肅南臺伸縮儀干擾識別

席立峰，王小娟

（1.甘肅省地震局肅南地震臺，甘肅 肅南 734400；2.甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

肅南臺伸縮儀干擾識別

席立峰1，王小娟2

（1.甘肅省地震局肅南地震臺，甘肅 肅南 734400；2.甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

收集整理了肅南臺SS-Y洞體應(yīng)變伸縮儀自觀測以來的觀測資料，論述了氣壓、雷電、洞室進(jìn)人、儀器故障及附加載荷等干擾因素對數(shù)字化應(yīng)變高頻記錄的影響及其機(jī)理。為利用數(shù)字化資料及時識別干擾、準(zhǔn)確捕捉短臨地震異常提供了可借鑒的經(jīng)驗。

地球物理；肅南臺；伸縮儀；干擾；異常變化；潮汐因子

1 概述

伸縮儀的工作原理測量的是水平面與地殼表面相對兩點(diǎn)間的變化量。由于其測量結(jié)果與地震的孕育發(fā)生有著極為密切的關(guān)系，歷來受到國內(nèi)外地震預(yù)測探索者門的關(guān)注［1-5］。但是，由于伸縮儀觀測一般是建設(shè)在地表的山洞當(dāng)中，也就不可避免的會受到各種各樣的干擾影響，使得觀測值當(dāng)中不但包含有來自地球內(nèi)部的信息，還包含有不同程度的干擾信息［6-8］，例如：人為干擾、儀器故障干擾、觀測環(huán)境變化干擾、海洋潮汐干擾、天氣變化干擾等。從目前認(rèn)知水平的情況來看，干擾形成的各種異常變化當(dāng)中，有一部分可以確定，如：停電、儀器故障等，還有一部分干擾和地震前兆不能完全區(qū)分，使前兆異常的判定存在很大的難度。因此，在現(xiàn)今以歸納觀測事實為主流的地震預(yù)測與分析的現(xiàn)狀下，對歷史觀測資料當(dāng)中的干擾進(jìn)行再分析是尋找干擾特征和機(jī)理的一種方法。本文主要通過對肅南地震臺（簡稱肅南臺）伸縮儀所受到的各種干擾情況的統(tǒng)計，來分析如何從肅南臺水管傾斜觀測當(dāng)中剔除干擾異常，發(fā)現(xiàn)地震前兆異常，從而為地震預(yù)測提供依據(jù)。

2 肅南臺情況簡介

肅南臺隸屬甘肅省地震局。始建于1970年，伸縮儀觀測始于2007年，初始儀器型號為SS-Y應(yīng)變伸縮儀，自2008年1月1日起開始正式觀測。臺站位于祁連山腳下，高臺－肅南間隱伏活動斷裂及祁連山地震帶的交匯部位。觀測山洞臺基為泥質(zhì)砂巖，山洞進(jìn)深170m，頂層覆蓋42m。洞內(nèi)年溫差0.2℃以內(nèi)，日溫差0.05℃以內(nèi)。

3 資料分析

3.1 正常背景

表1是2008-2015年的調(diào)和分析結(jié)果。NS分量半日主波M2的年尺度潮汐因子變化情況分為兩段（在2012年12月31日維修NS分量標(biāo)定器，標(biāo)定格值由10.8178×10-10/mV變?yōu)?0.9543×10-10/mV），2008-2012年在1.5998-1.5753之間，2013-2015年在1.1583-1.0620之間，中誤差在0.0268以內(nèi)；EW分量半日主波M2的年尺度潮汐因子在1.1967-1.1515之間，中誤差在0.0114以內(nèi)。潮汐因子較為穩(wěn)定，內(nèi)精度較高，達(dá)到了優(yōu)秀觀測資料的行列。

表1 2008-2015年的調(diào)和分析結(jié)果

圖1是沒有干擾的任意一天觀測曲線，從形態(tài)上可以清晰的看到固體潮汐，曲線記錄光滑美觀。

圖1 伸縮儀分鐘值曲線

3.2 地震波記錄情況

伸縮儀不僅能清晰記錄到固體潮汐變化，而且能記錄到震時地震波的變化。筆者對2008年以來的全球7級以上地震、全國6級以上地震和甘肅省及鄰區(qū)4級以上地震時的記錄地震波情況進(jìn)行了統(tǒng)計，記錄的地震次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表2。對大于200km的3.0～4.5級左右的地震，肅南臺的水管儀均記錄不到地震波。

表2 伸縮儀記錄地震情況統(tǒng)計表

圖2 夏洛特皇后群島地區(qū)Ms7.7級地震

圖2是記錄到發(fā)生在北京時間2012年10月28日11時04分夏洛特皇后群島地區(qū) （北緯52.8,西經(jīng)131.9）Ms7.7級地震,震源深度20km。

3.3 干擾分析

數(shù)字化觀測與模擬觀測相比較，加強(qiáng)了觀測數(shù)據(jù)信息的及時傳送性和降低了人為錯誤的發(fā)生機(jī)率，但采樣和顯示方式的不同，造成了固體潮曲線特征的數(shù)字化觀測與模擬資料有所不同。為了能夠及時并正確的辨認(rèn)出此類圖形，將其與地震短臨地震異常區(qū)分，我們收集整理了2008-2015年肅南臺伸縮儀的數(shù)字化觀測資料。

3.3.1 大風(fēng)干擾

大風(fēng)對傾斜固體潮的影響是由于氣壓波動造成密封洞腔內(nèi)的空氣振蕩，引起缽體表面的氣流擾動，從而改變了儀器液面的壓力，使液面隨之響應(yīng)。在數(shù)字化觀測上的表現(xiàn)是觀測值出現(xiàn)上下波動的變化。此外，儀器也可以觀測到強(qiáng)勁、持續(xù)的大風(fēng)對山體的牽動作用，其具體表現(xiàn)為固體潮畸變。

2011年02月 26日甘肅境內(nèi)發(fā)生了一次強(qiáng)沙塵暴天氣，這是一次典型的氣壓波動產(chǎn)生的干擾。在26日00時00分后氣壓變化了約15 hPa，伸縮儀觀測曲線產(chǎn)生了持續(xù)波動，最大幅度為1.7ms，如圖3所示。

圖3 大風(fēng)干擾

3.3.2 雷電干擾

雷電干擾對伸縮儀的觀測造成的影響主要有兩種：一、強(qiáng)雷電發(fā)生時容易擊壞儀器的電子部件，造成壞數(shù)的產(chǎn)生，有時甚至直接擊壞關(guān)鍵部位造成停測；二、一般的雷電的干擾，主要是對固體潮的變化形態(tài)產(chǎn)生影響，出現(xiàn)畸變等現(xiàn)象。

圖4 雷電干擾

圖4是2009年6月17日雷電對肅南臺伸縮儀NS、EW兩個測向造成干擾，形成畸變的記錄波形。3.3.3 山洞滲水干擾

2012年07月16日由于肅南縣突降暴雨，造成形變山洞滲水，伸縮儀NS分量密封腔體內(nèi)瞬間涌入大量雨水，致使伸縮儀NS分量觀測曲線出現(xiàn)大幅度的單向漂移，兩天以后（2012年07月18日），才逐漸開始向正常觀測趨勢恢復(fù)。

肅南臺形變山洞滲水后，伸縮儀影響如此之大，主要原因是此山洞的基巖為泥質(zhì)砂巖，當(dāng)雨水流到儀器墩附近時，很容易就順著隔震槽滲入基巖當(dāng)中，導(dǎo)致基巖松散，儀器墩周圍巖石松軟，于是就產(chǎn)生了大幅度的漂移現(xiàn)象，如圖5所示。

教研組對于教師開展教學(xué)活動來說，是十分重要的，它是網(wǎng)絡(luò)教研活動的基礎(chǔ)。教研活動能夠?qū)⒔處熍c學(xué)生進(jìn)行緊密結(jié)合，加強(qiáng)兩者的聯(lián)系，從而為教研活動掃清障礙。在教研組中，教師可以進(jìn)行備課，并與其他教師在線討論等。

圖5 山洞滲水干擾

3.3.4 觀測山洞進(jìn)人干擾

在2015年10月31日觀測人員進(jìn)洞檢修山洞電源時，對伸縮儀的NS、EW測向造成了測值突跳的干擾，突跳的最大值分別為7.0ms、3.0ms，如圖6所示。

圖6 人員進(jìn)洞干擾

人員進(jìn)洞對伸縮儀記錄的固體潮干擾形成的突跳，不是人體負(fù)荷使地表傾斜所致，而是人員進(jìn)入非隔離洞室引起氣流擾動。人員進(jìn)洞可能造成的干擾有兩種：（1）體重負(fù)荷影響，此影響一般情況下較??；（2）人體散熱、走動引起的洞腔靜止空氣運(yùn)動影響，是人員進(jìn)洞產(chǎn)生干擾變化的主要因素。如果此段時間數(shù)據(jù)能采集到秒值，則更能揭示問題的實質(zhì)。

3.4 儀器故障

4 討論

形變測量受多種因素影響，其中包含了氣象變化、人為作用、儀器故障及未知的諸多情況，使得干擾排除成為識別異常的一項必不可少的工作。但在目前的認(rèn)識水平下，有一些干擾的形態(tài)與地震前兆形態(tài)極為相似，給干擾與前兆的判定帶來很大困難，因此需要觀測人員不斷的總結(jié)經(jīng)驗，分析干擾的形成因素，判斷干擾的類型，對各種干擾在第一時間給出比較明確的標(biāo)注。比如：人員進(jìn)洞干擾、檢修儀器、山洞滲水、雷電干擾、調(diào)零、氣壓干擾、臺站周圍環(huán)境變化［9-12］等比較明確的干擾現(xiàn)象，觀測人員應(yīng)該及時準(zhǔn)確地在觀測日志和工作日志當(dāng)中做出明確的標(biāo)注。這樣就不會浪費(fèi)資料分析人員的精力來確認(rèn)這些干擾變化了。對那些不容易分辨的干擾或異常變化，觀測人員也要盡可能的做出判斷，比如：首先要確認(rèn)此時觀測儀器是否工作正常，排除儀器故障因素；其次要對周圍的觀測環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，判斷此異常變化是否與觀測環(huán)境有關(guān)；最后要將這些排查判斷的過程和依據(jù)詳細(xì)的形成調(diào)查報告，隨觀測結(jié)果進(jìn)行提交，讓資料分析人員能夠拿到第一手資料，對此異?，F(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步分析確認(rèn)。

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