西安基準地震臺VP垂直擺傾斜儀曲線形態分析與討論＊

劉盼，陳冬柏

西安基準地震臺VP垂直擺傾斜儀曲線形態分析與討論＊

劉盼，陳冬柏

（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

通過對西安基準地震臺VP型垂直擺傾斜儀多年觀測資料的曲線形態變化進行分析和討論，根據其數據正常變化趨勢以及受干擾而出現的異常形態的舉例分析，認為VP型垂直擺傾斜儀能夠真實反映固體潮的變化，并可以為地震預報工作提供形變資料。

VP型垂直擺傾斜儀；傾斜固體潮；調零；標定

西安地震臺形變站根據中國地震局“十三五”項目，2016年增設VP型垂直擺傾斜儀。該儀器以秒采樣率工作，每日生成秒值、分鐘值和整點值采樣數據，能夠記錄到清晰的固體潮汐與各種信息。多年來垂直擺傾斜儀運行情況好，γ均值中誤差、外精度、Mγ加權平均等指標均達到較高水平，為地震監測提供了可信度較高的形變觀測資料。

1 觀測洞室概況

西安地震臺位于陜西省長安縣子午鎮秦嶺北麓，海拔高630 m，臺基巖性為前震旦紀片麻狀花崗巖。西安基準地震臺的VP型垂直擺傾斜儀安放在洞室內。洞室年溫差變化小于1.0 ℃，日溫差小于0.1 ℃，相對濕度小于90%。臺站觀測墩均根據儀器的安裝要求設計建造。放置安裝VP型垂直擺的洞室，洞長35 m，中間有4道水泥密封門和1道塑鋼門，用聚乙烯泡沫板做保溫罩密封儀器。可以排除環境因素直接對儀器的影響和儀器自身的不穩定等因素，洞頂無高大樹木覆蓋。西安基準地震臺作為前兆觀測臺，具有良好的觀測條件，是一個地震前兆觀測和預報研究條件較好的臺站。

2 儀器基本狀況

2.1 儀器工作原理

VP型垂直擺傾斜儀由柔絲、擺桿和重塊三部分組成。垂直擺在沒有振動的條件下處于鉛垂狀態，當發生傾斜變化時，擺平衡位置發生變化，擺和支架之間的相對位置發生變化，電容式位移傳感器的動片和定片之間的間距也相應發生變化，通過傳感器轉換成電信號并加以放大，可將擺的微小位移轉換成電信號。通過高精度的測微系統，測量擺的位置變化之后可以清晰記錄到傾斜固體潮。

2.2 主要技術參數

VP型垂直擺傾斜儀主要技術參數如下：折合擺長12 cm，擺的質量為400 g，位移傳感器精度為0.000 1 μm，電容測微器精度0.000 1 μm，儀器分辨率0.000 1角秒，儀器線性度小于1.0%，儀器日漂移0.005角秒，儀器分辨力為0.001 ard.s，輸出信號量程為±2 V，頻帶寬度為2 s至直流，電源范圍AC（220±10%）V 、（50±5%）Hz、 DC（12±10%）V、自振周期為0.6 s。

3 前兆數據文件生成

VP型垂直擺傾斜儀兩個方向（EW、NS）以采樣間隔為秒記錄前兆數據，并每日生成EW、NS向分鐘值文件和整點值文件。分鐘值：臺站代碼，手段代碼，縮寫月、日、年。整點值：臺站代碼，手段代碼，縮寫年。

4 正常觀測曲線形態

正常情況下，VP型垂直擺傾斜儀EW、NS方向固體潮基本上一日兩潮一大一小，記錄非常清晰。曲線基本上呈兩峰兩谷的狀態，與正弦波相似，反映潮汐規律，如圖1所示。

5 人為干擾變化形態

VP型垂直擺傾斜儀具有高精度的測微系統，在觀測當中需要一些檢測儀器和調試，因而受調儀器、標定等人為因素的影響。

5.1 擺體調零

在長期觀測過程中，機械部分和電路部分均會產生漂移。當儀器配套的數采電壓值超過±2.0 V時應及時機械調零，否則會缺記。優化機械設計可以提高儀器的穩定時間。由于儀器測量的絕對范圍小、精度高，考慮到觀測中長期積累變化造成的測量值偏離線性范圍，因此，設計了傾斜儀的調擺機構，將動板調整在零位附近，以保證測量值的線性關系，如圖2所示。

5.2 儀器標定

為了檢驗儀器的穩定性和校核穩定性變化后儀器的測值，需要對傾斜儀的測量進行定期標定。每次標定后與上一次標定的格值進行誤差計算。在一定的范圍內，如果所標定的格值誤差≤5%，說明儀器穩定。

（a）西安地震臺（子午）[2]垂直擺傾斜觀測北南分量<2221>預處理分值圖

（b）西安地震臺（子午）[2]垂直擺傾斜觀測東西分量<2222>預處理分值圖

圖1 西安基準地震臺VP型垂直擺傾斜儀正常分鐘值觀測曲線圖

（a）西安地震臺（子午）[2]垂直擺傾斜觀測北南分量<2221>預處理分值圖

（b）西安地震臺（子午）[2]垂直擺傾斜觀測東西分量<2222>預處理分值圖

圖2 西安基準地震臺VP型垂直擺傾斜儀調零觀測曲線圖

6 自然干擾變化形態

6.1 大風影響

因觀測室所處的帽兒山地勢較高，周圍沒有擋風屏障，儀器觀測容易受大風的影響。這種影響具有隨機性，但不會改變固體潮總體變化形態。干擾影響最顯著的特征是固體潮記錄曲線出現明顯的波動，這是因為風力會使地殼的負載加大，使地殼應力、應變隨著風力的強弱呈現出起伏變化，如圖3所示。從圖3中可以看出，儀器的NS分量波動比較嚴重，與西南風相對應。

（a）西安地震臺（子午）[2]垂直擺傾斜觀測北南分量<2221>預處理分值圖

（b）西安地震臺（子午）[2]垂直擺傾斜觀測東西分量<2222>預處理分值圖

圖3 西安基準地震臺大風時垂直擺NS、EW向分鐘值圖

6.2 暴雨影響

每年7月、8月是本地區降雨頻率最高、降雨量最多的時段。大量的雨水對山體的負荷加重，導致記錄曲線漂移。

6.3 其他干擾

VP型垂直擺傾斜儀觀測中受大雪、氣流、溫度、停電等因素干擾，其中受停電干擾的情況較多。解決方法主要有儀器系統主機的供電采用UPS供電，這種供電方式可以去除諧波對記錄的影響。但使用大功率生活設備時也對儀器造成諧波干擾，導致記錄曲線畸變，因此一般采用設備將供電線路和臺站生活用電線路分開，避免對儀器的諧波干擾。

7 結論

通過對西安基準地震臺VP型垂直擺傾斜儀正常觀測曲線形態與各種干擾典型例子分析，初步認識干擾所造成的曲線形態和原因，為在觀測資料分析及預報工作中排除干擾、提取映震信息提供一些經驗。

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［3］張璐，李垚奇，韓曉飛，等.影響DSQ型水管傾斜儀資料的蒸餾水問題研究［J］.科技創新與應用，2017（19）：189-190.

P315.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.019

2095－6835（2019）15－0053－02

劉盼（1987—），男，碩士，工程師，主要從事地震監測方面的研究。

中國地震局“監測、預報、科研三結合”課題（編號：3JH-201901070）；陜西省地震局啟航與創新基金課題（編號：QC201814）

〔編輯：嚴麗琴〕