体应变观测干扰分析

李章 李本有 曹志磊 严吉 程文坤 谭笑

摘  要：体应变观测是地壳应力应变状态及其变化规律的重要研究手段。该文整理、分析黄山台体应变历年观测资料发现，体应变日变明显，固体潮清晰，但受自然环境干扰较大，与降雨、水位呈现正相关性;与气压相关系数达0.9以上，同时也受到观测系统稳定性的影响。通过总结干扰因素和对应变化特征，希望给其他体应变观测台站提供参考资料。

关键词：体应变   干扰   相关系数   固体潮

中图分类号：P315                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）07（a）-0057-03

Abstract： Volume strain observation is an important means to study the state and variation law of crustal stress and strain. This paper collates and analyzes the body strain observation data of Huangshan Station over the years. It is found that the daily variation of body strain is obvious and the solid tide is clear， but it is greatly disturbed by the natural environment， which is positively correlated with rainfall and water level; the correlation coefficient with air pressure is more than 0.9. It is also affected by the stability of the observation system. By summarizing the interference factors and corresponding variation characteristics， it is hoped to provide reference data for other volumetric strain observation stations.

Key Words： volume strain; Interference; Correlation coefficient; Earth tide

鉆孔体应变观测是地壳应力应变状态及其变化规律的重要研究手段，是观测地壳应变微小连续变化的重要前兆观测仪器。收集黄山地震台历年的体应变观测资料发现，日常观测主要受到气象因素（降雨、气压、水位等），观测系统（主机故障等）以及其他因素（同机柜干扰）的干扰，严重影响观测数据质量[1-3]。该文通过整理、分析黄山地震台体应变资料，总结干扰因素和对应变化特征，希望给其他体应变观测台站提供参考，同时为地震预报提供一些基础性资料。

1  观测背景及概况

台站地处皖南山区屯溪、休宁盆地，近东西向的休宁断裂和北东向的宁国～绩溪断裂从台址附近通过，台址岩性为砂岩[4]。测点概况见表1。

选取黄山台体应变2015年至2021年04月的观测资料分析，共有体应变以及辅助水温、水位、井气压这4个测向。对各测向进行去除大的阶变和突跳等处理，具体情况见图1。

2  干扰因素分析

2.1 气象因素

气象因素是影响体应变观测的重要因素，主要是降雨、气压和水位。

2.1.1 降雨

因台站地理位置影响，易受到梅雨季节长期阴雨以及夏季短时强降雨的影响。分别表现为：梅雨季节降雨周期长，日降雨量小，体应变和水位出现同步上升趋势;夏季短时强降雨，雨量急剧增加，对大地产生较大负荷效应，体应变和水位快速拉升[5]。

2.1.2 气压

气压是对体应变观测影响的重要因素，不同周期气压变化会给体应变带来不同影响，长周期气压扰动导致体应变随气压持续缓变，短临气压导致体应变随气压快速畸变。根据弹性力学的相关知识，可以简单地从理论上建立出大气压对体应变的影响模型公式：

ε=b?Pa

公式中：ε为钻孔体应变;b为气压影响系数;?Pa为大气压增量。通过计算，二者相关系数达0.9以上。

2.1.3 水位

岩体含水层中孔隙水的饱和度，受自然环境变化影响较大。通过计算发现，水位变化和降雨呈现较高相关性，跟钻孔岩层性质有很大关系，因此水位对体应变和干扰及降雨量干扰表现较为一致[6]。

2.2 观测系统

仪器的连续稳定是地震监测工作的重要保障，然而由于仪器观测年限、线路老化等各种原因，对监测带来不利影响，常见为主机故障及前极板故障。

2.2.1 主机故障

以2019年10月14～19日为例，黄山台体应变主机故障导致无数据。经排查线路、通信网络、供电系统以及仪器内部各模块后，确定为主机故障，具体见图2（a）。

2.2.2 前极板故障

以2020年10月15～18日为例，黄山台体应变超量程故障导致数据超限，产出错误数据，经排线路、通信网络、供电系统以及仪器内部各模块后，确定为前极板故障，更换新的前极板后恢复正常，具体见图2（b）。

2.3 其他因素（同机柜干扰）

由于台站地处皖南山区，观测室内部避雷系统经多次雷击后，绝缘效果有所下降，同机柜地电阻率观测整点测数时，产生感应电流，对体应变观测产生扰动，导致规律性的整点突跳，干扰超1/2日变幅，后经改造后避免再次出现，具体见图3。

3  结语

该文通过对黄山台体应变历年观测资料整理分析，较为全面地总结了体应变观测干扰因素和对应变化特征，有些干扰因素是全国其他台站也存在的，较为普遍的，如气压、降雨干扰等;有些则是具有台站特点的，较为少见的，如同机柜观测干扰等。

（1）黄山台体应变井孔条件较一般，易受到自然环境变化的干扰。由于钻孔为砂岩，地表降雨能快速地通过岩隙往地下渗透，改变水位，导致压力快速变化，因此体应变与降雨、水位呈较好的正相关变化。同理，依据地下岩性特点分析，气压对体应变干扰较为严重，二者呈现较高的相关性。

（2）黄山台观测仪器使用年限较久出现老化等原因，给连续观测带来不利影响，观测系统的稳定性有待提高。

参考文献

[1] 赵小贺，公续升，闫万晓，等.马陵山和相公庄台钻孔体应变观测质量影响因素分析[J].地震工程学报，2018，40（S1）：95-100，152.

[2] 吕琳，杨艳芳，解杨春.鄂东地区洞体应变潮汐观测质量评定及干扰因素剖析[J].大地测量与地球动力学，2019，39（S1）：37-40.

[3] 陆洲.地壳应力应变变化与地球动力学[D].合肥：中国科学技术大学，2020.

[4] 邱泽华.钻孔应变观测理论和应用[M].北京：地震出版社，2017.

[5] 王燚坤，郑海刚，李军辉，等.安徽省钻孔应变典型干扰与地震短临异常特征分析[J].高原地震，2020，32（2）：1-8.

[6] 卢双苓，李惠玲，范晓易，等.体应变观测数据稳定性影响因素[J].地震地磁观测与研究，2018，39（1）：123-128.