涇縣臺SS—Y型伸縮儀干擾因素分析研究

嚴(yán)吉 李章 樊冬 程文坤

摘要：SS-Y型伸縮儀是我國自行研制的適用于觀測地殼應(yīng)變和固體潮水平分量連續(xù)變化的儀器，具有精度高，穩(wěn)定性好特點(diǎn)，在地殼形變觀測測量中廣泛應(yīng)用。運(yùn)行期間，儀器會出現(xiàn)各種故障以及受到來自不同方面干擾因素的影響，本文將通過對各影響因素進(jìn)一步的分析研究，總結(jié)各類異常和干擾相應(yīng)的表現(xiàn)特點(diǎn)，為日后在數(shù)據(jù)處理過程中出現(xiàn)同類的異常或干擾時(shí)提供處理經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：SS-Y型伸縮儀，異常識別，干擾排查

中圖分類號：P315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）5（b）-0000-00

1、引言

伸縮儀是精密測量地殼巖體兩點(diǎn)間水平距離相對變化的儀器，適用于觀測地殼應(yīng)變和固體潮水平分量的連續(xù)變化，為研究地震孕育過程的水平應(yīng)變的變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)，也為地球彈性研究提供重要數(shù)據(jù)。涇縣地震臺根據(jù)中國地震局“十五”項(xiàng)目的實(shí)施方案，于2006年安裝了SS-Y型伸縮儀，至今運(yùn)行十年有余。在儀器運(yùn)行期間，收到了不同方面的干擾因素的影響，如人為干擾、自然環(huán)境干擾、儀器自身故障等因素的影響，表現(xiàn)在數(shù)據(jù)圖像上有數(shù)據(jù)突跳、臺階、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、曲線的異常持續(xù)上升或者持續(xù)下降等特點(diǎn)。準(zhǔn)確的識別異常、排除干擾不僅是做好日常工作的基礎(chǔ)，同時(shí)也為儀器運(yùn)維提供了理論依據(jù)。

2、觀測環(huán)境概況

涇縣地震臺地處皖南山區(qū)的宣城市涇縣城關(guān)鎮(zhèn)桃園村湖山坑，構(gòu)造處于南陵凹陷南端，附近有江南深斷裂和周王斷裂通過，小斷層發(fā)育，臺址有大面積石英砂巖出露。形變觀測洞室長40米，山洞巖性為志留系石英砂巖，臺基為石英砂巖，巖體完整，山洞平均覆蓋層約50米，洞內(nèi)年溫度變化±0.7℃ ，日溫變幅小于0.03℃，相對濕度小于90%。臺站觀測墩根據(jù)儀器的安裝要求設(shè)計(jì)建造。放置安裝SS-Y型伸縮儀的洞室，洞長約40米，中間有4道船艙門和三道塑鋼門，用聚乙烯泡沫板和塑料保溫薄膜做保溫罩密封儀器，可以減少環(huán)境因素直接對儀器的影響。

3、儀器工作原理和技術(shù)參數(shù)

SS-Y型伸縮儀屬長條型地震前兆儀器，主要用于洞體應(yīng)變固體潮及地震前兆地應(yīng)變監(jiān)測與研究。由基線、吊線、托架、傳感器、前置放大器、主機(jī)和IP采集控制器等部分組成，以分鐘采樣率工作，每日生成分鐘值和整點(diǎn)值采樣數(shù)據(jù)。SS-Y型伸縮儀對觀測環(huán)境的要求比較高，要求周圍沒有干擾源，洞室密封性要好，測量墩與固定墩之間的基巖要求完整，不能有斷層或裂隙。主墩一定要直接接觸基巖，且墩面平整光結(jié)，主墩和間墩的高度要在同一水平面上。

4、干擾因素排查

4.1人為因素

在儀器運(yùn)維期間，不可避免的會受到人為因素的干擾，其中最常見的就是儀器調(diào)零和進(jìn)觀測山洞檢修其他儀器時(shí)帶來的人為干擾。

4.1.1調(diào)零

由于儀器本身的參數(shù)問題及敏感性問題，在映震能力較好同時(shí)也存在飄移較快、頻繁超量程等問題。

該儀器從2014年1月至2016年12月共36個(gè)月，EW向累計(jì)調(diào)零約25次，平均1.4個(gè)月就需要進(jìn)行一次調(diào)零操作（SS-Y伸縮儀自安裝以來，EW向一直存在漂移過快的問題）。NS向調(diào)零次數(shù)較少。

4.1.2標(biāo)定

為了保證儀器的測量精度，按照學(xué)科管理的規(guī)范要求，按時(shí)對儀器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定方式為軟件自動標(biāo)定，以相對誤差值小于1為合格標(biāo)定。儀器標(biāo)定時(shí)，往往不能一次性標(biāo)定成功，標(biāo)定結(jié)果不符合要求需要重新進(jìn)行標(biāo)定，所以標(biāo)定具有重復(fù)性。

2016年8月9日至10日，進(jìn)行多次標(biāo)定。8月9日第一次標(biāo)定結(jié)果不符合要求，隨即對儀器標(biāo)定裝置進(jìn)行檢查。再次標(biāo)定仍然不符合要求，臺站工作人員將標(biāo)定電機(jī)拆開，清洗，重新安裝，進(jìn)過兩天的多次標(biāo)定，最終得到合格的標(biāo)定結(jié)果。標(biāo)定裝置是高精度的裝置，平時(shí)要定期的進(jìn)行維護(hù)清理，保證正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)形變學(xué)科管理規(guī)范，標(biāo)定次日，要依次刪除標(biāo)定產(chǎn)出的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

4.1.3進(jìn)洞干擾

涇縣臺形變學(xué)科主要儀器有SSY伸縮儀、DSQ水管傾斜儀和VP垂直擺，三套儀器均布設(shè)在山洞中。為了保證儀器的正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，臺站定期進(jìn)行儀器維護(hù)工作，進(jìn)洞后人為干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)突跳。

各種人為干擾由于形式的不同，對儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)的影響也不一樣，具體表現(xiàn)在從數(shù)據(jù)的原始和預(yù)處理數(shù)據(jù)對比中就可以比較直觀的區(qū)別開來。（1）2016年1月24日EW向進(jìn)行儀器調(diào)零的原始數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)繪圖中可以看出EW向出現(xiàn)了一個(gè)短暫的大臺階，臺階幅度約為13630（ms），由于調(diào)零操作時(shí)間較短，臺階持續(xù)時(shí)間一般不超過5分鐘。（2）臺站工作人員進(jìn)山洞檢修儀器，人為干擾造成儀器產(chǎn)出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。在原始數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)密集的大幅度突跳，持續(xù)時(shí)間較長。（3）儀器標(biāo)定的原始數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中可以看出標(biāo)定出現(xiàn)了一個(gè)大臺階并且由于人為進(jìn)洞導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大突跳。由于標(biāo)定具有重復(fù)性，所以一般持續(xù)時(shí)間少則幾個(gè)小時(shí)，多達(dá)數(shù)天的連續(xù)干擾。從以上分析對比中我們可以明顯的區(qū)別出各種不同的人為干擾。

4.2自然環(huán)境

自然環(huán)境包括多個(gè)方面，涇縣臺地處皖南山區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，主要是收到降雨影響比較大。雨季持續(xù)的大量降雨會導(dǎo)致測項(xiàng)數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)趨勢有較大的上升或者下降變化，在降雨停止后一段時(shí)間后會有明顯的回歸。根據(jù)中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司編制的《地震前兆異常落實(shí)工作指南》（地震出版社，2000），降雨對洞體形變的干擾是通過雨水對地層的滲透，改變洞體地層含水率和孔隙壓力，圍巖在水的參與下會出現(xiàn)變形，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)變化。

我們抽取兩個(gè)降雨集中時(shí)間段，分別是6月25日至29日，可以發(fā)現(xiàn)NS向趨勢下降，下降幅度約2900（ms）。EW向25日至28日趨勢上升，上升幅度約2913 （ms）， 通過臺站雨量計(jì)記錄數(shù)據(jù)顯示24日至28日累計(jì)降雨達(dá)199.1mm。另一個(gè)時(shí)間段為7月1日至4日?？梢钥吹絅S向趨勢下降，下降幅度約2800（ms），EW向1日至4日趨勢上升，上升幅度約2700（ms）。根據(jù)臺站雨量計(jì)顯示6月30日至7月4日累計(jì)降雨達(dá)265.0mm。在降雨停止之后，數(shù)據(jù)曲線很快恢復(fù)正常。同時(shí)我們也看到在降雨量較小時(shí)，儀器數(shù)據(jù)基本沒有收到影響。

4.3儀器故障

前置放大器故障是一個(gè)比較常見的故障類型，或者是探頭接觸不良。 2014年9月30日，涇縣臺SS-Y伸縮儀北南向突然出現(xiàn)超限臺階，疑似數(shù)據(jù)超限。隨后對儀器進(jìn)行了調(diào)零操作，但操作后仍然無法回歸正常。經(jīng)互換NS、EW兩個(gè)方向的前置放大器、探頭以及多次排查后，發(fā)現(xiàn)任然沒有恢復(fù)正常，判斷為前置放大器故障。10月18日重新更換之后恢復(fù)正常。

2016年12月6日至9日，EW向出現(xiàn)毛刺干擾較多，后在檢修儀器時(shí)候，發(fā)現(xiàn)探頭接口處出現(xiàn)細(xì)小水珠，觀測墩出現(xiàn)少量掛壁水珠，判斷為傳感器接口受山洞濕氣較大干擾導(dǎo)致。隨即對山洞進(jìn)行防潮處理，重新更換干燥劑，并將傳感器重新防潮處理之后，情況好轉(zhuǎn)。

5、結(jié)論

臺站是地震監(jiān)測的最一線，擁有各個(gè)儀器產(chǎn)出的第一手資料，在數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，數(shù)據(jù)圖像可以直觀的將儀器收到的干擾表現(xiàn)出來，準(zhǔn)確的識別出異常、排查出干擾就顯得尤為重要。通過對涇縣臺SS-Y型伸縮儀的運(yùn)行資料進(jìn)行分析后，我們可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)圖像上表現(xiàn)出來的各類異常與不同的干擾形式都有著相互緊密的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)圖像表現(xiàn)出來的異常推測出干擾因素，再結(jié)合臺站觀測日志記錄，就可以準(zhǔn)確的找到數(shù)據(jù)異常原因，據(jù)此解決干擾，維護(hù)儀器正常穩(wěn)定運(yùn)行。

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