淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量趨勢轉(zhuǎn)折異常的調(diào)查與分析

尹傳兵 丁雨 李驚生 樊冬

摘 要：2016年4月淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)趨勢轉(zhuǎn)折異常變化，按照異常核實工作方案，針對觀測系統(tǒng)工作狀態(tài)、觀測環(huán)境干擾源、氣象干擾因素等開展實地調(diào)查和數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，伸縮應(yīng)變趨勢轉(zhuǎn)折變化為非地震異常，主要原因是儀器標(biāo)定裝置內(nèi)存有異物而膨脹引起。

關(guān)鍵詞：伸縮應(yīng)變 趨勢轉(zhuǎn)折 膨脹應(yīng)變

中圖分類號：P31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0066-04

按照《地震前兆臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析工作約定》（中國地震局，2013）和《地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析技術(shù)規(guī)范——事件分析記錄》（國家地震前兆臺網(wǎng)中心，2014）等相關(guān)工作要求。2014年2月，地震臺站將前兆觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析納入日常工作，促使臺站地震監(jiān)測從觀測向觀測與應(yīng)用并重轉(zhuǎn)變，推動臺站從單純監(jiān)測向監(jiān)測預(yù)報轉(zhuǎn)型，提升臺站對觀測數(shù)據(jù)的分析和挖掘能力，有效強化對不明原因異常數(shù)據(jù)的核實、跟蹤和研判能力，提高觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)出水平。

2016年4月20日，淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量開始出現(xiàn)趨勢轉(zhuǎn)折異常變化，觀測點處于郯廬斷裂帶東側(cè)，同側(cè)已出現(xiàn)1項地震前兆形變異常并仍在持續(xù)，臺站緊鄰蘇魯皖交界地區(qū)多次被劃為全國地震重點危險區(qū)，因此異常現(xiàn)象備受關(guān)注。按照數(shù)據(jù)跟蹤分析工作要求，無論地震前兆異常還是系統(tǒng)故障、干擾影響，均須給出一個較為科學(xué)的判定結(jié)果。按照前兆觀測資料異常變化現(xiàn)場核實工作要求，本文從儀器及洞室情況、場地環(huán)境、人為干擾等方面進(jìn)行調(diào)查和分析。

1 臺站基本概況

淮北臺SSY型伸縮應(yīng)變儀安裝于淮北市人防山洞內(nèi)，距離洞口60m，自2006年8月開始正式運行。儀器礅與水管傾斜為共礅，NS分量基線長54.5m，EW分量基線長17.0m。臺站地處相山山脈東側(cè)，北側(cè)宿北斷裂，東鄰郯廬大斷裂，是一個地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的地區(qū)。山洞位于相山南翼，東側(cè)方向為山脈，西側(cè)為平原。山洞口位于山體半坡，大雨時雨水順山體方向向南面泄流，洞體周圍寒武系和奧陶系灰?guī)r出露。

2 數(shù)據(jù)異常特征

淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量自2006年運行以來數(shù)據(jù)曲線一直保持趨勢壓性變化，受降雨季節(jié)影響會出現(xiàn)階變式加速壓性變化。2010年1月15日河南范縣ML4.2級地震后，1月23日伸縮應(yīng)變儀NS分量出現(xiàn)大幅趨勢下降，當(dāng)時判定為傳感器內(nèi)部受潮引發(fā)數(shù)據(jù)畸變，更換傳感器配件，3月6日下降趨勢穩(wěn)定，5月6日恢復(fù)正常。本次伸縮應(yīng)變儀NS分量出現(xiàn)趨勢轉(zhuǎn)折變化，觀測點及周邊監(jiān)測儀器未出現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)異常，屬于單分量獨立異常變化。2016年4月8日伸縮應(yīng)變儀NS分量觀測數(shù)出現(xiàn)壓性趨勢抑制現(xiàn)象見圖1，測項數(shù)據(jù)幾乎成直線擾動，4月20日觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)趨勢轉(zhuǎn)折變化，由壓性趨勢變化轉(zhuǎn)換為張性趨勢變化，4月24日出現(xiàn)張性趨勢加速變化，至5月9日數(shù)值由4月24日-383.1×10-8上升至2093.5×10-8，上升幅度為2476.6×10-8。

3 異常調(diào)查分析

3.1 觀測環(huán)境調(diào)查

對觀測山洞3km范圍的觀測環(huán)境進(jìn)行巡查，并結(jié)合實地咨詢調(diào)查，主要包括建筑施工、開山采石和地下抽水等方面。巡查車輛圍繞山體環(huán)繞一圈巡視，實地環(huán)境調(diào)查主要包括相山廟、鳳凰城、后黃村和淮北師范大學(xué)等4個核實點（見圖2）。

經(jīng)調(diào)查，臺站山洞西北側(cè)25m，距離觀測點70m左右處，相山廟自2016年4月30日開始清理場地施工，對山坡進(jìn)行修坡，土壤就近填埋，有施工機械，施工集中在7時至18時，相應(yīng)時段對測震儀產(chǎn)生高頻干擾，但對形變觀測儀器未見明顯干擾。類似情況在2015年7月、9～10月間也出現(xiàn)過，均未對淮北臺形變觀測儀器產(chǎn)生高頻和趨勢影響。上述情況表明，臺站形變觀測山洞周邊存在施工現(xiàn)象，但對形變觀測儀器未產(chǎn)生明顯影響，且異常出現(xiàn)時間比施工開始時間早，初步排除淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量趨勢轉(zhuǎn)折異常為臺站周邊施工干擾的可能。

觀測點周邊村莊、學(xué)校等位于山體東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)，東、南兩側(cè)為城區(qū)主要使用城市自來水，西側(cè)為城鄉(xiāng)結(jié)合部村莊有3口吃水井，周邊無工業(yè)用水、無大型施工及開山碎石。根據(jù)周邊環(huán)境調(diào)查結(jié)果（見表1），初步分析認(rèn)為，淮北臺伸縮應(yīng)變儀異常變化與觀測環(huán)境無關(guān)。

3.2 氣象因素分析

淮北臺SSY型伸縮應(yīng)變儀NS分量異常變化期間，對比洞溫及氣象三要素分析，溫度、氣壓變化正常，20日降雨量1.9mm，26日降雨量10.5mm，4月20日至30日淮北地區(qū)未有較大降水（見圖3）。

3.3 觀測系統(tǒng)檢測

3.3.1 觀測系統(tǒng)整體檢查

調(diào)查人員從儀器系統(tǒng)的電壓、接線和設(shè)施等方面檢查檢測。伸縮應(yīng)變儀主機的220V交流供電、數(shù)采的15V直流供電等工作正常；傳感器、前置放大盒、主機與數(shù)采之間的連線，特別是航空頭的完整性檢查，未見接觸不良、松動現(xiàn)象；儀器腔體、儀器基墩、標(biāo)定裝置、前置放大盒等設(shè)備及周邊小環(huán)境，未見積水、損壞現(xiàn)象。

3.3.2 觀測系統(tǒng)標(biāo)定檢查

伸縮應(yīng)變儀每年標(biāo)定兩次，查閱標(biāo)定維修檔案，2015年5月27日、12月17日、2016年1月4日分別對伸縮應(yīng)變儀進(jìn)行標(biāo)定，12月17日校準(zhǔn)不成功，標(biāo)定裝置故障，經(jīng)更換標(biāo)定裝置后，1月4日標(biāo)定結(jié)果符合規(guī)范要求。調(diào)查人員再次對伸縮應(yīng)變儀NS分量進(jìn)行標(biāo)定檢查。檢測結(jié)果顯示，淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量標(biāo)定重復(fù)性過高、標(biāo)定電壓差偏小，達(dá)不到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.3 儀器測量范圍檢查

鑒于2次的標(biāo)定結(jié)果，對伸縮應(yīng)變儀NS分量觀測系統(tǒng)的測量范圍進(jìn)行進(jìn)一步檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，伸縮應(yīng)變儀NS分量原前置放大的測量范圍最小值僅為-0.18V，更換前置放大盒后，其測量范圍為-8.3～8.3V，再次標(biāo)定檢查，結(jié)果標(biāo)定重復(fù)性仍然不達(dá)標(biāo)。

3.3.4 標(biāo)定裝置檢查

鑒于3次標(biāo)定結(jié)果未達(dá)標(biāo)，調(diào)查人員對標(biāo)定裝置進(jìn)行人工檢定，即人工轉(zhuǎn)動測微頭并查看前置放大器放大輸出端的電壓變化。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動測微頭時，測量得出的電壓變化范圍過小。懷疑標(biāo)定裝置機械故障，多次加潤滑油并調(diào)試，轉(zhuǎn)動時問題仍存在。經(jīng)現(xiàn)場研討，確定打開標(biāo)定裝置盒進(jìn)行拆開檢查，拆開后發(fā)現(xiàn)里面存有異物，影響滑動塊的移動，自身膨脹影響觀測系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)（見圖4）。

3.4 探討分析

淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量觀測數(shù)據(jù)異常變化，原數(shù)據(jù)壓性趨勢變化→趨勢變化抑制→轉(zhuǎn)向張性趨勢變化的演變過程，符合膨脹應(yīng)變隨時間的變化規(guī)律，表明伸縮應(yīng)變儀NS分量受到外力作用，4月8日與儀器系統(tǒng)接觸，對原系統(tǒng)產(chǎn)生非飽和應(yīng)力抑制，4月24日外力應(yīng)力達(dá)到飽和狀態(tài)，對原系統(tǒng)產(chǎn)生擴(kuò)展破壞，致使觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常張性變化。伸縮應(yīng)變儀NS分量受到外力作用，同觀測環(huán)境內(nèi)的水管儀、伸縮應(yīng)變儀EW分量以及周邊觀測點儀器觀測數(shù)據(jù)均未出現(xiàn)異常變化。由此推斷，伸縮應(yīng)變儀的外力主要來自儀器觀測系統(tǒng)自身。

通過異常核實排查驗證了上述推測的情況，儀器觀測系統(tǒng)標(biāo)定裝置內(nèi)槽存有異物，異物膨脹由膨脹變形→膨脹不變形→膨脹變形的演化過程，與觀測數(shù)據(jù)發(fā)展演化的三個階段相契合（見圖1）。4月8日前異物侵泡潤滑油中開始膨脹變形，后與標(biāo)定裝置滑動塊接觸抑制異物膨脹，4月20日膨脹應(yīng)力大于系統(tǒng)原應(yīng)力時，異物開始膨脹變形（見圖1）。對內(nèi)部異物清除后，經(jīng)穩(wěn)定后觀測數(shù)據(jù)異常變化消失，說明淮北臺伸縮應(yīng)變儀NS分量異常變化與標(biāo)定裝置內(nèi)的異物有關(guān)。

4 結(jié)語

通過對儀器工作狀態(tài)、觀測室環(huán)境、周邊場地環(huán)境等方面開展調(diào)查和分析，認(rèn)為淮北臺2016年4月伸縮應(yīng)變儀NS分量觀測數(shù)據(jù)異常變化是由于儀器標(biāo)定裝置內(nèi)存有的異物而引起的，與地震孕育、區(qū)域構(gòu)造活動無關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬建英，劉學(xué)領(lǐng).天津潘莊井水位突升異常的調(diào)查與分析[J].地震，2013，33（1）：95-99.

[2] 余尚江，成萬里.信陽地震臺DSQ型水管儀異常特征分析[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報，2015，31（4）：60-65.

[3] 高光發(fā)，李永池.海綿橡膠非線性靜動態(tài)力學(xué)特性和本構(gòu)關(guān)系[J].兵器材料科學(xué)與工程，2013，36（3）：20-22.