泾县台SS—Y型伸缩仪干扰因素分析研究

严吉 李章 樊冬 程文坤

摘要：SS-Y型伸缩仪是我国自行研制的适用于观测地壳应变和固体潮水平分量连续变化的仪器，具有精度高，稳定性好特点，在地壳形变观测测量中广泛应用。运行期间，仪器会出现各种故障以及受到来自不同方面干扰因素的影响，本文将通过对各影响因素进一步的分析研究，总结各类异常和干扰相应的表现特点，为日后在数据处理过程中出现同类的异常或干扰时提供处理经验。

关键词：SS-Y型伸缩仪，异常识别，干扰排查

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）5（b）-0000-00

1、引言

伸缩仪是精密测量地壳岩体两点间水平距离相对变化的仪器，适用于观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，为研究地震孕育过程的水平应变的变化规律提供数据，也为地球弹性研究提供重要数据。泾县地震台根据中国地震局“十五”项目的实施方案，于2006年安装了SS-Y型伸缩仪，至今运行十年有余。在仪器运行期间，收到了不同方面的干扰因素的影响，如人为干扰、自然环境干扰、仪器自身故障等因素的影响，表现在数据图像上有数据突跳、台阶、错误数据、曲线的异常持续上升或者持续下降等特点。准确的识别异常、排除干扰不仅是做好日常工作的基础，同时也为仪器运维提供了理论依据。

2、观测环境概况

泾县地震台地处皖南山区的宣城市泾县城关镇桃园村湖山坑，构造处于南陵凹陷南端，附近有江南深断裂和周王断裂通过，小断层发育，台址有大面积石英砂岩出露。形变观测洞室长40米，山洞岩性为志留系石英砂岩，台基为石英砂岩，岩体完整，山洞平均覆盖层约50米，洞内年温度变化±0.7℃ ，日温变幅小于0.03℃，相对湿度小于90%。台站观测墩根据仪器的安装要求设计建造。放置安装SS-Y型伸缩仪的洞室，洞长约40米，中间有4道船舱门和三道塑钢门，用聚乙烯泡沫板和塑料保温薄膜做保温罩密封仪器，可以减少环境因素直接对仪器的影响。

3、仪器工作原理和技术参数

SS-Y型伸缩仪属长条型地震前兆仪器，主要用于洞体应变固体潮及地震前兆地应变监测与研究。由基线、吊线、托架、传感器、前置放大器、主机和IP采集控制器等部分组成，以分钟采样率工作，每日生成分钟值和整点值采样数据。SS-Y型伸缩仪对观测环境的要求比较高，要求周围没有干扰源，洞室密封性要好，测量墩与固定墩之间的基岩要求完整，不能有断层或裂隙。主墩一定要直接接触基岩，且墩面平整光结，主墩和间墩的高度要在同一水平面上。

4、干扰因素排查

4.1人为因素

在仪器运维期间，不可避免的会受到人为因素的干扰，其中最常见的就是仪器调零和进观测山洞检修其他仪器时带来的人为干扰。

4.1.1调零

由于仪器本身的参数问题及敏感性问题，在映震能力较好同时也存在飘移较快、频繁超量程等问题。

该仪器从2014年1月至2016年12月共36个月，EW向累计调零约25次，平均1.4个月就需要进行一次调零操作（SS-Y伸缩仪自安装以来，EW向一直存在漂移过快的问题）。NS向调零次数较少。

4.1.2标定

为了保证仪器的测量精度，按照学科管理的规范要求，按时对仪器进行标定，标定方式为软件自动标定，以相对误差值小于1为合格标定。仪器标定时，往往不能一次性标定成功，标定结果不符合要求需要重新进行标定，所以标定具有重复性。

2016年8月9日至10日，进行多次标定。8月9日第一次标定结果不符合要求，随即对仪器标定装置进行检查。再次标定仍然不符合要求，台站工作人员将标定电机拆开，清洗，重新安装，进过两天的多次标定，最终得到合格的标定结果。标定装置是高精度的装置，平时要定期的进行维护清理，保证正常的运转。

根据形变学科管理规范，标定次日，要依次删除标定产出的错误数据。

4.1.3进洞干扰

泾县台形变学科主要仪器有SSY伸缩仪、DSQ水管倾斜仪和VP垂直摆，三套仪器均布设在山洞中。为了保证仪器的正常连续运转，台站定期进行仪器维护工作，进洞后人为干扰导致数据出现突跳。

各种人为干扰由于形式的不同，对仪器产出数据的影响也不一样，具体表现在从数据的原始和预处理数据对比中就可以比较直观的区别开来。（1）2016年1月24日EW向进行仪器调零的原始数据，从数据绘图中可以看出EW向出现了一个短暂的大台阶，台阶幅度约为13630（ms），由于调零操作时间较短，台阶持续时间一般不超过5分钟。（2）台站工作人员进山洞检修仪器，人为干扰造成仪器产出错误数据。在原始数据上表现为数据密集的大幅度突跳，持续时间较长。（3）仪器标定的原始数据，从数据中可以看出标定出现了一个大台阶并且由于人为进洞导致数据出现较大突跳。由于标定具有重复性，所以一般持续时间少则几个小时，多达数天的连续干扰。从以上分析对比中我们可以明显的区别出各种不同的人为干扰。

4.2自然环境

自然环境包括多个方面，泾县台地处皖南山区，属于亚热带季风气候，主要是收到降雨影响比较大。雨季持续的大量降雨会导致测项数据在短时间内趋势有较大的上升或者下降变化，在降雨停止后一段时间后会有明显的回归。根据中国地震局监测预报司编制的《地震前兆异常落实工作指南》（地震出版社，2000），降雨对洞体形变的干扰是通过雨水对地层的渗透，改变洞体地层含水率和孔隙压力，围岩在水的参与下会出现变形，导致数据出现变化。

我们抽取两个降雨集中时间段，分别是6月25日至29日，可以发现NS向趋势下降，下降幅度约2900（ms）。EW向25日至28日趋势上升，上升幅度约2913 （ms）， 通过台站雨量计记录数据显示24日至28日累计降雨达199.1mm。另一个时间段为7月1日至4日。可以看到NS向趋势下降，下降幅度约2800（ms），EW向1日至4日趋势上升，上升幅度约2700（ms）。根据台站雨量计显示6月30日至7月4日累计降雨达265.0mm。在降雨停止之后，数据曲线很快恢复正常。同时我们也看到在降雨量较小时，仪器数据基本没有收到影响。

4.3仪器故障

前置放大器故障是一个比较常见的故障类型，或者是探头接触不良。 2014年9月30日，泾县台SS-Y伸缩仪北南向突然出现超限台阶，疑似數据超限。随后对仪器进行了调零操作，但操作后仍然无法回归正常。经互换NS、EW两个方向的前置放大器、探头以及多次排查后，发现任然没有恢复正常，判断为前置放大器故障。10月18日重新更换之后恢复正常。

2016年12月6日至9日，EW向出现毛刺干扰较多，后在检修仪器时候，发现探头接口处出现细小水珠，观测墩出现少量挂壁水珠，判断为传感器接口受山洞湿气较大干扰导致。随即对山洞进行防潮处理，重新更换干燥剂，并将传感器重新防潮处理之后，情况好转。

5、结论

台站是地震监测的最一线，拥有各个仪器产出的第一手资料，在数据预处理时，数据图像可以直观的将仪器收到的干扰表现出来，准确的识别出异常、排查出干扰就显得尤为重要。通过对泾县台SS-Y型伸缩仪的运行资料进行分析后，我们可以发现，数据图像上表现出来的各类异常与不同的干扰形式都有着相互紧密的对应关系。根据数据图像表现出来的异常推测出干扰因素，再结合台站观测日志记录，就可以准确的找到数据异常原因，据此解决干扰，维护仪器正常稳定运行。

参考文献

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[2]韩忠民，李承雪，朴杰，等. 延边地震台SS—Y型伸缩仪维护经验，硅谷，2011，18：173；

[3]严尊国，陈俊华. 地震前兆观测异常信号识别的困难与局限性，华南地震，1999，19；