廣東韶關地震臺VS型垂直擺傾斜儀資料質量分析

李 壯，禹小軍

(廣東省地震局韶關地震臺，廣東 韶關 512000)

1 儀器類型及臺址概況

韶關地震臺位于廣東省北部韶關市北郊皇崗山腳下，山洞巖性為混合花崗巖，背景干擾小，精度高，該山洞儀器房洞深約50米，主巷道設有多道密封門，儀器墩長1.2米，寬為0.9米，墩面平整，洞內年溫差≤0.3 ℃，洞頂覆蓋較深。VS型數字化垂直擺傾斜儀就安裝在此山洞中。通過埋地接線接入辦公樓220 V交流市電，數據通過光纖傳輸到辦公樓前兆服務器(見圖1)。該儀器自2007年正式驗收以來，工作狀態良好。

圖1 韶關地震臺技術系統構成示意圖

2 資料完整性分析[1-2]

對韶關地震臺VS型垂直擺傾斜儀2008年9月至2013年8月的數據進行統計(見第12頁表1)。

由表1可以看出，垂直擺傾斜儀2個分向完整率分別達到99.52%和99.63%，完整率基本達到觀測要求。但是缺測個數仍然比較多，具體缺測原因如第12頁的表2、圖2所示。

表1 垂直擺傾斜儀五年完整率統計

表2 垂直擺傾斜儀五年各種缺數統計

圖2 NS向、EW向5年各種缺數所占百分比

由表2、圖2可以明顯看出，在近5年的傾斜儀缺數中，NS和EW向缺數原因基本相同，主要有標定、調零及人為干擾、儀器故障、電源及線路故障以及超量程和基建影響。有的缺數原因所占比例也比較相近，如標定、儀器故障等。下面將對各種缺數原因進行逐步分析。

2.1 標定造成缺數

根據《數字地震及前兆觀測技術規范》的規定，每2個月需對儀器進行標定一次，在實際操作中，每次標定時間約為40分鐘，標定期間數據根據《形變臺網工作細則》做缺數處理，遇到標定結果不符合要求時，需要進行2次標定，因此，標定做預處理后，對完整率的影響是無法避免的。

2.2 調零及人為干擾和超量程

垂直擺傾斜儀的輸出電壓是-2 V～+2 V之間，當輸出電壓超過了這個范圍，觀測數據就不可用，因此，在日常觀測中，要經常關注儀器的輸出電壓是否在規定范圍內，如果超出范圍就要盡快做調零處理。通常情況下，當電壓值達到-1 700 mV或者+1 700 mV時，就需對儀器進行調零處理。儀器零漂、地震、爆破、連續降雨和大風等都會對儀器產生影響，都可能會出現超量程情況。從表2可以看出，2個分向調零對完整率影響也比較大。因調零時，人需要站在儀器墩旁，就會影響到另外一個分向的數據，會產生突跳和臺階的情況，這時就需要進行缺數處理，因此，人為干擾和調零對完整率的影響要一起統計。

(1) 強降雨影響。

皇崗山位于市區北邊，最高峰海拔494.8 m，韶關地震臺位于皇崗山東邊山腳下，海拔90 m。由于韶關夏季雨量充沛，在連續強降雨的情況下，山體里的水分會產生飽和狀態，質量增加，山體受到載荷變化和水文地質環境變化，對儀器產生了一定的影響。由圖3和第13頁圖4可以看出，EW分向就產生了連續向一個方向漂的狀態，這時，幾乎2～3天就需對儀器進行調零處理(共調零5次)。從5月17日開始，天氣晴朗，由于水分的流失和山體的彈性恢復作用，山體載荷恢復到平時的狀態，此時傾斜儀也恢復正常固體潮曲線。

圖3 韶關地震臺2011年5月數據曲線圖

(2) 大風干擾。

韶關地震臺處于黃崗山腳，皇崗山上種有滿山的松樹，當出現大風天氣時，山體和滿山的樹木產生了阻擋作用，使得山體載荷產生相應的變化，因此，儀器記錄會產生變化。如圖5所示，2011年3月15日韶關地震臺垂直擺傾斜儀受到大風的干擾。

圖4 韶關地震臺2011年5月降雨量柱狀圖

圖5 韶關地震臺2011年3月15日大風干擾

(3) 地震影響。

震級比較大的地震也會使儀器輸出電壓超量程，產生無效數據，需要進行調零處理。如圖6所示，NS向2011年3月25日00～08時就需做缺數處理。

圖6 地震對儀器造成的影響

2.3 儀器故障

由表2可看出，由于儀器故障而造成的缺數，NS向為2 728個，EW向2 300個，分別占到總缺數的22%和24%，可見儀器故障也是影響完整率的主要原因之一。據查詢得知，儀器在此統計時段共有2次故障，一是由于標定結果不符合規范要求，2009年2月26日和28日更換標定電路板導致NS向缺數540個和891個，EW向缺數535個和476個；二是2012年10月31日至11月1日，因儀器內部保險絲熔斷，導致NS向31日缺數732個和11月1日缺數565個，EW向31日缺數732個和11月1日缺數557個。

2.4 電源和線路故障

韶關地震臺垂直擺傾斜儀安裝在山洞內部，電纜采用埋地方式，從辦公樓引入山洞為儀器提供220 V交流電，辦公樓供電采用三級防雷設計，在一定程度上保證了儀器的供電安全。2010年4月11日，在測震擺房內安裝UPS電源，同時為測震設備和傾斜儀供電。2013年5月，因技術人員認為對測震儀器有干擾，故將UPS電源移到山洞主巷道中，但2013年7月和8月UPS出現故障，懷疑與山洞潮濕有關。2009年4月，未安裝UPS電源前，因市電停電而造成NS向缺數321個，EW向缺數208個；2010年10月8日，山洞保險絲熔斷，造成NS向和EW向各缺數133個；2013年7月28日至30日和8月9日，因UPS故障，共導致NS向缺數1 513個，EW向缺數1 491個；2013年8月14和15日，因辦公樓配電箱內電纜接頭松動，導致NS向和EW向各缺數1 075個。通過表2可以看出，電源對儀器數據完整率的影響非常大，因此，要保證儀器的供電穩定是提高數據完整率的主要措施之一。

2.5 基建影響

隨著城市化的快速發展，城市范圍在不斷地擴大，原本偏僻的地震臺站也越來越接近城市的邊緣，觀測環境也受到越來越多的干擾。如，房地產、工廠、地鐵和高鐵等。韶關碧桂園處于臺站東偏南(見第14頁圖7)，最近地方離臺站僅有500余米，由于開山建房的需要，建筑工地采用大量的炸藥來開山，因此，對臺站傾斜儀產生非常明顯的影響，主要是NS向的突跳和臺階(見第14頁圖8)，由于是房地產開發，影響不會持續太久。據統計，大概從2013年1月開始，持續了3個月左右，共造成NS向和EW向做預處理缺數1 990個和427個。

圖7 開山爆破點與臺站的位置關系

圖8 韶關碧桂園爆破施工對傾斜儀的干擾

2.6 雷電

雷電對垂直擺傾斜儀造成的影響，一種是雷電發生時，通常氣壓在短時間內也會發生很快的變化，可能會對傾斜儀記錄有一定的影響；另一種情況是雷電造成供電的不穩定，也會對數據有一定的影響。從表2可看出，雷電對傾斜儀的影響比較小，僅占1%左右。

2.7 原因不明

有一些情況無法尋找原因，如數據畸變等，原因待查的，還需多套儀器對比分析，才能確定原因。這方面所占比率也較小，約1%。

3 觀測資料穩定性、可靠性分析

為真實反映韶關地震臺傾斜儀觀測值的穩定性和可靠性，在排除觀測資料受干擾部分的基礎上，對資料進行以下統計：潮汐因子均方誤差和相對噪聲水平。其中，潮汐因子均方誤差主要體現一年中12個月潮汐因子的波動程度，而相對噪聲水平是反應觀測資料中非潮汐成分的年穩定性。由表3可看出，NS向絕對誤差大部分在0.01～0.04之間，2009年3月更換標定電路板后，有所改善，但仍然沒有完全達到要求的小于0.02，相對誤差也在0.01～0.06之間，達不到Ⅰ類臺標準，但基本也處于比較穩定的狀態；EW向的絕對誤差和相對誤差大部分都小于要求指標0.02，可以達到Ⅰ類臺的標準。

表3 韶關地震臺垂直擺傾斜儀潮汐參數

表3 (續)

表3 (續)

4 同震效應

垂直擺傾斜儀的觀測精度非常高，不僅能清晰記錄到固體潮汐變化，而且能記錄到地震波的變化。根據日常處理情況來看，沒有記錄到地方震(未發生過ML3以上地震)，能清晰記錄到震中距800公里以內M5.5以上地震、震中距2 500公里以內M7.0以上地震及全球M8.0以上的特大地震。其中，省內主要記錄河源的地震，一般3.0級以上地震都可以記錄到。圖9為2013年2月22日廣東河源4.8級地震的同震效應，圖10為2013年4月20日四川省雅安市蘆山縣7.0級地震的同震效應。

圖9 廣東河源4.8級地震同震效應圖

5 結語

通過對韶關地震臺VS型垂直擺傾斜儀2008年至2013年資料分析研究可知，垂直擺傾斜儀的完整率和精度都比較高，完整率主要受標定、調零及人為干擾、儀器故障、電源及線路故障和基建工程等影響。儀器能記錄到清晰的固體潮汐變化，基本能記錄到全球大部分地震的地震波，資料連續性、穩定性、可靠性都很高。今后要加強掌握儀器的基本狀態，為進一步提高儀器數據完整率和資料的可利用性提供保障。

圖10 四川雅安蘆山縣7.0級地震同震效應圖

參考文獻：

[1] 劉其壽，楊佩琴，鄭建生，等.龍巖臺VS型垂直擺傾斜儀標定異常問題分析[J].華南地震，2012，32(1)：49-53.

[2] 熊先保，林立峰，楊 婕.水管傾斜儀與擺式傾斜儀抗干擾能力分析[J].華南地震，2013，33(2)：34-40.