漳州地震臺VP垂直擺數(shù)據(jù)干擾分析

李杏梅，張凱，顏加進(jìn)

漳州地震臺VP垂直擺數(shù)據(jù)干擾分析

李杏梅，張凱，顏加進(jìn)

（福建省地震局漳州地震臺，福建 漳州 363118）

漳州臺VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀自2016-04安裝以來運(yùn)行穩(wěn)定，觀測數(shù)據(jù)連續(xù)可靠。選取2017-01至今數(shù)據(jù)，從自然環(huán)境、觀測系統(tǒng)、場地環(huán)境、人為干擾、地球物理事件等因素進(jìn)行分類分析，列舉其中的干擾并總結(jié)歸納各種干擾對觀測數(shù)據(jù)造成的影響，為識別干擾異常、提高日常觀測資料質(zhì)量及了解傾斜儀在不同應(yīng)變過程中的異常變化特征提供參考。

垂直擺；數(shù)據(jù)干擾；突發(fā)性災(zāi)害；地震預(yù)測

地震是地殼受力引起破裂的突發(fā)性災(zāi)害事件，它造成的災(zāi)害是毀滅性的。這在當(dāng)前全球城市化進(jìn)程急劇發(fā)展，尤其是中國城市數(shù)量劇增的情況下，更顯出防震減災(zāi)工作的重要性和緊迫性，其中地震前兆觀測尤為重要。在地震前兆觀測中，地震前兆觀測儀器記錄了地球物理量的變化情況。在正常情況下，地球物理量的變化呈現(xiàn)潮汐變化規(guī)律。日月對地球的引力不僅能引起地球表面流體潮汐，還能引起地球固體部分的周期性形變。干擾在地震前兆觀測過程中不可避免，有的干擾易于分辨，有的干擾需要花費(fèi)大量時間進(jìn)行調(diào)查分析，還有的干擾疑似地震前兆異常變化。深入了解并分析各類干擾，對提高地震臺站觀測資料質(zhì)量及地震預(yù)測預(yù)報具有重要意義[1]。其中，形變觀測憑借多年的資料積累，在地震前兆觀測和地震預(yù)測預(yù)報中起著重要作用。

本文通過對漳州地震臺形變觀測儀器VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀干擾因素分類分析，列舉總結(jié)其表現(xiàn)形式和規(guī)律，為臺站日后觀測及時排除干擾及地震預(yù)測預(yù)報提供參考[2]。

1 儀器介紹及臺站概況

VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀由中國地震局地震研究所研制，相比于之前的形變儀器，VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀在采樣率、頻帶寬度方面有了顯著提升，不僅能記錄固體潮，而且記錄到的地震前后信息豐富，記錄到的遠(yuǎn)震幅度比同類儀器大10倍以上，記錄到的近震幅度比同類儀器大20倍以上。VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀系統(tǒng)主要由四部分組成：垂直擺擺系、電源系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。擺系主要由擺體、柔絲和支架組成，運(yùn)用了擺的鉛錘原理，擺在無震動條件下處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，當(dāng)由于振動發(fā)生傾斜變化時，擺的平衡位置發(fā)生變化，擺和支架之間的相對位置發(fā)生變化，位移傳感器的動片和定片之間的間距也相應(yīng)地發(fā)生變化，通過傳感器將這種變化轉(zhuǎn)換成電信號并加以放大，將擺的微小位移轉(zhuǎn)換成電信號[3]。信號處理系統(tǒng)主要由振蕩電路、放大電路、整形電路、同步檢波電路和低通濾波電路構(gòu)成[4]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率為1次/秒。

漳州地處中國東南沿海地震帶，緊鄰全球最活躍的臺灣地震帶，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，多組北西向、北東向斷裂成棋盤狀交錯。漳州地震臺位于漳州轄區(qū)內(nèi)龍海九湖鎮(zhèn)衍后村，隸屬于福建省地震局，臺站附近出露大面積燕山期花崗巖，臺站基巖為花崗閃長巖，海拔高程42.3 m。觀測山洞進(jìn)深100 m，覆蓋層厚度39 m，洞內(nèi)有三道密封艙門，洞內(nèi)年平均氣溫22 ℃，年溫差0.15 ℃[5]。

2 干擾因素分析

漳州臺VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀于2016-04-23完成安裝，目前已積累了部分穩(wěn)定、可靠的觀測數(shù)據(jù)，固體潮變化形態(tài)清晰、正常。收集、整理2017年以來的觀測數(shù)據(jù)為分析研究對象，從中提取由自然環(huán)境、觀測系統(tǒng)、場地環(huán)境、人為干擾、地球物理事件等因素造成的干擾資料進(jìn)行分析。

2.1 正常曲線

在不受其他因素干擾的情況下，漳州臺VP垂直擺正常記錄的固體潮曲線均勻光滑、清晰連續(xù)，日變周期明顯，接近于正、余弦曲線波動，波形呈“2峰2谷”的變化形態(tài)。

2.2 自然環(huán)境

VP垂直擺觀測精度達(dá)到千分之二角秒，在日常觀測中易受大風(fēng)、降雨、氣壓、溫度、雷電等自然環(huán)境影響，很多自然干擾是無法防范避免的。漳州臺位于沿海地區(qū)，VP垂直擺受到的自然環(huán)境干擾主要為氣壓、降雨、臺風(fēng)、雷電等。漳州臺VP垂直擺安放在山洞盡頭的觀測室內(nèi)，距洞口80 m，運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定，氣壓變化緩慢。短時氣壓突變會引起洞內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化，儀器基墩和儀器本體受力改變，產(chǎn)出的數(shù)據(jù)隨之發(fā)生，表現(xiàn)為固體潮曲線短時畸變或波動。

2018-05-23T15：20—17：30，氣壓由1 010.5 hPa突升至1 012.2 hPa，而后在此期間波動，觀測曲線受影響出現(xiàn)小幅畸變。

在遇到強(qiáng)對流天氣強(qiáng)降雨時，土壤含水量迅速增加，引起基巖載荷的改變，對觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，曲線多出現(xiàn)小幅畸變，降雨結(jié)束后，曲線恢復(fù)正常。2018-09-23，受降雨影響，固體潮曲線畸變、突跳，期間降雨量達(dá)74 mm。

每年的夏秋季節(jié)，與中國毗鄰的太平洋上熱帶氣旋活躍，形成臺風(fēng)。臺風(fēng)影響是東南沿海地區(qū)不可避免的干擾。2018年第26號臺風(fēng)“玉兔”于2018-10-22T08：00在西北太平洋洋面上生成，2018-10-22T20：00加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，2018-10-23T08：00加強(qiáng)為臺風(fēng)，2018-10-24T05：00加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)，2018-10-30凌晨在菲律賓呂宋島登陸，而后進(jìn)入南海繼續(xù)向北西方向移動，2018-11-03凌晨減弱為低氣壓。受其外圍云系影響，2018-11-01—11-02，臺站出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)及降雨，垂直擺觀測曲線呈明顯脈動加粗情況，期間臺站氣壓幅度變化大，累計降雨量為59.2 mm。

雷電對儀器的影響也不容忽視，臺站注重防雷，遇有雷雨天氣，及時將觀測儀器的交流供電切換為直流供電，雖能避免雷電對儀器造成嚴(yán)重?fù)p壞，但對觀測數(shù)據(jù)仍有一定影響。據(jù)統(tǒng)計自觀測以來，儀器數(shù)采主機(jī)曾3次因雷擊導(dǎo)致死機(jī)，死機(jī)期間數(shù)據(jù)缺失，重啟后恢復(fù)正常。

2.3 觀測系統(tǒng)

觀測系統(tǒng)干擾包括交直流切換干擾、超量程故障、供電故障、傳感器故障、前置放大器故障、數(shù)采故障等。這些故障有的會導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)短時畸變、缺數(shù)、臺階，有的會導(dǎo)致儀器嚴(yán)重?fù)p壞長時間停測。

交直流切換干擾在切換瞬間，變化明顯。2017-05-13，觀測室空氣開關(guān)故障，交流電自動切換為直流電，切換瞬間曲線出現(xiàn)畸變臺階，最大臺階變化幅度為33 ms。

2018以來東西分量固體潮曲線時常在波峰波谷位置出現(xiàn)毛刺，初步判斷為放大裝置故障，2018-07-13，檢修后更換前置放大元件，期間曲線畸變，最大變化幅度為104 ms，時間長達(dá)239 min。更換后數(shù)據(jù)恢復(fù)正常曲線光滑。

2.4 場地環(huán)境

觀測臺站在選址時，挑選空曠、周邊人煙稀少無外界環(huán)境干擾的位置。隨著社會的發(fā)展，臺站周邊活動逐步增加。觀測山洞山體上方，有一規(guī)模性寺廟建筑，近些年來修建擋土墻、殿堂、停車場等，對臺站儀器造成一定影響。

2018-08-07T08：00—12：00，山上寺廟有大型吊車施工，北南向觀測曲線出現(xiàn)明顯畸變，影響時間長達(dá)317 min。

2.5 人為干擾

人為干擾是造成VP垂直擺傾斜固體潮曲線不正常的重要原因之一，最常見的人為干擾有調(diào)零、標(biāo)定、檢修儀器、參觀宣傳、線路整理等。因工作人員進(jìn)洞有詳細(xì)日志記錄，通常容易識別。

2017-01-06，應(yīng)廠家人員要求對北南向進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過程多次出現(xiàn)脈沖和壞數(shù)。因垂直擺尚未入網(wǎng)，故無標(biāo)定要求，避免了定期標(biāo)定過程中產(chǎn)生的壞數(shù)。

儀器安裝后尚不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)超差情況。2016-04儀器安裝后，至2018-08兩年多時間內(nèi)，兩個方向日漂移量較大，開始時每隔幾天就要調(diào)零，調(diào)零過程中產(chǎn)生臺階及錯誤數(shù)據(jù)。隨著儀器的日益穩(wěn)定，調(diào)零的次數(shù)越來越少。2018-09以來儀器運(yùn)行穩(wěn)定，曲線變化正常，未出現(xiàn)超差情況。

人員進(jìn)洞會引起氣流變化或洞室溫度升高，導(dǎo)致觀測曲線出現(xiàn)擾動等情況。由于人體體溫通常高于洞室溫度，人進(jìn)洞室后，會產(chǎn)生熱擴(kuò)散，隨著進(jìn)洞時間的延長，洞室溫度也逐漸升高，洞室空氣對流加快，造成儀器部件和儀器基墩的不均勻變形。當(dāng)儀器洞室溫度短時間內(nèi)變化過大時，會對觀測數(shù)據(jù)造成一定的影響。引起空氣流動[6]。進(jìn)洞參觀，常規(guī)巡檢等，導(dǎo)致溫度發(fā)生小幅變化，也會產(chǎn)生固體潮畸變，但時間短、幅度小。

2.6 地球物理事件

儀器運(yùn)行以來，記錄到了豐富的地震信息。2017-09-08 T12：49：15，墨西哥沿岸近海（北緯15.05°，西經(jīng)93.90°）發(fā)生了8.2級地震，震源深度20 km，震中距14 464 km，固體潮曲線偏離正常潮波較遠(yuǎn)，有明顯的畸變，變化形態(tài)表現(xiàn)為震蕩，北南分量最大幅值為305 ms，東西分量最大幅值為333 ms，震蕩時間持續(xù)近6 h，這是觀測以來記錄到的最大地震。2018-12-03T06：11：50臺灣海峽（北緯23.35°，東經(jīng)118.59°）發(fā)生3.0級地震，震源深度14 km，震中距157 km，變化形態(tài)表現(xiàn)為震蕩，北南分量最大幅值為10.5 ms，東西分量最大幅值為12 ms，震蕩時間僅80 s。

3 結(jié)論

對各類干擾因素進(jìn)行分析，總結(jié)如下：①自然環(huán)境干擾無法防范，干擾主要表現(xiàn)以固體潮曲線小幅畸變、毛刺為主，與降雨、氣壓等氣象要素變化情況對應(yīng)關(guān)系較好。在突發(fā)惡劣天氣后，應(yīng)及時檢查儀器工作狀態(tài)，能有效避免因雷擊導(dǎo)致死機(jī)造成數(shù)據(jù)缺失，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)與完整。②在觀測系統(tǒng)干擾中，儀器主要受供電影響較大，應(yīng)定期對UPS進(jìn)行充放電，保證儀器連續(xù)不斷正常運(yùn)行。③對場地環(huán)境干擾，臺站大門、圍墻外、觀測上洞上方均安有攝像頭實(shí)時記錄，當(dāng)曲線干擾變化類似環(huán)境干擾時，可調(diào)出相應(yīng)時段視頻進(jìn)行查找。④人為干擾均能提前了解，卻又不可避免，在實(shí)際觀測過程中進(jìn)洞檢查維修儀器、參觀等，盡可能縮短時間，減少工作人員數(shù)量，進(jìn)出山洞時隨手關(guān)門，盡量減少氣流擾動，將影響降到最低。⑤儀器映震能力較好，表現(xiàn)為不同幅度的震蕩。對于全球6.5級以上地震，全國5級以上地震，臺灣4級以上地震，臺灣海峽及臺站周邊3級以上地震，福建鄰省4級以上地震，儀器均能完整記錄。

漳州臺VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀干擾造成的觀測曲線變化具有一定的特征性，在排除干擾后，觀測數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了固體潮的變化。對各類干擾因素的分析，有效縮短了臺站日后排除干擾的時間，提高了日常觀測資料質(zhì)量。

［1］賈昕曄，賈彥杰，白少奇，等.寶昌地震臺VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀干擾因素分析［J］.地震地磁觀測與研究，2018，39（5）：131-135.

［2］楊曉東，張創(chuàng)軍，齊銀峰，等.乾陵地震臺形變觀測干擾分析［J］.地震地磁觀測與研究，2018，39（2）：127-131.

［3］荊紅亮，張仰輝，郭祥云，等.臨汾地震臺VS型垂直擺傾斜儀運(yùn)行資料分析與討論［J］.地震地磁觀測與研究，2006，27（5）：93-98.

［4］馬武剛，盧海燕，胡國慶，等.VP型垂直擺傾斜儀校準(zhǔn)裝置的設(shè)計［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2012，32（4）：152-155.

［5］張凱，方宏芳，張翊寧，等.漳州地震臺SSY型伸縮儀資料干擾因素分析［J］.地震地磁觀測與研究，2013，34（Suppl 2）：156-161.

［6］李惠玲，程冬焱，胡玉良，等.寬頻帶傾斜儀及其觀測干擾因素分析［J］.山西地震，2017（2）：16-21.

P315.63

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.062

2095－6835（2019）20－0138－02

李杏梅（1989—），女，主要從事地震監(jiān)測工作。

〔編輯：張思楠〕