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日出現的連續階躍下降的異常現象進行核實。

1 臺站概況

臨汾臺位于臨汾市堯都區金殿鎮龍祠村西北1 km的山腳下，距離市區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巖，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”項目建設新增設備，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4次數據突跳階變圖像，突跳最大幅度達到23.0 ms，后續跟蹤分析中發現自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EW向則持續呈現為東傾變化，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 異常核實現場調查分析

3.1 觀測環境干擾情況調查

根據現場調查技術要求，并結合臨汾臺的觀測環境和水文地質資料，主要針對山洞周圍的環境及山洞內溫度、濕度等情況進行了調查，發現在臺站周圍存在采石點和荒山綠化施工場地，如圖2所示。據了解該采石點早已開始采石作業，并非近期才開始作業，然而歷史數據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據變化相關性不大。

3.2 氣象三要素調查

在這兩項異常前后觀測區域內及周邊無降雨發生，因此，本次數據異常不受降雨干擾。

從異常前后觀測點的氣壓與垂直擺傾斜儀數據曲線看，在12月8日 異常出現前7天氣壓變化相對穩定，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過臺階階變異常。同時臨汾臺氣溫觀測資料異常時段內溫度變化基本平穩，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年數字化洞體形變觀測以來，臨汾盆地內發生了一次河津ML4.8級地震。本次地震臨汾垂直擺震前2天數據曲線固體潮曲線明顯，無趨勢轉折變化，與本次數據變化形態不一致[3]，因此從震例分析角度認為本次數據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據進行擬合檢驗，并求取觀測值固體潮振幅比A。經過計算2017年1月～2017年12月數據，發現垂直擺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比較穩定，如圖5所示。

4.3 零漂一次項系數K1分析

儀器的漂移特征和場地地基的穩定性主要體現在零漂一次項系數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進行了計算，結果顯示2017年1月～2017年12月，垂直擺NS的K1值基本穩定在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 結語

綜上所述，認為臨汾臺觀測環境沒有顯著干擾，氣壓和氣溫情況均穩定，臨汾地區近期沒有降水現象，通過對臺站周圍觀測環境的調查和與以往數據的對比，認為臺站周圍的采石場地并未對觀測數據造成影響，而且氣象三要素不會對山洞觀測環境造成影響。通過對垂直擺和體應變分別更換傳感器，由更換前后數據對比可知，數據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。