西安基准地震台VP垂直摆倾斜仪曲线形态分析与讨论＊

2019-08-22刘盼陈冬柏

科技与创新 2019年15期

关键词：标定预处理基准

刘盼，陈冬柏

刘盼，陈冬柏

（陕西省地震局，陕西西安 710068）

通过对西安基准地震台VP型垂直摆倾斜仪多年观测资料的曲线形态变化进行分析和讨论，根据其数据正常变化趋势以及受干扰而出现的异常形态的举例分析，认为VP型垂直摆倾斜仪能够真实反映固体潮的变化，并可以为地震预报工作提供形变资料。

VP型垂直摆倾斜仪；倾斜固体潮；调零；标定

西安地震台形变站根据中国地震局“十三五”项目，2016年增设VP型垂直摆倾斜仪。该仪器以秒采样率工作，每日生成秒值、分钟值和整点值采样数据，能够记录到清晰的固体潮汐与各种信息。多年来垂直摆倾斜仪运行情况好，γ均值中误差、外精度、Mγ加权平均等指标均达到较高水平，为地震监测提供了可信度较高的形变观测资料。

1 观测洞室概况

西安地震台位于陕西省长安县子午镇秦岭北麓，海拔高630 m，台基岩性为前震旦纪片麻状花岗岩。西安基准地震台的VP型垂直摆倾斜仪安放在洞室内。洞室年温差变化小于1.0 ℃，日温差小于0.1 ℃，相对湿度小于90%。台站观测墩均根据仪器的安装要求设计建造。放置安装VP型垂直摆的洞室，洞长35 m，中间有4道水泥密封门和1道塑钢门，用聚乙烯泡沫板做保温罩密封仪器。可以排除环境因素直接对仪器的影响和仪器自身的不稳定等因素，洞顶无高大树木覆盖。西安基准地震台作为前兆观测台，具有良好的观测条件，是一个地震前兆观测和预报研究条件较好的台站。

2 仪器基本状况

2.1 仪器工作原理

VP型垂直摆倾斜仪由柔丝、摆杆和重块三部分组成。垂直摆在没有振动的条件下处于铅垂状态，当发生倾斜变化时，摆平衡位置发生变化，摆和支架之间的相对位置发生变化，电容式位移传感器的动片和定片之间的间距也相应发生变化，通过传感器转换成电信号并加以放大，可将摆的微小位移转换成电信号。通过高精度的测微系统，测量摆的位置变化之后可以清晰记录到倾斜固体潮。

2.2 主要技术参数

VP型垂直摆倾斜仪主要技术参数如下：折合摆长12 cm，摆的质量为400 g，位移传感器精度为0.000 1 μm，电容测微器精度0.000 1 μm，仪器分辨率0.000 1角秒，仪器线性度小于1.0%，仪器日漂移0.005角秒，仪器分辨力为0.001 ard.s，输出信号量程为±2 V，频带宽度为2 s至直流，电源范围AC（220±10%）V 、（50±5%）Hz、 DC（12±10%）V、自振周期为0.6 s。

3 前兆数据文件生成

VP型垂直摆倾斜仪两个方向（EW、NS）以采样间隔为秒记录前兆数据，并每日生成EW、NS向分钟值文件和整点值文件。分钟值：台站代码，手段代码，缩写月、日、年。整点值：台站代码，手段代码，缩写年。

4 正常观测曲线形态

正常情况下，VP型垂直摆倾斜仪EW、NS方向固体潮基本上一日两潮一大一小，记录非常清晰。曲线基本上呈两峰两谷的状态，与正弦波相似，反映潮汐规律，如图1所示。

5 人为干扰变化形态

VP型垂直摆倾斜仪具有高精度的测微系统，在观测当中需要一些检测仪器和调试，因而受调仪器、标定等人为因素的影响。

5.1 摆体调零

在长期观测过程中，机械部分和电路部分均会产生漂移。当仪器配套的数采电压值超过±2.0 V时应及时机械调零，否则会缺记。优化机械设计可以提高仪器的稳定时间。由于仪器测量的绝对范围小、精度高，考虑到观测中长期积累变化造成的测量值偏离线性范围，因此，设计了倾斜仪的调摆机构，将动板调整在零位附近，以保证测量值的线性关系，如图2所示。

5.2 仪器标定

为了检验仪器的稳定性和校核稳定性变化后仪器的测值，需要对倾斜仪的测量进行定期标定。每次标定后与上一次标定的格值进行误差计算。在一定的范围内，如果所标定的格值误差≤5%，说明仪器稳定。

（a）西安地震台（子午）[2]垂直摆倾斜观测北南分量<2221>预处理分值图

（b）西安地震台（子午）[2]垂直摆倾斜观测东西分量<2222>预处理分值图

图1 西安基准地震台VP型垂直摆倾斜仪正常分钟值观测曲线图

（a）西安地震台（子午）[2]垂直摆倾斜观测北南分量<2221>预处理分值图

（b）西安地震台（子午）[2]垂直摆倾斜观测东西分量<2222>预处理分值图

图2 西安基准地震台VP型垂直摆倾斜仪调零观测曲线图

6 自然干扰变化形态

6.1 大风影响

因观测室所处的帽儿山地势较高，周围没有挡风屏障，仪器观测容易受大风的影响。这种影响具有随机性，但不会改变固体潮总体变化形态。干扰影响最显著的特征是固体潮记录曲线出现明显的波动，这是因为风力会使地壳的负载加大，使地壳应力、应变随着风力的强弱呈现出起伏变化，如图3所示。从图3中可以看出，仪器的NS分量波动比较严重，与西南风相对应。

（a）西安地震台（子午）[2]垂直摆倾斜观测北南分量<2221>预处理分值图

（b）西安地震台（子午）[2]垂直摆倾斜观测东西分量<2222>预处理分值图

图3 西安基准地震台大风时垂直摆NS、EW向分钟值图

6.2 暴雨影响

每年7月、8月是本地区降雨频率最高、降雨量最多的时段。大量的雨水对山体的负荷加重，导致记录曲线漂移。

6.3 其他干扰

VP型垂直摆倾斜仪观测中受大雪、气流、温度、停电等因素干扰，其中受停电干扰的情况较多。解决方法主要有仪器系统主机的供电采用UPS供电，这种供电方式可以去除谐波对记录的影响。但使用大功率生活设备时也对仪器造成谐波干扰，导致记录曲线畸变，因此一般采用设备将供电线路和台站生活用电线路分开，避免对仪器的谐波干扰。