洱源地震臺水管儀水蒸發(fā)問題實驗

字承柱張 演嚴自華李 慶和玉權吳榮幫

1）中國云南671200洱源地震臺

2）中國昆明650224云南省地震局

3）中國云南674100麗江地震臺

洱源地震臺水管儀水蒸發(fā)問題實驗

字承柱1）張 演2）嚴自華1）李 慶3）和玉權1）吳榮幫1）

1）中國云南671200洱源地震臺

2）中國昆明650224云南省地震局

3）中國云南674100麗江地震臺

針對洱源地震臺水管儀水蒸發(fā)問題，采用二甲基硅油和石蠟油做對比分析實驗，實驗得出，石蠟油能有效控制水管儀水蒸發(fā)速度。水管儀加入石蠟油后，水蒸發(fā)問題得到有效解決，減少了加水調節(jié)量程造成的人為干擾，水管儀觀測精度、數據質量得到較大提高。

水管儀；石蠟油；二甲基硅油；水蒸發(fā)

0 引言

地傾斜的觀測目的是研究地殼垂直相對運動和固體潮汐動態(tài)變化。地傾斜觀測數據質量的好壞制約著地球物理預報水平（馮建琴等，2011）。洱源地震臺（以下簡稱洱源臺）DSQ水管傾斜儀于2006年6月架設投入使用，但觀測洞室存在嚴重的地熱現象，水管儀水蒸發(fā)現象嚴重，導致觀測數據質量差，科學參考價值低。針對洱源臺水管儀的水蒸發(fā)問題，采用不同材料做對比實驗，以解決該問題，提高水管儀觀測數據質量。

1 觀測背景

洱源地震臺海拔2 100 m，地處紅河斷裂、金沙江斷裂和劍川—麗江斷裂等多條斷裂交匯處，所處構造位置重要，溫泉出露豐富，屬地熱異常區(qū)（郭紹忠等，1998）。觀測洞室位于洱源地震臺院內，山洞總面積183.6 m2，洞室由條石自然翻拱，地面水泥固化，內設4個支洞，常年溫度26.5℃±1℃，相對濕度小于80%。洞室長120 m、寬1.82 m、高2 m，基巖屬性：前奧陶紀變質巖，覆蓋層：30 m（云南省地震局，2005）。DSQ型水管傾斜儀于2006年6月架設，東西長17.07 m，北南長17.20 m，斜邊長13.34 m。

2 對比實驗

2.1 原因

洱源臺DSQ水管傾斜儀的水存在嚴重蒸發(fā)現象：每一測向平均每5日需人工加水調節(jié)量程，每一次加水量約8 mL。水蒸發(fā)量較大及頻繁的人工加水調節(jié)量程，導致水管儀

觀測受到嚴重干擾，產出數據質量差，科學參考價值低。

2.2 實驗材料

本實驗主要采用以下材料：①二甲基硅油：又稱硅油，無毒無味，具有生理惰性、良好的化學穩(wěn)定性、較高的閃點和燃點，不溶于水，不易揮發(fā)，可在-50℃—200℃下長期使用，密度0.963 g/mL；②石蠟油：是一種礦物油，從原油分餾所得無色無味混合物，不溶于水，密度0.76—0.78 g/mL；③蒸餾水、燒杯、量筒、移液管等。

2.3 實驗方案

采用二甲基硅油和礦物油兩種物質做對比分析實驗，確定哪種物質能更有效防止水的蒸發(fā)。擬定實驗方案如下：①在觀測洞室內對蒸餾水、二甲基硅油、礦物油做對比試驗，分析3種物質的揮發(fā)性、揮發(fā)速度及理化穩(wěn)定性；②取兩個等量燒杯，加等量蒸餾水，一杯液面上加一層石蠟油，另一杯液面上加等量硅油，置于觀測洞室內，分析兩種物質防止水蒸發(fā)的效果；③通過對比分析，確定理想物質為下一步實驗所用；④選水管儀北南向分量做實驗，確定水的日蒸發(fā)量，在水管儀液面上加一層確定的物質，對比分析加該物質前后水的蒸發(fā)速度；⑤定性、定量分析加物質前后觀測數據，分析觀測數據質量。

2.4 實驗分析

2.4.1 各物質揮發(fā)性實驗。2015年5月26日取5個燒杯（500 mL）標好序號。1、2、3號燒杯取硅油、石蠟油、蒸餾水各100 mL，4號燒杯取蒸餾水100 mL后加30 mL石蠟油，5號燒杯取100 mL蒸餾水加30 mL硅油。把5個實驗樣品放置于水管儀南端，觀測30天，觀測蒸發(fā)情況，具體數據見表1。

表1 實驗樣品Table 1 The experimental sample

由表1實驗結果可知：在水管儀觀測洞室內，硅油、石蠟油未揮發(fā)，100 mL蒸餾水平均每天揮發(fā)1 mL，石蠟油和硅油加到蒸餾水液面，燒杯里蒸餾水的蒸發(fā)得到有效控制。

2.4.2 水管儀水蒸發(fā)實驗。在水管儀北南向分量分別于2015年7月15日和8月17日加注硅油和石蠟油，做對比實驗，查看哪種物質可以有效防止水的蒸發(fā)。

（1）水管儀加硅油。2015年7月15日13時26分，水管儀北南向北、南端各加50 mL硅油，調到正常范圍，查看觀測數據變化，見圖1(a)。

從圖1(a)可以看出：水管儀加注硅油后，北南向蒸餾水依然存在蒸發(fā)現象，7月18日、24日、30日分別加水調節(jié)量程，北南向水蒸發(fā)速度與加硅油前相差不大。實驗表明，加硅油不能有效控制水管儀水蒸發(fā)。分析認為：實驗所用硅油密度為0.963 g/mL，與蒸餾水密度接近，硅油加入水管儀后，與水形成混合狀態(tài)，不能有效封住水管儀液面，從而無法控制水管儀的水蒸發(fā)。

（2）水管儀加石蠟油。2015年8月17日水管儀北南向的北、南端各加30 mL石蠟油，把數據調到正常范圍，查看觀測數據變化，見圖1(b)。

從圖1(b)可以看出，水管儀北、南端加入石蠟油后無需加水調節(jié)量程，水管儀水蒸發(fā)明顯減小，蒸發(fā)速度得到有效控制。

2.4.3 水管儀北東向加注石蠟油。2015年8月26日往水管儀北東向的北西端、南東端各加30 mL石蠟油，把數據調到正常范圍，查看觀測數據變化（圖2）。

圖1 水管儀加注硅油、石蠟油對比實驗數據曲線(a)7月14日—7月31日加注硅油后觀測數據分鐘值； (b) 8月15日—8月31日加注石蠟油后觀測數據分鐘值Fig.1 Contrast experimental data curve of polydimethyl siloxane and paraffin wax in water-tube tilmeter

圖2 2015年8月25日—9月30日水管儀北東向分鐘值曲線Fig.2 Minute value curves of northeast component of water-tube tilmeter from Aug.25 to Sep.30,2015

由圖2可以看出，北東向加入石蠟油后第18天加水調節(jié)量程。與之前相比，水管儀水蒸發(fā)速度有一定程度減小，但蒸發(fā)量依然較大，認為加注的石蠟油較少，無法有效

封住水管儀液面。9月28日北東向兩端追加30 mL石蠟油，水管儀北東向水的蒸發(fā)得到有效控制。

2.5 實驗結論

通過實驗得出以下結論：①硅油不能有效控制水管儀的水蒸發(fā)；②石蠟油能有效控制水蒸發(fā)速度，達到實驗目的；③石蠟油減小水管儀水蒸發(fā)的程度與所加石蠟油的量有關，量越多，效果越好。

3 石蠟油加注前后觀測數據分析

3.1 水蒸發(fā)速度

2015年1月—8月水管儀北南向因為水的蒸發(fā)量程調節(jié)44次，北東向量程調節(jié)35次，人為干擾較多，嚴重影響觀測數據質量。水管儀北南向、北東向分別于2015年8月17日和8月26日加注石蠟油，9月28日進一步調試，至12月31日均只有1次加水量程調節(jié)。由2015年水管儀整點值觀測曲線（圖3）可見，2015年1—8月曲線干擾大，加注石蠟油后，觀測數據曲線變化平緩，干擾較小。由此可知，水管儀加注石蠟油后，水的蒸發(fā)得到有效控制，進而減少人為干擾，觀測數據質量有一定程度地提高。

圖3 2015年水管儀整點值曲線(a)北南向觀測數據； (b)北東向觀測數據Fig.3 Integral point value curves of water-tube tilmeter in 2015

3.2 觀測數據質量

3.2.1 觀測資料完整率。采用水管儀預處理分鐘值數據，計算北南向、北東向2015年觀測數據完整率，統計結果見表2。

據以往工作經驗，洱源臺水管儀預處理缺測數據主要由加水調節(jié)量程引起。從表2可見：2015年9月（加注石蠟油）以后，水管儀北南向、北東向觀測數據完整率明顯提高。

3.2.2 調和分析。對洱源臺水管儀2015年數據做調和分析，獲得北南向、北東向潮汐參數，具體數值見表3。

表2 2015年1—12月觀測數據完整率Table 2 The integrity rate of data from January to December,2015

表3 觀測數據調和分析結果Table 3 The harmonic analysis results of the data

從北南向、北東向加石蠟油前后調和分析結果（表3）可知：①加注石蠟油前后，水管儀觀測數據潮汐因子相差小，說明水管儀記錄固體潮能力相同；②加注石蠟油后，觀測數據絕對誤差和相對誤差明顯減小，說明水管儀觀測精度提高；③加注石蠟油前后，水管儀觀測數據相位滯后相差不大，但相位誤差明顯減小，說明水管儀觀測質量有了很大提高。

4 結論

綜上所述，可以得出以下結論：石蠟油比二甲基硅油更能有效減小水管儀的水蒸發(fā)，石蠟油加注越多，效果越好；從水管儀2015年觀測數據分析可知，加注石蠟油后，水蒸發(fā)問題得到有效解決，減少加水調節(jié)量程造成的人為干擾，觀測精度、數據質量有很大提高。

洱源臺水管儀受環(huán)境干擾、人為干擾、水蒸發(fā)等因素影響，觀測數據質量較低?，F雖然有效解決水管儀的水蒸發(fā)問題，觀測數據質量得到提高，但是否具有科學參考價值，是否具有地震前兆異常等，還需在今后觀測工作中進一步分析。

馮建琴，沈曉松，等.山西數字化水管傾斜儀觀測資料質量分析[J].地震地磁觀測與研究，2011，32（3）：100.

郭紹忠，黃紹裘，張鴻飛，等.滇西水汞觀測的地震短臨預報指標[J].地震研究，1998，21（1）：50-51.

云南省地震局.云南省地震監(jiān)測志（上冊）[M].北京：地震出版社，2005.

A study to solve the water evaporation of water tube tiltmeter at Eryuan Seismic Station

Zi Chengzhu1），Zhang Yan2），Yan Zihua1），Li Qing3），He Yuquan1）and Wu Rongbang1）
1) Eryuan Seismic Station,Yunnan Province 671200,China
2) Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650024,China
3) Lijiang Seismic Station,Yunnan Province 674100,China

To solve the problem of water evaporation of the water tube tiltmeter for Eryuan Seismic Station,in this study we compared the effect of polydimethyl siloxane and paraffin wax in preventing water evaporation.Our results suggested that,paraffi n wax had a better effect on controlling water evaporation.By adding paraffin wax,the water evaporation of water tube tiltmeter was mostly prevented.This enormously reduced the man-made interference by adding water.This improved the observation accuracy of the water tube tiltmeter,thus the quality of the data had a great improvement.

water tube tiltmeter，paraffi n wax，polydimethyl siloxane，water evaporation

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.020

字承柱（1988—），男，本科，從事地震活動性、地形變觀測與前兆異常等研究工作。

E-mail： zczzichengzhu4@126.com

2015年中國地震局“三結合”課題，項目名稱：洱源臺水管儀水蒸發(fā)問題的實驗研究

本文收到日期：2015-10-20