会昌台洞体形变观测资料干扰分析

汤兰荣，曾新福

（江西省地震局，江西 南昌 330096）

0 引言

我国的地壳形变连续观测始于1966年邢台地震后，多年来，我国已经积累了不少地壳形变异常的宝贵资料，对地震的预测起到了积极作用。在地震异常识别过程中，干扰因素的识别非常关键，而形变资料受气象、环境、人为干扰、技术系统和地震等多方面因素的综合影响。每个台站的观测环境不同，所以主要影响因素也不一样，这就要求我们必须对观测资料的影响因素进行定性分析和判别［1-3］。“十五”数字化前兆观测台网建成后，江西省会昌台洞体形变测项积累了近11年的观测数据，观测数据质量较好，年变动态清晰，本文将对形变资料的干扰因素进行分析，为前兆异常分析提供帮助。

1 会昌台简介

会昌地震台地处江西南部赣粤闽三省交界区，位于岚山山腰，洞体附近为丘陵地貌，上部主要覆盖第四系粘土及树林灌木，有基岩裸露，植被茂盛。台站具备较好的观测地质条件，台基岩性为花岗岩，台基坚硬，噪声低，窿道总长84 m，年温差＜1.5℃。附近主要构造为河邵断裂带中段、瑞金—会昌—周田环状构造，该台位于与环状构造相交的近东西向小断裂上。台站周围100 km范围内历史上共发生4.7级以上地震8次，最大地震为1806年1月11日会昌6级地震，距离台站35 km。

会昌台目前正常观测的洞体形变仪器有DSQ型水管倾斜仪、VS型垂直摆倾斜仪和SSY型铟瓦棒洞体应变仪各一套，均为“十五”期间安装，2008年开始正式运行，现已积累了11年的资料，自观测以来台站周边200 km范围内未发生过5级以上地震，各测项没有记录到有意义的地震前兆异常。

2 观测资料影响因素分析

会昌台形变不同程度受观测系统、场地环境、自然环境、人为干扰、地球物理事件等因素影响，下面分别对这些干扰因素进行分析。

2.1 观测系统影响

观测系统类干扰包括供电、观测辅助装置、观测仪器自身包含的测量设备、通信与避雷系统等［4］，会昌台的形变观测系统影响一般是靠摆、停电或电源不稳、主机故障、传感器故障、数采故障等。形变观测系统总体较为稳定，停电或电源不稳对资料影响较小，但仪器故障或更换仪器会对观测数据造成短时间的畸变或丢数，有的恢复观测后需要一段时间的恢复期，如水管倾斜东西分量2017年3月28日开始由于E端传感器故障，导致观测数据不正常，4月1日更换探头，4月3日进行调试后恢复观测，但观测数据存在一定漂移，使得年变形态发生改变（图1a）。洞体应变北南分量2012年5月18日—6月2日由于主机故障导致观测数据不正常（图1b）。总的来说，观测系统类的干扰对形变观测影响较大，往往直接导致故障期间的数据无法使用。

图1 会昌台水管东西和洞体应变北南向受观测系统影响图Fig.1 The diagram of water tube tiltmeter EW component and cave strain NS component affected by observation system at Huichang Seismic Station

2.2 场地环境干扰

会昌台洞体环境较好，周围没有大型水库、河流、地下水抽水、农田灌溉等影响，也没有施工作业和车辆震动的干扰。

2.3 自然环境干扰

自然环境影响包括大风、降雨、雷电、气压、温度、湿度、水位等与大自然相关的干扰，其中气压、温度和湿度对资料的影响是持续存在的，而大风、降雨和雷电影响持续时间相对较短，多种因素的叠加影响导致观测数据记录到了除形变以外的多种复杂的信息，排除干扰非常复杂，因此分析每种因素对形变资料的影响程度对异常核实工作很有帮助。

会昌台洞体形变观测条件较好，洞温年变幅＜1.5℃，相对气温有一定滞后。总的来说形变受气压、降雨和水位等因素影响不明显，温度是影响年变的最主要因素。各形变测项与洞温对比分析发现，大部分测项与洞温的变化较为同步，说明形变的年变动态直接受控于洞温，与九江台的情况相同［5］，垂直摆北南、垂直摆东西、水管东西、洞体应变北南等4个分量与洞温呈正相关变化，峰值、谷值时间与洞温大致相同，垂直摆北南分量曲线不够光滑，可能是受洞温的短期波动影响较大有关。水管北南分量由于年变动态欠佳，与洞温的相关性不明显。洞体应变东西分量与洞温不同步，洞体应变东西分量的峰值出现在洞温的下降段，谷值出现在洞温的上升段，出现不同步的原因可能是洞体应变东西分量滞后洞温变化时间较长所致。图2为会昌台各洞体形变测项与洞温的同轴对比曲线。

雷电大风是会昌台每年夏季都会出现且无法避免的干扰，对洞体形变会造成不同程度的影响，雷击严重还可能击坏仪器，造成缺数，对仪器运行率有一定影响。如2009年7月14日—7月31日由于雷电水管北南分量被击坏，造成缺数。2011年8月9日14时30分强雷电导致VS型垂直摆倾斜仪、DSQ倾斜水管仪被击坏全天无数据。相比来看，雷电对垂直摆和水管倾斜仪影响幅度较小，而对洞体应变影响相对较为明显，如2014年9月3日，雷电大风造成洞体应变出现大的突跳（图3）。总的来说雷电对形变资料的影响时间较短，不会对形变总体趋势造成影响。预处理一般进行缺数处理，因此会对数据的完整率造成影响。

图2 会昌台各形变测项与洞温日均值同轴曲线Fig.2 Curves for daily mean values of various deformation observation projects compared with cave temperature at Huichang Seismic Station

图3 2014年9月2—4日洞体应变分钟值曲线Fig.3 The minute value curves of cave strain from Sep.2 to Sep.4 in 2014

2.4 人为干扰

洞体形变仪器放在山洞中进行观测，进洞仪器维修、标定、调零和环境改造都免不了对观测造成干扰，调零造成的台阶可以通过数据预处理来消除影响，仪器检修和标定会造成短时间坏数，不能使用，如2017年3月29日8时43分至9时59分对水管仪检查维修，对换前置盒，造成两个分量的数据不可用（图4），

图4 2017年3月29日水管仪观测分钟值曲线Fig.4 The minute value curves of water-tube tiltmeter on Mar.29，2017

2.5 地球物理事件

会昌台形变记录到的地球物理事件主要是地震的同震和震后效应，部分全球7级以上、全国5级以上地震能记录到同震响应。垂直摆同震响应最明显，其次是水管倾斜仪，最不明显的是洞体应变仪。对于垂直摆，有些地震同震响应表现为台阶变化，有些为振荡形态（图5）。数字化观测以来会昌形变未记录到可靠的地震前兆异常。

图5 会昌台垂直摆、水管仪、洞体应变记录到的同震响应曲线Fig.5 Co-seismic response of vertical pendulum，watertube tiltmeter，cave strain at Huichang Seismic Station

3 资料连续、可靠性分析

评定观测资料的连续率是资料质量控制的主要指标之一［6］，连续率的计算公式为［7］：

自2008年正式投入观测以来，会昌水管仪、洞体应变仪和垂直摆观测都较稳定，洞体应变和垂直摆的年仪器运行率都在99.7%以上，水管仪2009年7月14—31日、2011年8月9日—11日由于雷击损坏仪器，造成缺数，导致连续率偏低，对应的月连续率为41.9%和87.9%，年连续率为94.6%和98.9%。

图6 会昌台水管仪、洞体应变和垂直摆仪器连续率统计图Fig.6 Continuity rate of vertical pendulum，water-tube tiltmeter，cave strain at Huichang Seismic Station

年变形态的好坏也是衡量形变仪器观测质量的重要因素，从图2可以看出，除水管北南分量以外，其它5个分量的年变形态都非常清晰，上述各种干扰对形变测项的年变趋势影响较小，说明仪器稳定性较好，有利于前兆异常的识别。

4 结论与讨论

通过对会昌台洞体形变的观测系统、场地环境、自然环境、人为干扰、地球物理事件等影响因素进行分析，得到以下结论：

（1）会昌台洞体形变观测资料总体观测质量较好，连续率较高，且大部分测项年变清晰，有利于前兆异常的识别。其中雷电击坏仪器导致断记是影响连续率的主要因素。

（2）观测系统类的影响是形变观测中不可避免但比较容易识别的干扰，更换仪器可能对形变的趋势变化造成一定影响。

（3）会昌台洞体形变观测条件较好，周围无明显场地环境干扰，自然环境对洞体形变的影响也不大，对洞体应变的干扰相对其它仪器明显， 与杨红樱等［4］、 曾新福等［5］分析结果相同。雷击容易导致水管仪故障而缺数，温度是决定年变的最主要因素，会昌台绝大多数测项年变动态非常清晰，有利于地震前兆异常的识别。

（4） 为准确排除干扰，更好地提取地震前兆异常，建议：①增加湿度计，分析洞室湿度变化对观测数据的影响，尽可能排除干扰；②当观测曲线趋势改变时，注意洞室温度及气象三要素是否同步变化，综合判定是否为前兆异常。