臨汾臺垂直擺傾斜儀NS分量異常原因分析★

陳永前 李宏偉

(山西省地震局，山西 太原 030021)

垂直擺傾斜儀是我國自行研制的精密的地球物理觀測儀器，具有足夠高的測量精度和穩(wěn)定性，該儀器的靈敏度為0.001″，能精確測量出地面傾斜的微小變化，是研究固體潮地震前兆的重要手段之一。但該儀器在觀測過程中受不少干擾因素，有的是人為因素引起的，有的是儀器本身因素引起的，還有的是天氣因素等等。因此本文按照中國地震局監(jiān)測司的核實異常要求[1]，對臨汾地震臺垂直擺NS分量從2017年12月21日到31日出現(xiàn)的連續(xù)階躍下降的異常現(xiàn)象進行核實。

1 臺站概況

臨汾臺位于臨汾市堯都區(qū)金殿鎮(zhèn)龍祠村西北1 km的山腳下，距離市區(qū)21 km。臺站占地約9 000 m2，高程550 m，基巖為中奧陶系馬家溝組灰?guī)r，儀器墩與洞體基巖連為一體，山洞主巷道長76.8 m，寬1.6 m，高2.0 m。目前該臺站共有9套儀器在運行，其中鉆孔應(yīng)變儀、石英擺傾斜儀、大地電場儀、FHD磁力儀、垂直擺傾斜儀、低電阻率儀、氣象三要素等7套儀器為“十五”項目建設(shè)新增設(shè)備，這些儀器全部安裝在臨汾龍祠臺[2]。

2 垂直擺NS分量異常變化特征

臨汾垂直擺傾斜儀NS分量在2017年12月8日19：40至9日20：20間出現(xiàn)4次數(shù)據(jù)突跳階變圖像，突跳最大幅度達到23.0 ms，后續(xù)跟蹤分析中發(fā)現(xiàn)自12月21日開始異常突跳頻次顯著增加，類似鋸齒錯動伴畸變，該時段內(nèi)EW向則持續(xù)呈現(xiàn)為東傾變化，無顯著異常(EW向20日～21日因近超量程，進行了兩次調(diào)零處理，造成反向漂移，漂移幅度69.38 ms)，如圖1所示。

3 異常核實現(xiàn)場調(diào)查分析

3.1 觀測環(huán)境干擾情況調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查技術(shù)要求，并結(jié)合臨汾臺的觀測環(huán)境和水文地質(zhì)資料，主要針對山洞周圍的環(huán)境及山洞內(nèi)溫度、濕度等情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在臺站周圍存在采石點和荒山綠化施工場地，如圖2所示。據(jù)了解該采石點早已開始采石作業(yè)，并非近期才開始作業(yè)，然而歷史數(shù)據(jù)沒有記錄到采石影響的情況，故臺站周圍的施工場地與本次異常數(shù)據(jù)變化相關(guān)性不大。

3.2 氣象三要素調(diào)查

在這兩項異常前后觀測區(qū)域內(nèi)及周邊無降雨發(fā)生，因此，本次數(shù)據(jù)異常不受降雨干擾。

從異常前后觀測點的氣壓與垂直擺傾斜儀數(shù)據(jù)曲線看，在12月8日 異常出現(xiàn)前7天氣壓變化相對穩(wěn)定，變幅大致在15 hPa左右，以往也有類似該變化幅度的氣壓變化，這兩項儀器記錄資料無出現(xiàn)過臺階階變異常。同時臨汾臺氣溫觀測資料異常時段內(nèi)溫度變化基本平穩(wěn)，垂直擺屬于洞體形變觀測儀器，臨汾臺山洞溫度基本恒定，洞室年溫度變化幅度小于0.3 ℃，外界溫度變化對洞室觀測儀器的影響不存在，因此認為本次異常與氣壓和氣溫的相關(guān)性均不大，如圖3所示。

4 異常變化原因判定及分析

4.1 震例分析

自2007年數(shù)字化洞體形變觀測以來，臨汾盆地內(nèi)發(fā)生了一次河津ML4.8級地震。本次地震臨汾垂直擺震前2天數(shù)據(jù)曲線固體潮曲線明顯，無趨勢轉(zhuǎn)折變化，與本次數(shù)據(jù)變化形態(tài)不一致[3]，因此從震例分析角度認為本次數(shù)據(jù)變化無法給出地震危險性的指示意義，如圖4所示。

4.2 固體潮振幅比A分析

對垂直擺NS分量的小時值觀測數(shù)據(jù)進行擬合檢驗，并求取觀測值固體潮振幅比A。經(jīng)過計算2017年1月～2017年12月數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)垂直擺NS分量除了近期受儀器干擾外，其他時間段固體潮振幅比A比較穩(wěn)定，如圖5所示。

4.3 零漂一次項系數(shù)K1分析

儀器的漂移特征和場地地基的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在零漂一次項系數(shù)K1上，為了識別地震前兆異常，對臨汾臺垂直擺零漂一次項系數(shù)進行了計算，結(jié)果顯示2017年1月～2017年12月，垂直擺NS的K1值基本穩(wěn)定在0.019 35水平附近，整體波動較小，除近期受儀器干擾波動較大以外，如圖6所示。

5 結(jié)語

綜上所述，認為臨汾臺觀測環(huán)境沒有顯著干擾，氣壓和氣溫情況均穩(wěn)定，臨汾地區(qū)近期沒有降水現(xiàn)象，通過對臺站周圍觀測環(huán)境的調(diào)查和與以往數(shù)據(jù)的對比，認為臺站周圍的采石場地并未對觀測數(shù)據(jù)造成影響，而且氣象三要素不會對山洞觀測環(huán)境造成影響。通過對垂直擺和體應(yīng)變分別更換傳感器，由更換前后數(shù)據(jù)對比可知，數(shù)據(jù)變化是由儀器故障引起。因此認為：臨汾臺垂直擺NS近期頻繁臺階突跳可能是儀器擺體存在故障，屬于儀器故障，不屬于地震前兆異常。