赤峰地震監(jiān)測(cè)中心站形變觀測(cè)干擾的識(shí)別*

于章棣 范東海 劉繼偉 黃瑞濱

內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰地震監(jiān)測(cè)中心站 內(nèi)蒙古 赤峰 024000

1 臺(tái)站觀測(cè)背景

赤峰地震監(jiān)測(cè)中心站位于內(nèi)蒙古赤峰市，是內(nèi)蒙古形變觀測(cè)站之一，赤峰市境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，主要斷裂構(gòu)造有：天山口—八里罕新華夏系斷裂構(gòu)造帶；西拉沐淪東西向斷裂構(gòu)造帶；錦山—開(kāi)原東西向斷裂構(gòu)造帶[1]。

赤峰中心站形變觀測(cè)山洞位于赤峰市紅山區(qū)東北端的紅山腳下，山洞進(jìn)深40m，覆蓋層厚約18m。NS-EW向搌布，臺(tái)墩建在花崗巖上，山洞上方覆蓋的長(zhǎng)英花崗巖體約18m，洞內(nèi)平均溫度12℃左右，相對(duì)濕度≤85%，日溫差±0.05℃，年溫差±1.0℃。山洞與赤峰—錦山斷裂僅有幾公里，屬于天山口-八里罕斷裂帶的一部分，總體走向約北28°～30°東傾向南東，該斷裂形跡以發(fā)育密集的北東向壓性。洞內(nèi)架設(shè)有DSQ型水管傾斜儀和SSY型伸縮儀，兩套儀器已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行16年，觀測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，如表1。

表1 觀測(cè)儀器設(shè)備表

2 干擾因素分析

匯集近10年兩套形變儀器的數(shù)據(jù)，得出觀測(cè)過(guò)程中受到的干擾類(lèi)型及干擾因素，從觀測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境和人為干擾因素進(jìn)行分析，說(shuō)明各類(lèi)干擾特征，以提高干擾識(shí)別正確率、準(zhǔn)確捕捉地震前兆異常。

2.1 觀測(cè)系統(tǒng)

赤峰中心站形變觀測(cè)儀器主要發(fā)生的觀測(cè)系統(tǒng)事件主要包括：供電故障、前置放大器故障和數(shù)采故障，觀測(cè)曲線如圖1。

圖1 伸縮儀觀測(cè)受觀測(cè)系統(tǒng)事件影響后的數(shù)據(jù)變化

2.1.1 供電故障。赤峰中心站日常觀測(cè)中供電故障通常表現(xiàn)為突跳、缺數(shù)和臺(tái)階。如：2018年7月30日—31日，因防雷改造，最大變幅1007（10-10），正常變幅為（10-10），停電期間表現(xiàn)為缺數(shù)，恢復(fù)供電后變化形態(tài)為大幅臺(tái)階。

2.1.2 前置放大器故障。2017年7月30日—8月4日，伸縮儀前置放大器故障，表現(xiàn)形態(tài)為固體潮消失，期間變幅達(dá)9541（10-10），正常日變幅為310（10-10）。

2.1.3 數(shù)采故障。2019年6月20日，伸縮儀數(shù)采故障，表現(xiàn)形態(tài)為間斷性缺數(shù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)出不穩(wěn)定。

觀測(cè)系統(tǒng)類(lèi)事件除不可抗因素外，加強(qiáng)供電線路及備用電源檢修、儀器運(yùn)行檢查、及時(shí)補(bǔ)充備機(jī)備件，基本可以減少此類(lèi)干擾事件的發(fā)生，進(jìn)而保障數(shù)據(jù)連續(xù)性。

2.2 人為干擾

赤峰中心站形變儀器受到人為干擾影響主要包括儀器校準(zhǔn)、調(diào)零及儀器檢修，觀測(cè)曲線如圖2。

圖2 赤峰中心站形變觀測(cè)受人為干擾事件影響后的數(shù)據(jù)變化

2.2.1 儀器校準(zhǔn)。儀器校準(zhǔn)包括標(biāo)定和調(diào)零。依據(jù)形變學(xué)科規(guī)定，形變儀器每年應(yīng)至少進(jìn)行2次標(biāo)定，以保障儀器運(yùn)行穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)產(chǎn)出準(zhǔn)確性。

2.2.2 進(jìn)洞。赤峰中心站山洞內(nèi)有伸縮儀、水管儀和地震計(jì)，進(jìn)洞檢修儀器、添加干燥劑等均會(huì)對(duì)形變觀測(cè)造成干擾。若多人進(jìn)洞可能同時(shí)存在體重負(fù)荷及人體散熱、走動(dòng)引起洞腔靜止空氣流動(dòng)的影響，少量人員進(jìn)入則主要受后者影響[2]。赤峰中心站形變觀測(cè)進(jìn)洞干擾通常表現(xiàn)為：階躍、固體潮畸變。

2.3 環(huán)境干擾

赤峰中心站形變觀測(cè)主要受以下環(huán)境干擾因素影響：強(qiáng)降雨、雷電、氣壓、載荷變化。觀測(cè)曲線如圖3。

圖3 赤峰中心站形變觀測(cè)受自然環(huán)境影響后的數(shù)據(jù)變化

2.3.1 自然環(huán)境。自然環(huán)境干擾包括降雨干擾、氣壓干擾及雷電干擾。通常表現(xiàn)形態(tài)為：階變、固體潮畸變和趨勢(shì)性變化。形變儀器伸縮儀和水管儀與氣壓變化較為同步，基本不存在滯后性。

2.3.2 場(chǎng)地環(huán)境。場(chǎng)地環(huán)境干擾主要為工程運(yùn)行導(dǎo)致的載荷變化，觀測(cè)曲線如圖4。

圖4 赤峰中心站形變觀測(cè)受場(chǎng)地環(huán)境干擾后的數(shù)據(jù)變化

2020年4月08日赤峰中心站形變觀測(cè)山洞外緣山體以東30米處的森林公園進(jìn)行道路施工，施工包括使用挖掘機(jī)對(duì)公園水泥路面進(jìn)行破損、道路輔修和垃圾清運(yùn)工作，施工日均量約為500土方量，施工導(dǎo)致對(duì)應(yīng)力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，發(fā)生載荷變化。施工位置在山洞東面約100米，伸縮儀東西分量數(shù)據(jù)干擾明顯，南北分量數(shù)據(jù)未受明顯影響。SS-Y伸縮儀東西向出現(xiàn)大幅上升階躍，北南方向未受明顯影響，影響期間北南分量最大變化幅度：43.7(10-10)，東西分量最大變化幅度：266.5(10-10)。

赤峰臺(tái)DSQ水管儀2020年6月8日北南向波形出現(xiàn)固體潮畸變情況，東西向無(wú)明顯變化，北南分量最大變化幅度：64.60(ms)，東西分量最大變化幅度：31.95(ms)。經(jīng)查原因?yàn)椋撼喾逯行恼拘巫冇^測(cè)山洞外緣山體以東30米處的森林公園內(nèi)綠化進(jìn)行砍伐、種植、大型車(chē)輛裝載運(yùn)輸?shù)裙こ?，?dǎo)致山體應(yīng)力發(fā)生變化。

3 結(jié)束語(yǔ)

赤峰地震監(jiān)測(cè)中心站兩套形變觀測(cè)儀器主要受到觀測(cè)系統(tǒng)故障、人為干擾事件和環(huán)境干擾（自然環(huán)境和場(chǎng)地環(huán)境）三類(lèi)情況影響，不同干擾因素會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)曲線不同變化形態(tài)，同一干擾因素不同儀器響應(yīng)也不盡相同，如強(qiáng)降雨會(huì)引起 DSQ 水管儀、SS-Y 伸縮儀觀測(cè)曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折突變，人員進(jìn)出山洞會(huì)導(dǎo)致儀器記錄曲線大幅突跳，氣壓變化會(huì)引起地傾斜觀測(cè)儀器記錄曲線加粗、毛刺增多，載荷變化會(huì)引起SS-Y傾斜儀張性變化和數(shù)據(jù)大幅階躍等[3]。干擾提高了形變觀測(cè)中地震前兆識(shí)別的難度，如何降低干擾事件發(fā)生頻次以及如何做好干擾識(shí)別工作意義重大。通過(guò)以上總結(jié)與分析，結(jié)合今后的研究，對(duì)赤峰地震監(jiān)測(cè)中心站形變觀測(cè)干擾影響形成定性和定量認(rèn)識(shí)，可結(jié)合理論模型進(jìn)一步分析，以達(dá)到排除干擾、識(shí)別地震前兆異常的目的。