APP下载

依兰地震台新老洞体应变仪比较研究

2022-08-06高宏巍斯琴塔娜邱凤萍孟祥龙苑年军

科技创新与应用 2022年22期
关键词:依兰山洞气压

高宏巍,斯琴塔娜,邱凤萍,孟祥龙,苑年军

(黑龙江省地震局,黑龙江 哈尔滨 150090)

依兰地震台由于受到哈佳高铁的影响,在依兰县松花江北岸烟筒山林场以南一公里新建观测山洞,重新安装了洞体应变仪,并行观测两年,本文全面梳理和总结新老两套仪器从观测环境、观测资料内在质量、同震效应、降水、气压及主要干扰源等方面的异同点,并分析观测资料质量出现差异的可能原因。

1 依兰地震台区域地震地质概况

依兰地震台北部是小兴安岭余脉,西南部为张广才岭余脉,松花江与牡丹江在依兰县西北角汇合,倭肯河在县城东北角与松花江交会。伊舒断裂带与勃利神树断裂也在依兰县交会,地质结构复杂,是黑龙江省中小地震多发地区。

2 台站观测环境对比

依兰台形变观测老山洞位于依兰县城东南郊,倭肯河流域,海拔约102 m,山洞进深约97 m,洞顶覆盖层厚35~50 m,洞体岩性为黑云母片麻岩(表1)。依兰台形变观测新山洞位于依兰县松花江北岸,巴兰河流域,海拔约120 m,山洞进深约200 m,洞顶被覆厚度约为100 m,洞体岩性为花岗岩(表1)。依兰台新观测山洞总长、密封门数量均比老台少。依兰台新老形变山洞DSQ 仪基线长度不同(表1),其中:老台NS 分量为21.56 m,EW 分量为21.76 m;新台NS 分量为25.45 m,EW 分量为25.50 m。依兰台老山洞走向为相对简单的“┐”型,进深短,抗外界干扰能力较弱;依兰台新山洞走向相对复杂,因为多加了一个斜边,水管仪腔体布设像一个“U”型,NS、EW、NW 分量布设于山洞最里侧,抗外界干扰能力较强。对比可知,依兰台新观测山洞地质和构筑条件全面优于老台站。

表1 依兰地震台新老形变观测山洞概况与SSY 洞体应变仪基线长度对比

3 资料内在质量对比分析

选取2020 年度依兰台新老洞体应变仪观测数据,统计数据连续率、完整率、年变幅及年零漂等指标,对观测数据进行一般性评价,并以相对噪声水平M1 和M2 波潮汐因子相对中误差作为指标,评价观测数据内在质量。观测资料质量评价结果见表2。

表2 依兰台2020 年度新老台站观测资料质量评价结果

由表2 可知:(1)老台因受观测场地和仪器老化情况的共同影响,连续率和完整率均比新台差很多,年变幅和年零漂均比新台少;(2)新、老台洞体应变内在质量的指标中,各个指标参数相差不多,表明新、老台洞体应变观测数据观测质量基本相同。由此可见,新台洞体应变观测质量要比老台好一些。

以相对噪声水平M1 和M2 波潮汐因子相对中误差作为资料内在质量评价指标,2020 年每月新、老洞体应变观测数据,绘制相对噪声水平M1、M2 波潮汐因子相对中误差对比曲线,如图1 所示。因观测山洞地质特性的差异,新、老台相对噪声水平M1、M2 波潮汐因子中误差均值和均方差存在显著差异。

图1 新、老台洞体应变潮汐因子中误差曲线图

4 同震效应对比分析

新、老台洞体应变观测数据均记录到2020 年1 月29日在古巴南部某海域发生M7.7 地震,震源深度10 km,震中距12 070 km(图2)。新台洞体应变北南向最大振幅:182.4×10-8角秒,东西向最大振幅:142.9×10-8角秒,持续时间:50 min;老台洞体应变北南向最大振幅:111.1×10-8角秒,东西向最大振幅:80.7×10-8角秒,持续时间:83 min。可以看出:老台记录的地震波形最大振幅比新台大将近一倍,持续时间基本相同。可能是由于新台台基为花岗岩,老台台基为黑云母片麻岩,花岗岩比黑云母片麻岩造成的弹性形变大的原因造成(图3)。

图2 依兰地震台新、老台洞体应变记录到2020 年1 月29 日在古巴南部某海域发生M7.7 地震

图3 新、老台洞体应变记录到2020 年1 月29 日在古巴南部某海域发生M7.7 地震(同轴曲线对比)

5 气象资料对比分析

地震形变观测资料包含大量气象类因素的干扰信息,如气压、降雨、温度、湿度等干扰,给地震形变观测异常识别带来困难,而洞体应变观测气象干扰因素主要为气温和气压。

新、老台洞体应变观测未受气温变化影响,夏季温度高(图4),冬季温度低(图5),新、老台洞体应变观测数据变化正常,未发现异常现象。

图4 新、老台洞体应变与气温分钟图

图5 新、老台洞体应变与气温分钟图

2020 年5 月31 日21 时-22 时气压出现剧烈波动变化,造成老台洞体应变北南向和东西向观测数据出现固体潮畸变(图6),北南向最大变化幅度61.8×10-8角秒,东西向最大变化幅度51.8×10-8角秒。新台洞体应变数据北南向和东西向未发现异常现象。气象三要素仪器布设在老台,距离新台直线距离约30 km,可能新台周边的气压未发生剧烈波动,因此新台未受到气压干扰影响。

图6 新、老台洞体应变与气压分钟图

2020 年8 月3 日22 时-23 时老台记录到降雨量2.9 mm,导致老台洞体应变北南向和东西向出现固体潮畸变(图7),北南向最大幅度70.4×10-8角秒,东西向最大幅度48.2×10-8角秒。新台洞体应变北南向和东西向观测数据未发现异常现象。此次降雨对老台洞体应变观测数据造成的干扰较大,对新台洞体应变干扰较小。

6 主要干扰源对比分析

2020 年05 月02 日老台洞体应变受东侧3 km 哈佳高铁影响,导致数据出现固体潮畸变,表现为固体潮扰动,北南向最大变化幅度67.9×10-8角秒,东西向最大变化幅度73.4×10-8角秒。哈佳高铁位于新台南侧30 km,未受到哈佳高铁干扰,观测数据记录到良好的固体潮,未发现异常现象(图8)。

图8 新、老台洞体应变受哈佳高铁干扰图

7 结论

前兆地震台站防雷工作是一项长期而且重要的任务,在做好避雷地网以及四级避雷防护的同时,要定期检查防雷系统,做好日常维护工作,做到有问题及时解决,尽量保持仪器系统运行,保证产出的前兆资料真实、连续、可靠。通过对2020 年度依兰地震台新、老洞体应变仪观测数据进行对比分析,得到以下结论。

(1)观测山洞进深大,被覆厚,有助于减少外部环境干扰。

(2)洞体应变装位置应远离洞口,减少人为干扰和仪器故障,有助于提高观测资料的连续率、完整率。

(3)哈佳高铁干扰源对依兰台新、老台址产生的影响存在差异,地处巴兰河流域地区、岩性为花岗岩的新台址,对比地处倭肯河为黑云母片麻岩的老台址,所受影响基本为零。

总之,降水、气压因素在不同的地理、地貌、气候环境下,对伸缩仪观测的影响存在显著差异。观测山洞良好的地质条件是伸缩仪观测的坚实基础,减少仪器故障,避免人为干扰,降低环境影响,提高仪器运维能力,是保证观测资料内在质量、长期稳定性的必要条件。

猜你喜欢

依兰山洞气压
看不见的气压
依兰—伊通断裂带黑龙江段构造运动特征
我绝对绝对不离开山洞
《液压与气压传动》课程教学改革探索
压力容器气压端盖注射模设计
夜山洞
地下暗河
谁投我一票
依兰:一位在中国成就梦想的以色列人
电渗—堆载联合气压劈烈的室内模型试验