地殼形變測項概論

秦家林

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

地球每年發生構造地震約5百萬次，其中5.0級以上破壞性地震1000次；7.0至8.0級大震17次左右；8.0級以上強震1-2次。地震如同刮風、下雨一樣，屬于大自然的一種客觀現象。萬物生息的地球經常發生大震和強震，給人的生命、財產造成了重大災難和巨大損失。

我國介于環太平洋和喜馬拉雅—地中海兩大地震帶之間，是一個多地震國家，地震活動不僅頻度高、強度大，而且分布廣。1966年邢臺地震后，國務院組織號召全國廣大地學科技工作者，積極投身于地震測報探索研究工作。上世紀七十年代初期，我國地震測報工作，使用熏煙模擬記錄儀器設備；手工量讀原始觀測數據；采用電話、電臺和郵寄傳遞報送觀測數據資料信息的工作狀況。先后經歷了 “八五”期間開展測項“攻關清理”；“九五”實行觀測手段優化改造；“十五和十一五”實施網絡化工程建設。目前，發展形成以測震、地下流體、地殼形變、磁電四大學科測項地震監測臺網，基本實現了數字化觀測、網絡化傳遞報送觀測數據資料信息的工作局面。

1 地殼形變學科觀測手段

傳統經典大地測量工作，是把觀測對象視為靜止不動的觀點采取多余觀測方法，經過平差計算、數據改正獲得測量成果最或然值，確定地面點位相對位置。大地測量目的與作用：建立國家或地區大地控制網進行的精密控制測量，為其它各項工程建設提供基礎起算數據；為地形測圖提供基礎的平面、高程控制；為軍事、航海、航空等用途提供精確的大地坐標、點位距離、方位及地球重力場數據資料；為地學科研提供重要參考依據等。大地測量方法主要內容：三角測量、三邊測量、導線測量、精密水準測量、高精度天文測量、重力測量、衛星大地測量等測量技術和方法稱為大地測量。

選用高精度的大地測量其中一些觀測技術方法，用于大地形變監測工作，如衛星大地測量、精密水準測量、重力測量等作為大地形變測量手段稱為大地形變測量。大地形變測量工作，是把觀測對象視為動態的觀點，選建的定點臺站或場地各自采取連續觀測、定期復測流動作業進行監測工作。大地形變測量目的與作用：分別以定點臺站連續觀測、選定的復測周期監測設置在地面點位相對位置地殼形變信息。根據大地形變測量數據資料，從中獲取得到地殼板塊運動水平伸縮位移、構造斷層垂直升降活動和地球重力場值等時、空、強幾何與物理地殼形變量信息。不斷認識掌握地殼形變的基本形態規律特征現象，深入分析研究形變異常主要原因，預測發展趨勢尋求探索地殼形變異常信息與破壞性地震的對應關系，為地震預報提供科學的判據。

1962年，根據李四光和方俊院士提議，周恩來總理支持首次將大地測量學用于新豐江水庫蓄水變形和誘發地震預測研究。從此，拉開大地形變測量工作序幕。先后投入了測邊、測角、激光測距、基線丈量、衛星大地測量、精密水準測量、流動重力測量等觀測手段，選用高精度測量儀和匹配的精密設備，以人工操作儀器讀取原始觀測數據進行監測工作。

上世紀七十年代初期，各地震臺站先后增設了地傾斜、洞體應變、鉆孔應力-應變、臺站重力等觀測手段。安裝使用具有較高分辨力的儀器，采用模擬連續記錄設備，手工量讀原始觀測數據，分別獲取地傾斜、洞體應變、鉆孔應力-應變、臺站重力的地球固體潮汐形變信息。

綜上表述大地形變測量和地球固體潮汐形變觀測手段，統稱為地殼形變學科測項（簡稱地殼形變測項）。地殼形變觀測手段，如同測震、地下流體等學科觀測手段一樣，先后經歷了“攻關清理”、數字化改造、網絡化工程建設等較大發展階段時期。現今地殼形變監測工作，基本實現了數字化觀測工作局面。主要應用高智能電子技術數采設備，自動化采集原始觀測數據；使用統一軟件程序進行數據處理，利用微機網絡快速便捷傳遞報送數據資料信息等，一些現代先進高新科技的舉措。分布在各地的地殼形變觀測手段，集成了國家級、省級地殼形變監測網絡。

地殼形變測項，匯集大地測量、地球物理、地質等學科的基礎知識，觀測技術方法。引進應用高新技術設備、積極探索新的觀測思路方法與實踐、不斷總結觀測工作中的經驗，漸進日臻完善觀測《規范》與資料質量評比標準，逐步改善觀測條件、普及提高觀測技能、深化改革管理措施辦法等，極大地促進提高觀測資料內在質量和精度。目前，已具有多種觀測手段逐步發展形成地殼形變學科，服務于防震減災事業較前沿交叉新興子學科。地殼形變監測工作，是地震三大前兆其中之一不可或缺的測項，為地震預測探索研究提供可靠的數據資源，是地震預報科學的基石與支柱。

2 地殼形變規律特征

地球在內、外力作用下，產生不同規律特征地殼形變現象。根據地殼形變觀測手段，多年觀測資料獲取得到地殼形變信息表明，例如，探測地殼板塊水平運動伸縮位移、構造斷層升降活動等形變信息，應用高精度GPS觀測、精密水準測量、流動重力測量等資料，分別表現出局部性的、非周期性的特征形變現象；監測地球固體潮汐形變信息，應用地傾斜、洞體應變、鉆孔應力-應變等觀測資料，分別各自呈現出全球整體性的、周期性的規律特征形變現象。

3 觀測方法與原理

3.1 精密水準測量

精密水準測量技術方法，使用高精度S05型系列水準儀和匹配的水準標尺，嚴格遵守執行《大地形變測量規范》規定的操作規程，采取光學測微法讀取原始觀測數據進行往返測量作業。如大面積水準、跨斷層場地水準、室內水準、定點臺站水準測量等觀測手段，監測較大地域范圍或構造斷層局部垂直形變信息。以跨斷層定點臺站水準測量方法為例，光學測微法往返測量操作規程如下：

往測奇數站，照準后視標尺基本分劃（物鏡中楔形絲的中絲）讀取原始觀測數據，調轉儀器照準前視標尺基本分劃讀取原始觀測數據，操作順序為“后前前后”；偶數站操作順序為“前后后前”。返測時觀測順序與往測相反進行即：返測奇數站操作順序為“前后后前”；偶數站操作順序為“后前前后”的測量作業操作規程。

水準測量起算基準面—即大地水準面，地面點高程是該點至大地水準面的垂直距離（海拔高度）。我國大地水準面，目前統一以1985年由青島驗潮站長期觀測取得黃海平均海水面為基準，稱之為1985國家高程系。

根據多期復測水準測量成果資料，得到地殼或構造斷層垂直形變信息，深入分析研究地殼垂直形變異常信息主要原因，判別是否與破壞性構造地震有無因果關系。

3.2 GPS觀測

選用高精度的衛星大地測量技術方法，如GPS、GNSS、VLBI、SLR衛星大地測量、基線丈量、激光測距等觀測手段，監測地殼板塊水平形變信息。以GPS觀測方法為例。

GPS定位系統主要由三大部分構成：空間星座部分、地面控制部分和用戶設備部分組成。

GPS特點與優勢：GPS衛星數量多、分布合理、全球覆蓋，在地球上任何地方、任何時刻都可以同時觀測到4顆以上衛星；GPS觀測應用是電磁波信號，因此基本上不受天氣任何狀況的影響，實現了全天候連續觀測工作；GPS測量只要接收機正常接收衛星信號，地面站點之間無需人為相互通視，減少了測量成本和觀測時間，同時也使勘選點位工作更加靈活和簡便；GPS觀測操作簡捷方便，根據測量精度要求確定觀測時間的長短，流動測量各組可以同步觀測，也可在固定連續觀測站配合下獨立進行“漫游式”觀測工作；利用GPS定位系統，可實時確定載有GPS接收機運動物體的三維位置、運動速度和設定目標進行導航，實時動態差分定位快速準確定位精度可達到厘米量級，目前GPS相對定位的精度，在短距離上為毫米級，長距離 ＞1000km已達到10-8～10-9測量成果精度較高。

（1）GPS觀測系統構成

GPS系統主要由三大部分組成：空間星座部分、地面監控部分和用戶設備部分。

① 空間星座部分

空間共有24顆GPS衛星的星座，其中3顆為備用衛星。這些工作衛星均勻分布全球覆蓋，衛星的運行周期為11h58min（12恒星時）。全球任何地方，同時位于地平線以上衛星可達4～12顆。

GPS衛星功能，裝載在GPS衛星上原子鐘（銫鐘或銣鐘）產生高精度的基準頻標提供精確時間標準?，F有GPS衛星中有兩顆衛星還裝有激光反射鏡，可以兼作人衛激光測距觀測目標。

② 地面監控部分

地面監控部分主要負責監控GPS衛星運行工作狀態，包括跟蹤觀測GPS衛星，

計算編制衛星星歷，控制衛星“健康”狀況，調度和保持衛星正常工作及精確的GPS時間系統，向衛星注入導航電文和控制指令。整個系統是由1個主控站、3個注入站和5個監控站組成。

③ 用戶設備部分

GPS系統中用戶接收設備的核心是GPS接收機，它是由主機、天線、電源和數據處理軟件等組成。其主要功能：接收衛星發播的信號，獲取定位的觀測數據，提取導航電文中的廣播星歷、衛星鐘改正等參數，經過數據處理完成導航定位工作。

GPS定位可劃分為兩種：一種是單點定位，用一臺GPS接收機可以實時確定

接收機的地心坐標位置，目前定位精度為幾米到幾十米；另一種是相對定位，至少用2臺接收機觀測（其中1臺接收機的坐標為已知），利用觀測值組成差值計算坐標，確定待定點位置，目前高精度GPS測量及差分GPS測量都采用這種方法。

GPS接收機基本類型分為導航型和大地型兩類：導航型接收機廣泛用于飛機、船艦、車輛等交通工具的導航和野外人員的定位；大地型接收機主要應用于精密大地測量，其中監測地殼運動要求GPS接收機的精度最高。

（2）GPS定位基本觀測量

GPS定位基本觀測量，是衛星信號在GPS接收機（接收天線相位中心）和GPS衛星（發射天線）之間傳播時間。知道了傳播時間△t和電磁波傳播速度v，就可以得到接收機至衛星的距離ρ。

如ρ＝V△t

（3）GPS定位基本方法

GPS定位方法按參考點的不同，可分為絕對定位和相對定位。絕對定位，即確定觀測點在地球協議坐標系統中的位置，給出所謂測站“絕對坐標”值；相對定位，測定兩觀測站之間的相對位置，給出兩站之間坐標值。

GPS接收機在定位過程中位置狀態，又分為靜態定位和動態定位。靜態定位，在定位過程中儀器位置固定，處于靜止狀態定位方法；動態定位，在定位過程中，儀器處于運動狀態定位方法。

① 絕對定位法

絕對定位也稱單點定位，通常指在地球協議坐標系中，直接確定觀測站位置。

它是利用GPS測定接收機天線至衛星的距離，在已知衛星坐標的情況下，確定接收機天線（即測站）位置。這種定位方法實質上就是經典大地測量中空間距離后方交會。

靜態絕對定位方法主要在大地測量中用于精確測定觀測站三維地心坐標。

② 相對定位法

GPS相對定位，目前是GPS定位中最高精度的一種定位方法，他廣泛用于大地測量、形變監測和精密工程測量。大地形變測量GPS衛星觀測工作，采用靜態相對定位方法。

靜態相對定位法，在一條基線兩端分別安裝一臺GPS接收機，同步觀測相同GPS衛星，以確定兩站的相對坐標差值。綜上所述GPS衛星大地測量基本原理，及其基本觀測方法。

《中國地殼運動觀測網絡》和《中國大陸構造環境監測網絡》（統稱為陸態網絡），陸態網絡觀測運行為地震、氣象、測繪、軍事、科研與教學等單位和部門提供連續可靠數據資源。

3.3 地傾斜觀測

安裝在地震臺站山洞或地下室中（EW、SN或第三分量）具有較高分辨力傾斜儀，如SQ水平擺、VS垂直擺和DSQ水管傾斜儀，并配有數采記錄設備。采集分鐘、整點值原始觀測數據，采用地殼形變數據處理統一軟件程序，繪制了地傾斜固體潮汐形態數據曲線動態信息。

（1）VS垂直擺、SQ水平擺傾斜儀

根據擺的鉛垂原理，當地殼局部傾斜時，擺架同時隨著發生了傾斜，擺還是仍然處于垂直懸掛狀態（即擺仍在鉛垂線方向上）。擺架傾斜的角度為地殼的傾角。如升高水銀杯，脹盒空腔內壓力增大，其上蓋便鼓出一個可以精確測定的微小量Δf，則

式中，ΔH為水銀杯高差的變化；α為比例系數，通稱脹盒常數，它是在實驗室用干涉儀精確測定的。把水平擺式傾斜儀的旁移螺釘V2放在脹盒上蓋的中心，以V1、V3螺釘支撐點為旋轉軸測儀器的傾角ψ為：

式中，S為V2螺釘到以V1、V3螺釘旋轉軸的垂直距離。

（2）DSQ水管傾斜儀

根據連通管內水面保持自然水平原理，當連通管兩端地基出現相對垂直位移時，兩端盛水本體中的水位液面相對發生了變化與地面傾斜成正比。將測得的垂直高差化算成為相應的地傾角Δψ為：

式中，Δh為測得的垂直高差，單位：μm；L為兩端缽體中心距離，單位：m。

目前，地震系統地殼形變傾斜潮汐觀測工作，使用的儀器基本是以擺式和水管式兩種類型的傾斜儀為主。

3.4 洞體應變觀測

伸縮儀是精密測量地殼巖體兩點間水平距離相對變化的儀器，適用于觀測地球固體潮汐水平應變連續變化，為研究地震孕育過程水平應變的變化規律提供數據，同時也為地球彈性研究提供重要參考依據。

SS-Y型伸縮儀基本原理：觀測地殼表面兩點間基線長度的相對變化量。分辨力優于1×10-9。

式中：L為原地殼表面兩點間的距離，稱為基線長L；ΔL為基線的絕對變化量；ε為應變量，即單位長度的相對變化量。根據約定：壓縮為負、伸張為正，即：ε＜ 0時，L壓縮；ε＞ 0時，L伸張。

SS-Y 型伸縮儀以線膨脹系數極小的含鈮特種銦瓦（Nb-Invar）材料作基線棒，將基線兩端其中的一端固定在儀器的墩基上鎖住不動為固定端，延伸方向的基線棒采用懸掛吊絲和框架托起形成一條無阻力的基線；另一端安裝基線棒的傳感器和標定裝置在儀器墩位上稱為自由端。在密封較好的洞體恒溫環境下，視基線棒長度不變，當固定墩與測量墩之間距離發生變化時，探頭與極片之間的間距隨之變化，電渦流位移傳感器將此間距變化轉換為電壓變化，經過前置放大器，由電纜傳輸至主機，通過計算得到應變量的變化。

應變數字化觀測將電量轉換應變量，換算公式為：ε=ην

式中，ε為水平地應變（單位為10-10）；η為數采格值（單位為1/mv）；ν為數采值（單位為 mv）。

目前，地震系統洞體應變觀測使用的儀器基本是以SS-Y伸縮儀為主，替代了SSY-Ⅱ型石英管伸縮儀。

3.5 鉆孔應力-應變觀測

為了觀測地殼應變狀態隨時間的微小連續變化，在鉆孔中裝入專用的應變傳感器進行測量，該傳感器稱為鉆孔應變儀，鉆孔應變儀的井下部分稱為探頭。

鉆孔應變儀大體分為三種類型：

第一類，體積式鉆孔應變儀，根據安裝在鉆孔儀器中腔體的體積變化，獲得巖體體積的相對變化；

第二類，剪應變式鉆孔應變儀，根據安裝在鉆孔儀器中幾個分量元件的組合觀測，得到最大和最小主應變值之差，即巖體最大剪應變狀態的相對變化；

第三類，分量式鉆孔應變儀，根據安裝在鉆孔應變儀器中三個分量以上的元件給出的信息量，獲得巖體最大與最小主應變值以及最大主應變軸的方向。

TJ體積式鉆孔應變儀工作原理：體應變儀是一個長圓形的彈性筒內充滿了硅油（硅油是一種十分穩定的液體），當它受到四周巖石的擠壓或拉伸時，筒內的液體壓力發生改變，通過液壓的增大或縮小，即可得知巖石的應變狀態是壓縮還是拉伸。

（1）井下探頭構成

圓形筒內設置一個隔板，將筒分為上腔室和下腔室。下腔室稱為感受腔內充滿硅油。

上腔室內裝有傳感器及電磁閥門也充有硅油，但在硅油的上方充有氬氣。由于氬氣的存在，上腔的壓力P0基本恒定，但在下腔只要外力使得腔室的體積有微小變化時，由于硅油難以壓縮，硅油的壓力P1即會產生明顯的變化。

（2）差壓傳感器

差壓傳感器，用來接收上腔室與下腔室的壓力之差即P1—P0，但實際上P0基本不變（制作時已將P0設定為一個大氣壓即0.1MPa），所以差壓傳感器所反映的信息，只是下腔室的壓力變化即ΔP1，ΔP1與下腔體積（內容積）V1的相對變化，即體積應變ΔV1／V1成正比。差壓傳感器的電輸出值e與長圓筒的體積應變Δ V1／V1成反比。

（3）電磁閥門

當電磁閥門通電時能夠開啟，使得上腔與下腔溝通，兩腔間的壓力差變為零P1= P0，P0是恒定的標準壓力（一個大氣壓），開啟電磁閥門時可使下腔的油液壓力恢復為原有的標準壓力。

（4）標定采用熱電阻絲

在電隔板的下方有一組很細的電阻絲，浸在下腔室的硅油液中，當地面儀器啟動標定電路時，電阻絲被短暫通電2s，電阻絲發熱并將熱能散布于硅油中，硅油因受熱而“膨脹”。實際下腔室內沒有膨脹的空間，這一膨脹只能轉化為硅油壓力的變化，并由差壓傳感器所接收。

（5）金屬芯柱

在下腔中設有一個金屬芯柱，它有兩種作用：一是可使探頭的靈敏度提高，即同樣的體應變條件下，由于金屬相對硅油而言更不易壓縮，導致硅油產生的壓力變化由于金屬棒存在而加大，金屬棒體積越大ΔP1值越大；二是金屬棒的存在加大了探頭自身的比重，這有利于探頭在下井安裝時能自行沉入孔底的水泥中。

3.6 重力測量

重力測量，測定的是地球內部物質、地面點位重力加速度。重力儀器分為兩類：一類是彈簧重力儀，其精度為微伽（1×10-7ms-2）級。國際上使用較多的是西德的GS型重力儀、加拿大的CG-3型重力儀、美國的LacosteET、G和D型重力儀及中國國產DZW型重力儀；另一類是非彈簧重力儀，其精度優于微伽級，這類儀器為超導重力儀。

目前，我國地震重力測量手段，基本使用彈簧類型重力儀進行監測工作。并分別采取臺站重力、流動重力兩種不同測量方式，前者是在地震臺站安裝了重力儀，采取數采連續記錄原始觀測數據，測定固體地球重力潮汐隨時間變化的信息；后者是在監測區域范圍內選定位置布設重力測量標志，選取確定的復測周期進行流動重力測量作業，測定地面點位重力加速度及其重力場變化信息。為地震預報提供了地球重力場空間、時間和強度變化信息。

彈簧重力儀基本原理：是利用彈性平衡重力，用于制作彈簧重力儀重要關鍵選擇彈簧其彈性必須穩定。假如重力加速度發生變化，彈簧的長度也相應發生變化。由于重力加速度的變化很小，彈簧的相對伸長量也很小，需要一個高精度的測微系統，觀測擺的位置變化。彈簧重力儀是由彈性系統、讀數器和恒溫控制主要三個部分構成，三個部分技術指標決定著重力儀的性能。

4 臺網布局

概述選擇布設地殼形變觀測手段基本要求，布設國家級和省級地殼形變監測臺網，總體規劃布局指導思想基本原則其結構與特點。

4.1 布設勘選建設基本要求

選擇布設地殼形變觀測手段基本要求：首先必須按照我國地震行業國標GB/T19531.3-2004《地震臺站觀測環境技術要求》和地標DB/T7-2003、DB/T8.1～8.3《地震臺站建設規范》等相關各項規定要求，因地制宜開展進行勘選與建設臺址、場地和安裝儀器設備等工作。它是監測工作的前期工程初始開端基礎設施，尤為關鍵重中之重首要環節萬萬不可粗心大意。一定要認真做好其中每項細節工作，否則將給監測工作造成人、財、物等不可估量的損失。

分別以獲取觀測資料得到的地殼形變基本形態特征，資料內在質量精度指標；提取地殼形變異常信息與破壞性地震映震效果，判別地震預報時間、地點、震級三要術成效等，作為考核檢驗勘選與建設臺址、場地和安裝儀器設備等工作質量主要參考依據。

（1）潮汐形變觀測手段：以地傾斜觀測資料為例①調和分析M2波潮幅因子均方差的各分量加權平均值Mr≤0.02；②長周期擬合相對噪聲水平M1≤0.02″；

（2）大地形變測量手段：以跨斷層定點臺站水準為例①每測站往返測高差中數的中誤差M站≤±0.05mm；②每公里往返測高差中數的中誤差M公里≤±0.22mm。重力、應變等觀測資料內在質量精度指標，參見地殼形變觀測資料質量評比標準規定的精度指標為準。

4.2 臺網布局原則

布設在各地區地殼形變觀測手段，構成了國家級和省級地殼形變監測臺網。以國家級臺網為主體、各省級臺網為輔，作為地殼形變監測臺網總體規劃布局指導思想基本原則。

選擇布設地殼形變觀測手段，既要考慮觀測手段臺套數量疏、密程度，并兼顧各自觀測手段相互配合綜合監測作用；先布設地震多發區、重點防御區觀測手段，再逐步增加區域覆蓋和拓展提高整體覆蓋觀測網絡監控效能；根據地震發展趨勢需要，適當加密流動測量復測周期等舉措；引進應用先進科學技術及時進行更新和優化改造觀測設備，逐步改善觀測條件普及提高強化觀測技能，促進加強地殼形變監測臺網，在地震預報中的基石作用。

4.3 臺網結構特點

（1）采用GPS、GNSS等空間觀測技術方法；重力、水準、地傾斜、洞體應變地面觀測手段；鉆孔應力-應變地下深部觀測設備。構建以空間、地面、地下深部逐步形成立體結構監測臺網。

（2）選擇現今地殼運動板塊或活動斷層，并在地震臺站和場地布設觀測手段，分別采取定點連續觀測、選定復測周期進行流動測量，開展局部定點和跨越較大區域范圍實現點、線、面相結合為特點的監測布局。

（3）以數采設備采集分鐘、整點原始觀測數據，計算得到日均值、五日均值等不同時間序列數據資源，分析研究地殼形變信息為地震預報提供服務。

5 觀測管理措施與辦法

地殼形變日常觀測現行管理體制，由中國地震局監測預報司主管負責全國地震監測預報相關事務管理職責，并委托下屬形變學科技術協調組，承擔監測規劃設計，編寫制定觀測規范、資料質量評比標準與辦法，指導答疑觀測技術疑難問題等；省（市）地震局監測預報處分管負責屬地監測預報相關事宜，承上啟下認真組織努力協調充分發揮中樞管理職能作用；地震臺站負責日常觀測質量監控、數據處理與存儲和報送等工作。地殼形變觀測業務工作，由上至下實行三級管理體制。各級管理盡職盡責，確保促進觀測工作和資料質量不斷進取。

建立健全不斷完善觀測管理各項規章制度，深化改革勇敢探索實施科學管理舉措辦法；確保觀測工作順利開展進行、不斷促進提高觀測資料連續率和資料內在質量等必要地目標管理舉措辦法。如加強保護臺址和場地監測設施樹立警示標志，避免臺址和場地周圍發生影響和干擾不利的因素現象，營造必要良好的觀測工作環境；制定日常觀測操作流程制度，觀測崗位實行月份、年度觀測技能、觀測資料質量等量化指標考核辦法；調動和鼓勵觀測人員積極努力敬業奉獻精神，獎勤罰懶等必要地措施辦法。運用規章制度強化管理，是取得成效唯一必要的途徑。

6 測量誤差

任一原始觀測數據，必然包含著這樣或那樣不同成分的測量誤差。例如，在相同觀測條件下，多次往返丈量已知確定的標準距離，其中每次丈量結果總是出現與其真長距離存在不符值的現象（即測量誤差）。這種現象，很難以人們的意思就能夠徹底根除。我們只能根據測量誤差主要來源、規律特征，采取必要的相對技術措施方法進行限制，努力降低和減弱測量誤差的因素，從而提高測量成果資料內在質量精度。

掌握了解測量誤差的來源規律特征，采取必要的技術措施和規定，努力提高測量成果資料內在質量精度，將極大的促進測量工作效率發揮事半功倍的作用。根據測量試驗結果統計征明，測量誤差主要來自以下三個方面：

（1）儀器設備

制作儀器設備的工藝水平、組裝器件精確程度，儀器設備固有的觀測數據精度指標（零漂、噪聲）等誤差；

（2）觀測操作

觀測人員操作的習性、操作技能和視覺等，人為因素造成引起的誤差；

（3）自然氣候

大自然的氣候氣溫、氣壓、降水等因素瞬息萬變，必然導致原始測觀測數據放大和縮小的作用產生了誤差。

上述是測量誤差主要來源的三大因素，測量誤差劃分為系統誤差和偶然誤差兩大種類。

6.1 系統誤差

在相同的條件下作一系列的觀測，如果誤差在大小、正負號上表現出系統性，或者在觀測過程中按一定規律變化著，或者保持恒定，這種誤差就稱為系統誤差。

例如，采用具有某一尺長誤差進行量距時，由尺長誤差引起的距離所測距離的長度成正比地增加，距離愈長所積累的誤差也就愈大；又如經緯儀因校正或整置的不完善致使所測的角度產生誤差等，這些都是由于儀器不完善或工作前未經檢驗校正而產生的系統誤差。再如，采用鋼尺量距時，因測距時的溫度與檢驗鋼尺時的溫度不一致因此導致測距產生誤差 ；測角時因大氣折光的影響而產生的測角誤差等，這些都是由于外界自然氣候條件所引起的系統誤差。

系統誤差將對原始觀測數據影響特別顯著，必須采取有效措施方法予以消除或使其影響盡可能減少。

6.2 偶然誤差

在相同的條件下作一系列觀測，如果誤差在大小和正負號上均呈現出偶然性，即該列誤差的大小和正負號，從表面現象來看沒有什么規律。這種誤差就稱為偶然誤差。

例如，在量距時或作水準測量時估讀毫米數的誤差；在測角時物鏡照準目標時的照準誤差等都是屬于偶然誤差。

深入剖析研究偶然誤差試驗結果證明，偶然誤差服從于一定的概率統計規律。偶然誤差具有四個規律特性如下：

（1）在一定觀測條件下，偶然誤差的絕對值不會超過一定的限值（2m）；

m-為中誤差或σ-標準差；

（2）絕對值較小的誤差比絕對值較大的誤差出現的可能性大；

（3）絕對值相等的正誤差與負誤差出現的可能性相等；

（4）偶然誤差的算術平均值，隨著觀測次數的無限增加而趨向于零。

Δ為偶然觀測誤差；[ ]表示和數。

6.3 衡量精度指標

衡量測量精度是指：相同條件下一組獨立誤差分布的密集與離散的程度，我國統一采用中誤差作為衡量精度的指標。

（1）中誤差

式中X要求的未知量（真值）進行n次觀測，其觀測值為L1,L2, …Ln,相應

的真誤差為Δ1，Δ2，…Δn?，F取各個真誤差之平方的平均值再開方，這個數值就叫做觀測值的中誤差，并用m表示：

（2）極限差

從偶然誤差的第一特性知道：在一定觀測條件下，偶然誤差的絕對值不會超

過一定的限值（兩倍中誤差—2m）。根據較多的測量實踐證明，原始觀測數據一組誤差中絕對值大于兩倍中誤差的偶然誤差出現的可能性為5%。我們就將2m 的中誤差稱之為極限誤差Δ限或稱極限差。

（3）相對誤差

相對中誤差就是中誤差與其觀測值之比：m/N或1/N 是個無名數，用于長度測量評估精度。

6.4 算術平均值

式中[ ]表示和數，令n個觀測值的算術平均值為x

我們就把有限次觀測的算術平均值認為是該量的最可靠數值，或稱為最或然值。

6.5 誤差傳播定律

（1）倍乘

觀測值與一常數的乘積的中誤差，等于觀測值的中誤差乘上該常數：

（2）和或差

兩個獨立觀測值代數和的中誤差平方，等于這兩個獨立觀測值中誤差平方之和：

（3）線性函數

常數與獨立觀測值乘積的代數和的中誤差，等于各常數與相應的獨立觀測值中誤差乘積的平方和：

（4）任意函數

任意函數中誤差之平方，等于該函數按每個觀測值所求的偏導數值與相應觀測值中誤差之乘積的平方和：

7 回顧與展望

早期地殼形變觀測，是以模擬記錄、人工操作量讀原始觀測數據；手工計算各自形變量，如潮汐形變觀測整點值、日均值、五日均值和月均值；大地形變測量測站、測段高差值、往返測段高差日均值及不符值等數據資料；手工繪制相應形變量數據變化各種曲線圖件；使用電話、電臺和郵寄傳遞報送觀測數據資料信息的工作狀況?！熬盼濉睍r期之后，地殼形變測項經過優化改造和網絡化工程建設，現今地殼形變觀測工作，實現了數字化觀測、網絡化傳遞報送觀測數據資料信息的工作局面。

縱觀地殼形變測項和觀測工作發展進程，從單一觀測手段發展到多種觀測手段綜合配套探測地殼形變的技能和方法。從模擬記錄和手工計算等觀測工作狀況，目前跨越式發展實現了數字化觀測網絡化傳送信息工作時期。回顧地殼形變測項和觀測工作發展歷程倍受欣慰和鼓舞。深信地殼形變測項探索研究工作，隨著時間的轉輾將不斷進取和發展，一定能夠為地震預報探索研究做出較大地突出貢獻。展望地殼形變測項發展的未來信心倍至。