南平台水管倾斜仪NS向异常调查与分析

龚薇 方传极 刘水莲 梁凯 全建军

摘  要：南平台水管倾斜仪NS分量2016年3月12日-4月5日观测曲线出现了4次下降型阶变。为了确定成因，从缸体漏水、场地境、自然环境和观测系统等4个方面进行了调查和分析，最终确定该异常成因及异常非震兆性质。

关键词：水管倾斜仪;异常调查分析;干扰分析

中图分类号：              文献标识码：A         文章编号：2095-2945（2020）01-0076-04

Abstract： From March 12 to April 5， 2016， the observation curve of NS component of water pipe tiltmeter in Nanping Seismic Station showed four descending order changes. In order to determine the cause of formation， this paper investigated and analyzed from four aspects， such as cylinder leakage， site environment， natural environment and observation system. Finally， the origin and non-seismic nature of the anomaly are determined.

Keywords： water pipe tiltmeter; abnormal investigation; interference analysis

引言

形变观测是地震前兆的重要组成部分，通过较长时间观测资料的积累，能够为地震预测预报提供基础数据，是地震科学和地震预报必不可少的基石与支柱。在地震前兆观测过程中，总会有这样或那样的干扰出现，有的干扰易于分辨;有的干扰需要花费大量的时间进行调查分析;还有的干扰疑似地震前兆异常[1]。地形变观测资料的干扰分析，国内的科研人员做了大量的研究工作，任佳[2]、王梅[3]等从人为因素、仪器本身以及台站周边环境对形变观测的影响进行了分析;张学阳[4]、丁建国[5]、孙伶俐[6]等从温度、气压、降水较多分析了对地形变观测的影响。因此了解、掌握地震前兆观测中各类干扰源的性质和特征是地震工作者的首要任务。

针对南平地震台 DSQ 型水管倾斜仪NS向2016年3月12日-4月5日出现的异常状况，我们根据 《形变学科观测资料异常变化现场核实工作报告编写要求（试行》 准则来进行详细的异常排查分析工作[7]。

1 台站及水管倾斜仪的基本情况

南平地震台（以下简称南平台）位于政和——海丰断裂带中段西侧、邵武——河源大断裂带的北段，座落于水口库区、沙溪口库区、待建溪库区的三向包围之中，位置險要。观测山洞在福建省南平市延平区东坑村山坡上，周围是荒山、农田，无大型工矿企业，周围无干扰，观测环境优越。洞内岩性为绢云母板岩夹透辉石英岩，岩石出露完整，质地比较坚硬。洞口上覆盖山坡坡度约为420C，洞顶覆盖20～40m，洞口海拔184.5m，方位角3350C，总长39.3m。洞内年平均温度为16.5℃左右，年温差小于0.03℃，相对湿度保持在 80%左右。南平台DSQ水管倾斜仪自2004年9月正式运行起，运行状况良好，连续率、运行率、内精度均达到优秀标准（图1）。

2 异常变化简述

南平台水管倾斜仪NS向于2016年3月12日至4月5日在正常日变的背景下出现了4次下降型阶变（图2），最大变化幅度为216.5ms（日变幅一般在30～60ms），下降发生后，数据开始恢复性北倾，曲线呈现V字形，并且NS向数据异常变化具有周期性，大约间隔7天，且N向、S向均下降（图2、表1）。

3 异常成因调查与分析

分析南平台 DSQ 型水管倾斜仪NS向2016年3月12日至4月5日出现了4次下降型阶变状况成因，主要从缸体漏水、场地环境、自然环境和观测系统等方面进行了分析研究。

3.1 缸体漏水排查

发现异常后，值班人员对水管倾斜仪进行了全面检查，并未发现缸体和管道漏水现象。从图3可以清楚地看到：2012年5月24日20：14至6月1日16：25，南平台水管倾斜仪N端缸裂漏水出现数据错误现象（图3）与2016年3月的异常情况明显不同，可以排除水管缸体漏水情况。

3.2 场地环境排查

南平台山洞附近是农地，无明显干扰源。另外南平台2015年9月20日对其山洞进行改造，主要针对仪器房扩建、重力墩建设、洞内墙壁的改造和供电线路更新。为了不影响记录将洞内所有仪器停测，改造好后再恢复观测，因此南平台2015年9月20日-12月19日对水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪等进行停测。恢复观测后，在经过一段不稳定期后，水管倾斜仪NS向恢复正常，进行标定，标定格值与上一次标定的误差为0.6%，而且水管倾斜仪NS向和垂直摆倾斜仪两分向安放于同一山洞内（图4），观测环境相同，它们并无明显异常，排除场地环境的干扰。

3.3 自然环境排查

自然环境的对形变观测的影响，主要表现在气象因素方面。南平台受到的环境干扰有降雨、雷雨等。观测实践表明，降雨、雷电等气象因素对形变观测有一定的影响。

降雨对地倾斜观测的影响主要表现在，雨水渗入洞体岩石裂隙，岩体膨胀，造成地表倾斜或伸缩变化，这些变化会反应在固体潮观测曲线上，降雨影响主要与洞室基岩条件有关，同一测向每次降雨引起的异常形态相似。从图5可以清楚看到，2015年7月22日至24日，受强降雨的影响，水管倾斜仪两分向幅度变化明显，3天变化了NS变化了191.7ms，EW向变化了-210.1ms。

雷电是在积雨云形成的情况下气压发生突变引起，气压有日变化、年变化和非周期变化，气压日变化和年变化相对平缓。气压突变是非周期变化的一种，该变化往往对地震观测仪器造成干扰。南平地区3-9月是雨季，在下雨季节经常会发生雷电现象，2014年9月30日16：52至20：34时雷电并伴随大雨，气压变幅达6.9hPa，造成了水管倾斜仪NS、EW分量观测数据出现畸变，变化幅度分别为4.1ms、4.7ms（图6）。

本次异常表现为水管倾斜仪NS向4次下降型阶变，明显不属于降雨和雷电的影响。因此排除了自然环境的影响。

3.4 观测系统干扰分析

地震前兆观测技术系统就是实现一个或多个测项数据采集和存储、信号传输、供电等功能的各分系统的总和。与其他干扰不同，观测技术系统干扰是仪器自身在运行过程中产生的干扰，因为前兆仪器都是由电子元器件组成，这些元器件在运行过程中可能出现这样那样的故障，加之供电、信号传输不正常，维护人员操作不当，仪器工作状态失稳甚至存在设计缺陷等情况，仪器的观测记录就会受到影响。

发现异常后，值班人员对观测系统进行了全面检查：对水管倾斜仪主机、传感器、通信系统、供电线路、充电机、供电电压、避雷设施等进行了检查，均工作正常。2016年4月5日水管倾斜仪NS向再次出现数据下降现象，4月6日工作人员进洞对水管倾斜仪关闭直流电源2分钟，至此NS向数据下降现象未在发生。经分析发现，水管倾斜仪供电电路分成NS、EW两路，由于NS向供电传输偶尔不正常，造成了NS向数据异常，因而EW向并未出现此类异常。

4 结论

针对南平台水管儀NS向2016年3月观测资料发生的异常变化，从缸体漏水、场地环境、自然环境和观测系统等4个方面进行了调查和分析，初步得出以下结论。

（1）2016年3月12日至4月5日，水管倾斜仪NS向观测曲线出现了4次下降型阶变异常，基本可以排除缸体漏水、场地环境、自然环境的影响。

（2）造成水管仪NS分量异常变化的可能因素有，水管仪NS供电电路不正常。

参考文献：

[1]邱泽华.关于地震前兆的判据问题[J].大地测量与地球动力学，2010，30（增刊II）：1-5.

[2]任佳，王长江，马利军，等.对VS垂直摆倾斜仪异常图像的初步认识[J].华北地震科学，2003，21（1）：43-45.

[3]王梅，李峰，孔向阳，等.数字形变观测干扰识别[J].大地测量与地球动力，2004，24（1）：94-98.

[4]张学阳，郭芝铎，程志升.降雨和温度变化对大黄山水管倾斜仪观测的影响[J].地震，1986（3）：38-43.

[5]丁建国，陆德明，狄梁，等.常熟台倾斜仪降雨干扰定量分析[J].华南地震，2011，31（3）：83-88.

[6]孙伶俐，罗俊秋，龙涛.大气降水对数字化地倾斜观测干扰特征分析[J].大地测量与地球动力学，2010，30（Z1）：105-110.

[7]中国地震局监测预报司.形变学科观测资料异常变化现场核实工作报告编写要求（施行）[R].北京：中国地震局，2013.