西安基準(zhǔn)地震臺(tái)VP垂直擺傾斜儀曲線形態(tài)分析與討論＊

劉盼，陳冬柏

西安基準(zhǔn)地震臺(tái)VP垂直擺傾斜儀曲線形態(tài)分析與討論＊

劉盼，陳冬柏

（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

通過(guò)對(duì)西安基準(zhǔn)地震臺(tái)VP型垂直擺傾斜儀多年觀測(cè)資料的曲線形態(tài)變化進(jìn)行分析和討論，根據(jù)其數(shù)據(jù)正常變化趨勢(shì)以及受干擾而出現(xiàn)的異常形態(tài)的舉例分析，認(rèn)為VP型垂直擺傾斜儀能夠真實(shí)反映固體潮的變化，并可以為地震預(yù)報(bào)工作提供形變資料。

VP型垂直擺傾斜儀；傾斜固體潮；調(diào)零；標(biāo)定

西安地震臺(tái)形變站根據(jù)中國(guó)地震局“十三五”項(xiàng)目，2016年增設(shè)VP型垂直擺傾斜儀。該儀器以秒采樣率工作，每日生成秒值、分鐘值和整點(diǎn)值采樣數(shù)據(jù)，能夠記錄到清晰的固體潮汐與各種信息。多年來(lái)垂直擺傾斜儀運(yùn)行情況好，γ均值中誤差、外精度、Mγ加權(quán)平均等指標(biāo)均達(dá)到較高水平，為地震監(jiān)測(cè)提供了可信度較高的形變觀測(cè)資料。

1 觀測(cè)洞室概況

西安地震臺(tái)位于陜西省長(zhǎng)安縣子午鎮(zhèn)秦嶺北麓，海拔高630 m，臺(tái)基巖性為前震旦紀(jì)片麻狀花崗巖。西安基準(zhǔn)地震臺(tái)的VP型垂直擺傾斜儀安放在洞室內(nèi)。洞室年溫差變化小于1.0 ℃，日溫差小于0.1 ℃，相對(duì)濕度小于90%。臺(tái)站觀測(cè)墩均根據(jù)儀器的安裝要求設(shè)計(jì)建造。放置安裝VP型垂直擺的洞室，洞長(zhǎng)35 m，中間有4道水泥密封門(mén)和1道塑鋼門(mén)，用聚乙烯泡沫板做保溫罩密封儀器?？梢耘懦h(huán)境因素直接對(duì)儀器的影響和儀器自身的不穩(wěn)定等因素，洞頂無(wú)高大樹(shù)木覆蓋。西安基準(zhǔn)地震臺(tái)作為前兆觀測(cè)臺(tái)，具有良好的觀測(cè)條件，是一個(gè)地震前兆觀測(cè)和預(yù)報(bào)研究條件較好的臺(tái)站。

2 儀器基本狀況

2.1 儀器工作原理

VP型垂直擺傾斜儀由柔絲、擺桿和重塊三部分組成。垂直擺在沒(méi)有振動(dòng)的條件下處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，當(dāng)發(fā)生傾斜變化時(shí)，擺平衡位置發(fā)生變化，擺和支架之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，電容式位移傳感器的動(dòng)片和定片之間的間距也相應(yīng)發(fā)生變化，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并加以放大，可將擺的微小位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。通過(guò)高精度的測(cè)微系統(tǒng)，測(cè)量擺的位置變化之后可以清晰記錄到傾斜固體潮。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

VP型垂直擺傾斜儀主要技術(shù)參數(shù)如下：折合擺長(zhǎng)12 cm，擺的質(zhì)量為400 g，位移傳感器精度為0.000 1 μm，電容測(cè)微器精度0.000 1 μm，儀器分辨率0.000 1角秒，儀器線性度小于1.0%，儀器日漂移0.005角秒，儀器分辨力為0.001 ard.s，輸出信號(hào)量程為±2 V，頻帶寬度為2 s至直流，電源范圍AC（220±10%）V 、（50±5%）Hz、 DC（12±10%）V、自振周期為0.6 s。

3 前兆數(shù)據(jù)文件生成

VP型垂直擺傾斜儀兩個(gè)方向（EW、NS）以采樣間隔為秒記錄前兆數(shù)據(jù)，并每日生成EW、NS向分鐘值文件和整點(diǎn)值文件。分鐘值：臺(tái)站代碼，手段代碼，縮寫(xiě)月、日、年。整點(diǎn)值：臺(tái)站代碼，手段代碼，縮寫(xiě)年。

4 正常觀測(cè)曲線形態(tài)

正常情況下，VP型垂直擺傾斜儀EW、NS方向固體潮基本上一日兩潮一大一小，記錄非常清晰。曲線基本上呈兩峰兩谷的狀態(tài)，與正弦波相似，反映潮汐規(guī)律，如圖1所示。

5 人為干擾變化形態(tài)

VP型垂直擺傾斜儀具有高精度的測(cè)微系統(tǒng)，在觀測(cè)當(dāng)中需要一些檢測(cè)儀器和調(diào)試，因而受調(diào)儀器、標(biāo)定等人為因素的影響。

5.1 擺體調(diào)零

在長(zhǎng)期觀測(cè)過(guò)程中，機(jī)械部分和電路部分均會(huì)產(chǎn)生漂移。當(dāng)儀器配套的數(shù)采電壓值超過(guò)±2.0 V時(shí)應(yīng)及時(shí)機(jī)械調(diào)零，否則會(huì)缺記。優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)可以提高儀器的穩(wěn)定時(shí)間。由于儀器測(cè)量的絕對(duì)范圍小、精度高，考慮到觀測(cè)中長(zhǎng)期積累變化造成的測(cè)量值偏離線性范圍，因此，設(shè)計(jì)了傾斜儀的調(diào)擺機(jī)構(gòu)，將動(dòng)板調(diào)整在零位附近，以保證測(cè)量值的線性關(guān)系，如圖2所示。

5.2 儀器標(biāo)定

為了檢驗(yàn)儀器的穩(wěn)定性和校核穩(wěn)定性變化后儀器的測(cè)值，需要對(duì)傾斜儀的測(cè)量進(jìn)行定期標(biāo)定。每次標(biāo)定后與上一次標(biāo)定的格值進(jìn)行誤差計(jì)算。在一定的范圍內(nèi)，如果所標(biāo)定的格值誤差≤5%，說(shuō)明儀器穩(wěn)定。

（a）西安地震臺(tái)（子午）[2]垂直擺傾斜觀測(cè)北南分量<2221>預(yù)處理分值圖

（b）西安地震臺(tái)（子午）[2]垂直擺傾斜觀測(cè)東西分量<2222>預(yù)處理分值圖

圖1 西安基準(zhǔn)地震臺(tái)VP型垂直擺傾斜儀正常分鐘值觀測(cè)曲線圖

（a）西安地震臺(tái)（子午）[2]垂直擺傾斜觀測(cè)北南分量<2221>預(yù)處理分值圖

（b）西安地震臺(tái)（子午）[2]垂直擺傾斜觀測(cè)東西分量<2222>預(yù)處理分值圖

圖2 西安基準(zhǔn)地震臺(tái)VP型垂直擺傾斜儀調(diào)零觀測(cè)曲線圖

6 自然干擾變化形態(tài)

6.1 大風(fēng)影響

因觀測(cè)室所處的帽兒山地勢(shì)較高，周圍沒(méi)有擋風(fēng)屏障，儀器觀測(cè)容易受大風(fēng)的影響。這種影響具有隨機(jī)性，但不會(huì)改變固體潮總體變化形態(tài)。干擾影響最顯著的特征是固體潮記錄曲線出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，這是因?yàn)轱L(fēng)力會(huì)使地殼的負(fù)載加大，使地殼應(yīng)力、應(yīng)變隨著風(fēng)力的強(qiáng)弱呈現(xiàn)出起伏變化，如圖3所示。從圖3中可以看出，儀器的NS分量波動(dòng)比較嚴(yán)重，與西南風(fēng)相對(duì)應(yīng)。

（a）西安地震臺(tái)（子午）[2]垂直擺傾斜觀測(cè)北南分量<2221>預(yù)處理分值圖

（b）西安地震臺(tái)（子午）[2]垂直擺傾斜觀測(cè)東西分量<2222>預(yù)處理分值圖

圖3 西安基準(zhǔn)地震臺(tái)大風(fēng)時(shí)垂直擺NS、EW向分鐘值圖

6.2 暴雨影響

每年7月、8月是本地區(qū)降雨頻率最高、降雨量最多的時(shí)段。大量的雨水對(duì)山體的負(fù)荷加重，導(dǎo)致記錄曲線漂移。

6.3 其他干擾

VP型垂直擺傾斜儀觀測(cè)中受大雪、氣流、溫度、停電等因素干擾，其中受停電干擾的情況較多。解決方法主要有儀器系統(tǒng)主機(jī)的供電采用UPS供電，這種供電方式可以去除諧波對(duì)記錄的影響。但使用大功率生活設(shè)備時(shí)也對(duì)儀器造成諧波干擾，導(dǎo)致記錄曲線畸變，因此一般采用設(shè)備將供電線路和臺(tái)站生活用電線路分開(kāi)，避免對(duì)儀器的諧波干擾。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)西安基準(zhǔn)地震臺(tái)VP型垂直擺傾斜儀正常觀測(cè)曲線形態(tài)與各種干擾典型例子分析，初步認(rèn)識(shí)干擾所造成的曲線形態(tài)和原因，為在觀測(cè)資料分析及預(yù)報(bào)工作中排除干擾、提取映震信息提供一些經(jīng)驗(yàn)。

［1］王曰風(fēng)，張秀萍，王銳峰，等.懷來(lái)地震臺(tái)線應(yīng)變觀測(cè)中的干擾及消除方法［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2007（2）：80-83.

［2］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地殼形變數(shù)字觀測(cè)技術(shù)［M］.北京：地震出版社，2003.

［3］張璐，李垚奇，韓曉飛，等.影響DSQ型水管傾斜儀資料的蒸餾水問(wèn)題研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（19）：189-190.

P315.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.019

2095－6835（2019）15－0053－02

劉盼（1987—），男，碩士，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)方面的研究。

中國(guó)地震局“監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、科研三結(jié)合”課題（編號(hào)：3JH-201901070）；陜西省地震局啟航與創(chuàng)新基金課題（編號(hào)：QC201814）

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕