖5）。2016年5月6日，遼寧省地震局分析室賈曉東等人來沈陽地震臺落實(shí)前兆PET型相對重力儀在2015年5月出現(xiàn)的異常，在10: 30進(jìn)入山洞，引起洞內(nèi)空氣對流，氣流擾動(dòng)對曲線造成干擾。由于進(jìn)入山洞時(shí)間短，導(dǎo)致曲線變化幅度比較小，整體數(shù)據(jù)曲線變化不明顯。

信度檢驗(yàn)包括內(nèi)部一致性信度和組合信度。如表1所示，所有構(gòu)念的Cronbachα值和組合信度CR值均高于0.7，說明每個(gè)構(gòu)念的內(nèi)部一致性和組合信度都較高。效度檢驗(yàn)包括聚合效度和判別效度。表1所報(bào)告的各個(gè)潛在變量的平均方差提取值(AVE)都大于0.5，超過了學(xué)者推薦的基本值。最后，通過比較各個(gè)變量的AVE值與其他變量之間相關(guān)系數(shù)的平方，發(fā)現(xiàn)其AVE值均大于該變量與其他變量之間相關(guān)系數(shù)的平方，這說明各變量之間具有良好的判別效度。綜上，本研究的數(shù)據(jù)具有較好的信度和效度，適合做進(jìn)一步的檢驗(yàn)分析。

（2）標(biāo)定干擾

標(biāo)定是使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量儀器對所使用儀器的準(zhǔn)確度（精度）進(jìn)行檢測是否符合標(biāo)準(zhǔn)，一般大多用于精密度較高的儀器。標(biāo)定的主要作用：① 確定儀器或測量系統(tǒng)的輸入—輸出關(guān)系，賦予儀器或測量系統(tǒng)分度值；② 確定儀器或測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)；③ 消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或系統(tǒng)的精確度；④ 在科學(xué)測量中，標(biāo)定是一個(gè)不容忽視的重要步驟。

沈陽地震臺的SSQ-2I水平擺傾斜儀在每月的26日10：02至10:18儀器標(biāo)定，做缺數(shù)處理，并采用新格值。本文選取2016年6月26日儀器標(biāo)定（圖6）。

（3）打井干擾

沈陽地震臺在2015年9月為了安裝水溫水位儀，施工打井，對傾斜儀產(chǎn)生了干擾。在2015年9月1日到9月3日，在沈陽地震臺主樓北面打井200米深，連續(xù)施工3天，導(dǎo)致北南分量和東西分量數(shù)據(jù)曲線發(fā)生顯著變化，9月6日數(shù)據(jù)曲線恢復(fù)正常（圖7）。

3.3儀器設(shè)備干擾

由于SSQ-2I水平擺傾斜儀本身的線路干擾，東西分量在6月7日15：00點(diǎn)到6月8日20：00導(dǎo)致曲線變化，北南分量正常（圖8）。儀器設(shè)備由于長時(shí)間的運(yùn)行，電子線路內(nèi)部的原件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等絕緣不良，特別是傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度增大，導(dǎo)致絕緣電阻下降，這時(shí)漏電電流會(huì)增加，由此產(chǎn)生干擾?？梢圆捎闷帘畏ā⒏綦x法以及接地法來有效地排除設(shè)備外線路導(dǎo)致的干擾[5]。

4 結(jié)論

本文闡述了沈陽地震臺的SSQ-2I水平擺傾斜儀觀測資料受各種干擾因素的影響，在預(yù)處理的時(shí)候，要采用輔助觀測進(jìn)行相關(guān)的分析，來排除各種干擾。自然環(huán)境干擾因素、人為干擾因素以及設(shè)備自身干擾因素等都會(huì)影響業(yè)務(wù)人員的判斷。只要對觀測數(shù)據(jù)認(rèn)真排查，借助其他輔助觀測資料，就能清晰的辨別各種干擾因素。從而把地震前兆異常的干擾排除，減少數(shù)據(jù)在分析預(yù)報(bào)中的錯(cuò)誤引導(dǎo)。

沈陽地震臺這些年前兆手段運(yùn)行過程中，出現(xiàn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)觀測資料曲線出現(xiàn)各種各樣的變化的干擾，除此之外，可能還有其他干擾存在，希望在日后的觀測中能發(fā)現(xiàn)其他形式的干擾。從而提高臺站的觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少分析預(yù)報(bào)的錯(cuò)誤導(dǎo)向，也可以為異常落實(shí)判定提供依據(jù)，避免在異常判斷中干擾所帶來的困擾。

參考資料：

[1]國家地震監(jiān)測預(yù)報(bào)司.中國地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用戶使用手冊[S]. 2008：151-158.

[2]郭宇，高午原，劉俊芳，等.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[J].山西地震，2015，（1）：13-16.

[3]王琳，師婭芳，朱曉秋，等.營口地震臺前兆觀測數(shù)據(jù)干擾識別在數(shù)據(jù)處理中的作用淺析[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2013，29（4）：50-58.

[4]馬莉，荊濤，王承偉，等.沈陽臺SSQ-2I型水平擺傾斜儀數(shù)字化資料分析[J]. 防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2014，30（2）：57-61.

[5]王新剛，王紹然. SQ-70D石英水平擺傾斜儀的日常維護(hù)及常見故障排除[J]. 山西地震，2013，34（2）：35-38.

ANALYSIS OF THE OBSERVED DATA OF SSQ-2I HORIZONTAL PENDULUM TILTMETER AT SHENYANG SEISMIC STATION

GU Qiang-qiang1, Jing Tao1, Li Jun1, Fang Yu-xin1

（1. Shenyang Seismic Station，Liaoning Shenyang 110161，China；2. Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

ract: By analyzing and investigating the SSQ-2I digital observation data in Shenyang Seismic Station, we extracted the typical disturbance curve and summarized the curve changes and characteristics of the analysis data, in order to exclude all kinds of interference factors in daily analysis. Such as natural factors, human interference, instrumentation and so on .So it is effectively reducing the misleading in the analysis of prediction.

s: horizontal pendulum tilt meter; interference analysis; observation data

P315.72

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.015

1674-8565（2016）04-0085-06

2016-07-06

2016-09-21

顧強(qiáng)強(qiáng)（1987- ），男，浙江省嘉善縣人，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測與研究工作。E-mail：guqiangqiang001@126.com