山西定襄地震台SSQ-2I水平摆倾斜仪试记期间资料分析与故障排除

郭　宇，高午原，刘俊芳，高文玉，刘金柱，宫静芝

(1.山西省地震局定襄地震台，山西　定襄　035403；2.山西省地震局昔阳地震台，山西　昔阳　045300；

3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西　太原　030025)

山西定襄地震台SSQ-2I水平摆倾斜仪试记期间资料分析与故障排除

郭宇1，3，高午原1，3，刘俊芳1，3，高文玉1，3，刘金柱1，3，宫静芝2，3

(1.山西省地震局定襄地震台，山西定襄035403；2.山西省地震局昔阳地震台，山西昔阳045300；

3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西太原030025)

摘要：介绍了定襄地震台新安装数字化水平摆倾斜仪(SSQ-2I)在试记期间发生的故障及排除方法。并对该仪器观测资料进行了认真分析，对如何识别刮风、气压、雷电、人为等干扰因素总结经验，提高了资料预处理水平。

关键词：水平摆倾斜仪；干扰；试记

0引言

地震乃断层的快速错动或是岩体的突然破裂，是一种以力学运动为主体的自然现象。实践表明，用地壳形变观测结果来描述地壳的形变及其演化过程，对研究现今的地壳运动规律和提取与地震有关的前兆信息是有效的。由于地壳的非均匀性，当其在地球内力与外力作用下不断运动时，必然会在某些地区引起较大幅度的地形变，在一定条件下导致地壳的突然破裂即大地震的发生。地壳形变是地震发生过程中最直接的伴随现象①山西省地震局.山西省地震台站全员培训教材，2010：282.。然而，形变观测之水平摆倾斜仪的观测资料除反映大地形变外，还伴随着许多其他干扰。因此，正确识别干扰因素，进行资料预处理，提取真正反映大地形变的观测资料，乃提高地震预报水平的有效途径之一。同时，保证仪器的正常运行，是获取连续、准确、可靠观测资料的基础。

1定襄地震台地倾斜观测基本情况

定襄地震台(以下简称定襄台)地处定襄县城的东南，距县城9 km的南王乡茶房口村。观测山洞设在忻定盆地南侧系舟山北坡出露的寒武系上部凤山组深灰色致密块状灰岩及竹叶状灰岩上，观测室顶部地形对称，坡体植被良好，避开风口，远离山洪汇流处。台站周围无大的河流、水库、注水干扰等。山洞洞深46 m，洞顶覆盖厚度43 m。

2012年，定襄台完成了山洞的改造工程，洞室温度年温差≤0.3 ℃，相对湿度≤85%。SSQ-2I数字化石英摆倾斜仪安装于2012年8月底，是山洞改造后的一套新数字化仪器，同年12月1日进入试运行阶段。

2试记资料分析

2.1　定襄台SSQ-2I水平摆倾斜仪观测资料动态分析[1]

SSQ-2I水平摆倾斜仪安装后，经过10 d左右的稳定，观测资料固体潮明显。试记初20天(9月10日至30日)，记录数据稳定，大潮、小潮分明。NS向北倾178.32 ms，EW向西倾64.9 ms。

分别选取2013年1月1日至5月21日数据和8月8日至12月31日数据进行分析(5月22日至8月7日雷击仪器，故障，未产出数据)。2013年1月1日至5月21日，水平摆NS分量先向北倾而后转南倾，倾斜量315.7 ms；EW分量倾向东，倾斜量457.85 ms(见第14页图1)。8月10日至12月31日，NS分量倾向北，倾斜量1 091.88 ms；EW分量先倾向东，后转向西，倾斜量433.84 ms。8月10日至22日，零漂较为严重，原因为8月7日更换传感器，重新安装修好的主机后，数据有一个稳定的过程。稳定之后，水平摆零漂较小(见第14页图2)。

2.2　主要干扰情况

SSQ-2I水平摆倾斜仪经过1年多的试记，发现影响观测数据质量的干扰类型主要有人为干扰、气象变化等。

(1) 人为干扰。人员进入非隔离洞室，人体散热使室内温度升高，人员走动引起洞室内静止空气对流，气流扰动对记录曲线造成干扰[2]。如，2013年9月23日18:38至20:28，为减小空气对流引起的记录曲线毛刺干扰，工作人员进洞，在摆体外加泡沫保温板，造成干扰(见图3)。

图1　定襄台SSQ-2I日均值曲线图Fig.1　Daily mean value of SSQ-2I at Dingxiang Station

图2　定襄台2013年8月8日至12月31日SSQ-2I日均值曲线图Fig.2　Daily mean value of SSQ-2I at Dingxiang Station from Aug.8th to Dec. 31st, 2013

(2) 电源干扰。SSQ-2I水平摆倾斜仪4月14日18:25停电后ups供电，由于交直流电转换造成数据突跳(见图4)。

(3) 气象因素干扰。

① 气压干扰。

8月28日，水平摆记录曲线出现明显抖动现象，记录曲线与气压波动同步，是受气压影响所致。一般情况下，NS分量干扰更为明显(见第15页图5)。

② 风雨雷电干扰。

图3　定襄台水平摆2013年9月23日分钟值曲线图Fig.3　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Sep. 23rd, 2013

图4　定襄台水平摆2013年4月14日分钟值曲线图Fig.4　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Apr. 14th, 2013

大风对倾斜固体潮的影响主要是由于洞室内空气振荡，引起气流扰动，在数据上则表现出上下波动的特点[2]。5月3日，水平摆倾斜仪记录曲线明显波动，毛刺较多，受大风干扰所致(见第15页图6)。

雷电对固体潮的影响主要表现为曲线畸变。2013年9月12日，打雷对水平摆观测数据造成明显干扰，水平摆在15:23至22:55出现台阶、波动型的固体潮曲线畸变(见第15页图7)。

此外，在1年多的试记期间，对国内外中强远震有很好的记录。第15页图8是记录到的2013年4月6日12:42印度尼西亚(南纬3.5°，东经138.5°)7.0级地震，震源深度70 km。

图5　定襄台水平摆2013年8月28日与气压对比观测曲线图Fig.5　Impact of air pressure on data of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Aug. 28th, 2013

图6　定襄台水平摆2013年5月3日分钟值曲线图Fig.6　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on May 3rd, 2013

3出现的问题与解决措施

3.1　掉格现象

2012年12月3日开始，数字水平摆倾斜仪NS向出现掉格现象(见图9)，起初认为可能是仪器安装初期出现的吸摆现象，但对仪器进行标定后，格值并未超限。之后，又进行了调零操作，掉格现象仍然存在。

截止2013年3月5日，NS向掉格现象自动消失，可能是仪器安装初期电涡流传感器探头与摆锤之间一个调节适应的过程。

3.2　无法登录网页

2013年5月22日，水平摆倾斜仪被雷击坏，经厂家冯海英老师来台维修、更换传感器后恢复正常观测。但同时出现无法登录仪器网页(可以ping通，数据采集正常)的问题。于是，运用新疆地震局王新刚撰写的《SQ-70D石英水平摆倾斜仪的日常维护及常见故障排除》一文中介绍的dos命令[3]的方式进行登录，仍然无法进入网页。之后，更换仪器网口线，并在仪器内工控机CPU上加了一个小风扇，问题得以解决。

图7　定襄台水平摆2013年9月12日分钟值曲线图Fig.7　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Sep. 12th, 2013

图8　定襄台水平摆2013年4月6日分钟值曲线图Fig.8　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Apr. 6th, 2013

图9　定襄台水平摆NS分量分钟值曲线图Fig.9　Minute point value of NS component of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station

3.3　记录波形毛刺大，抖动严重

定襄台水平摆倾斜仪自安装以来NS向一直有较大干扰，记录曲线大幅抖动，毛刺现象严重(见图10)。9月23日、25日在摆体外加泡沫塑料，以防止外界气流进入，并在摆房外(山洞过道)加了一道用泡沫塑料做的门，减小摆房内气流流动。一星期后，NS向干扰明显减小(见图11)。

图10　定襄台水平摆倾斜仪9月18日分钟值曲线图(加泡沫塑料前)Fig.10　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Sep. 18th, 2013(before foam protection added)

4结语

简单介绍定襄台数字化水平摆倾斜仪(SSQ-2I)安装概况，对安装1年多以来的资料进行简要分析，总结试运行过程中仪器出现的问题及排除方法，得出如下结论：

(1) 在日常观测中，定襄台水平摆倾斜仪观测主要受刮风、气压、雷电、仪器调修和人为等因素影响。

图11　定襄台水平摆倾斜仪10月4日分钟值曲线图(加泡沫塑料后)Fig.11　Minute point value of horizontal pendulum tiltmeter at Dingxiang Station on Oct. 4th, 2013(after foam protection added)

这些干扰因素有时会叠加在一起，导致记录曲线形态复杂。正确识别各类干扰因素，提高预处理水平，从而获取真实信息，对提取地震前兆信息有很大帮助。

(2) 要获得连续、准确、完整的观测资料，仪器正常运行是前提。定襄台水平摆倾斜仪试运行期间故障产生的原因多种多样，要及时明确原因，找到排除方法。另外，观测人员还应做好日常维护，定期进行巡检。

在编写过程中，得到高虎来台长的大力指导与帮助，在此深表感谢！

参考文献：

[1]宋志英，吕永清，王振江，等.山西昔阳地震台SSQ-2I数字化石英摆倾斜仪精度及观测图像特征分析[J].山西地震，2013(1)：27.

[2]沈晓松.太原台水管倾斜仪观测资料分析[J].地震监测，2012(3)：28-29.

[3]王新刚，王绍然.SQ-70D石英水平摆倾斜仪的日常维护及常见故障排除[J].山西地震，2013(2)：35-36.

Analysis of Data of Horizontal Pendulum Tiltmeter(SSQ-2I) at Dingxiang Seismological Station, Shanxi, and Troubleshooting during Its Test Observation

GUO Yu1,3, GAO Wu-yuan1,3, LIU Jun-fang1,3, GAO Wen-yu1,3, LIU Jin-zhu1,3, GONG Jing-zhi2,3

(1.Dingxiang Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Dingxiang, Shanxi 035403, China;2.Xiyang Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Xiyang, Shanxi 045300, China;3.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

Abstract:Troubles and troubleshooting method of digital horizontal pendulum tiltmeter (SSQ-2I) newly installed at Dingxiang Seismological Station are introduced. The recorded data is analyzed carefully to aim at how to identify the wind, air pressure, lightning, man-made interference factors, for improving the data preprocessing.

Key words:Horizontal pendulum tiltmeter; Interference; Test record

作者简介：第一郭宇(1990—)，女，山西省定襄人。2012年毕业于忻州师范学院，助理工程师。

收稿日期：2014-10-20

中图分类号：P315.63

文献标志码：A

文章编号：1000-6265(2015)01-0013-04