广东韶关地震台VS型垂直摆倾斜仪资料质量分析

2014-09-11禹小军

山西地震 2014年2期

李壮，禹小军

(广东省地震局韶关地震台，广东韶关 512000)

1 仪器类型及台址概况

韶关地震台位于广东省北部韶关市北郊皇岗山脚下，山洞岩性为混合花岗岩，背景干扰小，精度高，该山洞仪器房洞深约50米，主巷道设有多道密封门，仪器墩长1.2米，宽为0.9米，墩面平整，洞内年温差≤0.3 ℃，洞顶覆盖较深。VS型数字化垂直摆倾斜仪就安装在此山洞中。通过埋地接线接入办公楼220 V交流市电，数据通过光纤传输到办公楼前兆服务器(见图1)。该仪器自2007年正式验收以来，工作状态良好。

图1 韶关地震台技术系统构成示意图

2 资料完整性分析[1-2]

对韶关地震台VS型垂直摆倾斜仪2008年9月至2013年8月的数据进行统计(见第12页表1)。

由表1可以看出，垂直摆倾斜仪2个分向完整率分别达到99.52%和99.63%，完整率基本达到观测要求。但是缺测个数仍然比较多，具体缺测原因如第12页的表2、图2所示。

表1 垂直摆倾斜仪五年完整率统计

表2 垂直摆倾斜仪五年各种缺数统计

图2 NS向、EW向5年各种缺数所占百分比

由表2、图2可以明显看出，在近5年的倾斜仪缺数中，NS和EW向缺数原因基本相同，主要有标定、调零及人为干扰、仪器故障、电源及线路故障以及超量程和基建影响。有的缺数原因所占比例也比较相近，如标定、仪器故障等。下面将对各种缺数原因进行逐步分析。

2.1 标定造成缺数

根据《数字地震及前兆观测技术规范》的规定，每2个月需对仪器进行标定一次，在实际操作中，每次标定时间约为40分钟，标定期间数据根据《形变台网工作细则》做缺数处理，遇到标定结果不符合要求时，需要进行2次标定，因此，标定做预处理后，对完整率的影响是无法避免的。

2.2 调零及人为干扰和超量程

垂直摆倾斜仪的输出电压是-2 V～+2 V之间，当输出电压超过了这个范围，观测数据就不可用，因此，在日常观测中，要经常关注仪器的输出电压是否在规定范围内，如果超出范围就要尽快做调零处理。通常情况下，当电压值达到-1 700 mV或者+1 700 mV时，就需对仪器进行调零处理。仪器零漂、地震、爆破、连续降雨和大风等都会对仪器产生影响，都可能会出现超量程情况。从表2可以看出，2个分向调零对完整率影响也比较大。因调零时，人需要站在仪器墩旁，就会影响到另外一个分向的数据，会产生突跳和台阶的情况，这时就需要进行缺数处理，因此，人为干扰和调零对完整率的影响要一起统计。

(1) 强降雨影响。

皇岗山位于市区北边，最高峰海拔494.8 m，韶关地震台位于皇岗山东边山脚下，海拔90 m。由于韶关夏季雨量充沛，在连续强降雨的情况下，山体里的水分会产生饱和状态，质量增加，山体受到载荷变化和水文地质环境变化，对仪器产生了一定的影响。由图3和第13页图4可以看出，EW分向就产生了连续向一个方向漂的状态，这时，几乎2～3天就需对仪器进行调零处理(共调零5次)。从5月17日开始，天气晴朗，由于水分的流失和山体的弹性恢复作用，山体载荷恢复到平时的状态，此时倾斜仪也恢复正常固体潮曲线。

图3 韶关地震台2011年5月数据曲线图

(2) 大风干扰。

韶关地震台处于黄岗山脚，皇岗山上种有满山的松树，当出现大风天气时，山体和满山的树木产生了阻挡作用，使得山体载荷产生相应的变化，因此，仪器记录会产生变化。如图5所示，2011年3月15日韶关地震台垂直摆倾斜仪受到大风的干扰。

图4 韶关地震台2011年5月降雨量柱状图

图5 韶关地震台2011年3月15日大风干扰

(3) 地震影响。

震级比较大的地震也会使仪器输出电压超量程，产生无效数据，需要进行调零处理。如图6所示，NS向2011年3月25日00～08时就需做缺数处理。

图6 地震对仪器造成的影响

2.3 仪器故障

由表2可看出，由于仪器故障而造成的缺数，NS向为2 728个，EW向2 300个，分别占到总缺数的22%和24%，可见仪器故障也是影响完整率的主要原因之一。据查询得知，仪器在此统计时段共有2次故障，一是由于标定结果不符合规范要求，2009年2月26日和28日更换标定电路板导致NS向缺数540个和891个，EW向缺数535个和476个；二是2012年10月31日至11月1日，因仪器内部保险丝熔断，导致NS向31日缺数732个和11月1日缺数565个，EW向31日缺数732个和11月1日缺数557个。

2.4 电源和线路故障

韶关地震台垂直摆倾斜仪安装在山洞内部，电缆采用埋地方式，从办公楼引入山洞为仪器提供220 V交流电，办公楼供电采用三级防雷设计，在一定程度上保证了仪器的供电安全。2010年4月11日，在测震摆房内安装UPS电源，同时为测震设备和倾斜仪供电。2013年5月，因技术人员认为对测震仪器有干扰，故将UPS电源移到山洞主巷道中，但2013年7月和8月UPS出现故障，怀疑与山洞潮湿有关。2009年4月，未安装UPS电源前，因市电停电而造成NS向缺数321个，EW向缺数208个；2010年10月8日，山洞保险丝熔断，造成NS向和EW向各缺数133个；2013年7月28日至30日和8月9日，因UPS故障，共导致NS向缺数1 513个，EW向缺数1 491个；2013年8月14和15日，因办公楼配电箱内电缆接头松动，导致NS向和EW向各缺数1 075个。通过表2可以看出，电源对仪器数据完整率的影响非常大，因此，要保证仪器的供电稳定是提高数据完整率的主要措施之一。

2.5 基建影响

随着城市化的快速发展，城市范围在不断地扩大，原本偏僻的地震台站也越来越接近城市的边缘，观测环境也受到越来越多的干扰。如，房地产、工厂、地铁和高铁等。韶关碧桂园处于台站东偏南(见第14页图7)，最近地方离台站仅有500余米，由于开山建房的需要，建筑工地采用大量的炸药来开山，因此，对台站倾斜仪产生非常明显的影响，主要是NS向的突跳和台阶(见第14页图8)，由于是房地产开发，影响不会持续太久。据统计，大概从2013年1月开始，持续了3个月左右，共造成NS向和EW向做预处理缺数1 990个和427个。

图7 开山爆破点与台站的位置关系

图8 韶关碧桂园爆破施工对倾斜仪的干扰

2.6 雷电

雷电对垂直摆倾斜仪造成的影响，一种是雷电发生时，通常气压在短时间内也会发生很快的变化，可能会对倾斜仪记录有一定的影响；另一种情况是雷电造成供电的不稳定，也会对数据有一定的影响。从表2可看出，雷电对倾斜仪的影响比较小，仅占1%左右。

2.7 原因不明

有一些情况无法寻找原因，如数据畸变等，原因待查的，还需多套仪器对比分析，才能确定原因。这方面所占比率也较小，约1%。

3 观测资料稳定性、可靠性分析

为真实反映韶关地震台倾斜仪观测值的稳定性和可靠性，在排除观测资料受干扰部分的基础上，对资料进行以下统计：潮汐因子均方误差和相对噪声水平。其中，潮汐因子均方误差主要体现一年中12个月潮汐因子的波动程度，而相对噪声水平是反应观测资料中非潮汐成分的年稳定性。由表3可看出，NS向绝对误差大部分在0.01～0.04之间，2009年3月更换标定电路板后，有所改善，但仍然没有完全达到要求的小于0.02，相对误差也在0.01～0.06之间，达不到Ⅰ类台标准，但基本也处于比较稳定的状态；EW向的绝对误差和相对误差大部分都小于要求指标0.02，可以达到Ⅰ类台的标准。

表3 韶关地震台垂直摆倾斜仪潮汐参数

表3 (续)

4 同震效应

垂直摆倾斜仪的观测精度非常高，不仅能清晰记录到固体潮汐变化，而且能记录到地震波的变化。根据日常处理情况来看，没有记录到地方震(未发生过ML3以上地震)，能清晰记录到震中距800公里以内M5.5以上地震、震中距2 500公里以内M7.0以上地震及全球M8.0以上的特大地震。其中，省内主要记录河源的地震，一般3.0级以上地震都可以记录到。图9为2013年2月22日广东河源4.8级地震的同震效应，图10为2013年4月20日四川省雅安市芦山县7.0级地震的同震效应。

图9 广东河源4.8级地震同震效应图

5 结语

通过对韶关地震台VS型垂直摆倾斜仪2008年至2013年资料分析研究可知，垂直摆倾斜仪的完整率和精度都比较高，完整率主要受标定、调零及人为干扰、仪器故障、电源及线路故障和基建工程等影响。仪器能记录到清晰的固体潮汐变化，基本能记录到全球大部分地震的地震波，资料连续性、稳定性、可靠性都很高。今后要加强掌握仪器的基本状态，为进一步提高仪器数据完整率和资料的可利用性提供保障。