南平臺(tái)水管傾斜儀NS向異常調(diào)查與分析

龔薇 方傳極 劉水蓮 梁凱 全建軍

摘 ?要：南平臺(tái)水管傾斜儀NS分量2016年3月12日-4月5日觀測(cè)曲線出現(xiàn)了4次下降型階變。為了確定成因，從缸體漏水、場(chǎng)地境、自然環(huán)境和觀測(cè)系統(tǒng)等4個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查和分析，最終確定該異常成因及異常非震兆性質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水管傾斜儀;異常調(diào)查分析;干擾分析

中圖分類號(hào)： ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）01-0076-04

Abstract： From March 12 to April 5， 2016， the observation curve of NS component of water pipe tiltmeter in Nanping Seismic Station showed four descending order changes. In order to determine the cause of formation， this paper investigated and analyzed from four aspects， such as cylinder leakage， site environment， natural environment and observation system. Finally， the origin and non-seismic nature of the anomaly are determined.

Keywords： water pipe tiltmeter; abnormal investigation; interference analysis

引言

形變觀測(cè)是地震前兆的重要組成部分，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)資料的積累，能夠?yàn)榈卣痤A(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是地震科學(xué)和地震預(yù)報(bào)必不可少的基石與支柱。在地震前兆觀測(cè)過(guò)程中，總會(huì)有這樣或那樣的干擾出現(xiàn)，有的干擾易于分辨;有的干擾需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行調(diào)查分析;還有的干擾疑似地震前兆異常[1]。地形變觀測(cè)資料的干擾分析，國(guó)內(nèi)的科研人員做了大量的研究工作，任佳[2]、王梅[3]等從人為因素、儀器本身以及臺(tái)站周邊環(huán)境對(duì)形變觀測(cè)的影響進(jìn)行了分析;張學(xué)陽(yáng)[4]、丁建國(guó)[5]、孫伶俐[6]等從溫度、氣壓、降水較多分析了對(duì)地形變觀測(cè)的影響。因此了解、掌握地震前兆觀測(cè)中各類干擾源的性質(zhì)和特征是地震工作者的首要任務(wù)。

針對(duì)南平地震臺(tái) DSQ 型水管傾斜儀NS向2016年3月12日-4月5日出現(xiàn)的異常狀況，我們根據(jù) 《形變學(xué)科觀測(cè)資料異常變化現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)工作報(bào)告編寫要求（試行》 準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的異常排查分析工作[7]。

1 臺(tái)站及水管傾斜儀的基本情況

南平地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱南平臺(tái)）位于政和——海豐斷裂帶中段西側(cè)、邵武——河源大斷裂帶的北段，座落于水口庫(kù)區(qū)、沙溪口庫(kù)區(qū)、待建溪庫(kù)區(qū)的三向包圍之中，位置險(xiǎn)要。觀測(cè)山洞在福建省南平市延平區(qū)東坑村山坡上，周圍是荒山、農(nóng)田，無(wú)大型工礦企業(yè)，周圍無(wú)干擾，觀測(cè)環(huán)境優(yōu)越。洞內(nèi)巖性為絹云母板巖夾透輝石英巖，巖石出露完整，質(zhì)地比較堅(jiān)硬。洞口上覆蓋山坡坡度約為420C，洞頂覆蓋20～40m，洞口海拔184.5m，方位角3350C，總長(zhǎng)39.3m。洞內(nèi)年平均溫度為16.5℃左右，年溫差小于0.03℃，相對(duì)濕度保持在 80%左右。南平臺(tái)DSQ水管傾斜儀自2004年9月正式運(yùn)行起，運(yùn)行狀況良好，連續(xù)率、運(yùn)行率、內(nèi)精度均達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)（圖1）。

2 異常變化簡(jiǎn)述

南平臺(tái)水管傾斜儀NS向于2016年3月12日至4月5日在正常日變的背景下出現(xiàn)了4次下降型階變（圖2），最大變化幅度為216.5ms（日變幅一般在30～60ms），下降發(fā)生后，數(shù)據(jù)開(kāi)始恢復(fù)性北傾，曲線呈現(xiàn)V字形，并且NS向數(shù)據(jù)異常變化具有周期性，大約間隔7天，且N向、S向均下降（圖2、表1）。

3 異常成因調(diào)查與分析

分析南平臺(tái) DSQ 型水管傾斜儀NS向2016年3月12日至4月5日出現(xiàn)了4次下降型階變狀況成因，主要從缸體漏水、場(chǎng)地環(huán)境、自然環(huán)境和觀測(cè)系統(tǒng)等方面進(jìn)行了分析研究。

3.1 缸體漏水排查

發(fā)現(xiàn)異常后，值班人員對(duì)水管傾斜儀進(jìn)行了全面檢查，并未發(fā)現(xiàn)缸體和管道漏水現(xiàn)象。從圖3可以清楚地看到：2012年5月24日20：14至6月1日16：25，南平臺(tái)水管傾斜儀N端缸裂漏水出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤現(xiàn)象（圖3）與2016年3月的異常情況明顯不同，可以排除水管缸體漏水情況。

3.2 場(chǎng)地環(huán)境排查

南平臺(tái)山洞附近是農(nóng)地，無(wú)明顯干擾源。另外南平臺(tái)2015年9月20日對(duì)其山洞進(jìn)行改造，主要針對(duì)儀器房擴(kuò)建、重力墩建設(shè)、洞內(nèi)墻壁的改造和供電線路更新。為了不影響記錄將洞內(nèi)所有儀器停測(cè)，改造好后再恢復(fù)觀測(cè)，因此南平臺(tái)2015年9月20日-12月19日對(duì)水管傾斜儀、垂直擺傾斜儀等進(jìn)行停測(cè)。恢復(fù)觀測(cè)后，在經(jīng)過(guò)一段不穩(wěn)定期后，水管傾斜儀NS向恢復(fù)正常，進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定格值與上一次標(biāo)定的誤差為0.6%，而且水管傾斜儀NS向和垂直擺傾斜儀兩分向安放于同一山洞內(nèi)（圖4），觀測(cè)環(huán)境相同，它們并無(wú)明顯異常，排除場(chǎng)地環(huán)境的干擾。

3.3 自然環(huán)境排查

自然環(huán)境的對(duì)形變觀測(cè)的影響，主要表現(xiàn)在氣象因素方面。南平臺(tái)受到的環(huán)境干擾有降雨、雷雨等。觀測(cè)實(shí)踐表明，降雨、雷電等氣象因素對(duì)形變觀測(cè)有一定的影響。

降雨對(duì)地傾斜觀測(cè)的影響主要表現(xiàn)在，雨水滲入洞體巖石裂隙，巖體膨脹，造成地表傾斜或伸縮變化，這些變化會(huì)反應(yīng)在固體潮觀測(cè)曲線上，降雨影響主要與洞室基巖條件有關(guān)，同一測(cè)向每次降雨引起的異常形態(tài)相似。從圖5可以清楚看到，2015年7月22日至24日，受強(qiáng)降雨的影響，水管傾斜儀兩分向幅度變化明顯，3天變化了NS變化了191.7ms，EW向變化了-210.1ms。

雷電是在積雨云形成的情況下氣壓發(fā)生突變引起，氣壓有日變化、年變化和非周期變化，氣壓日變化和年變化相對(duì)平緩。氣壓突變是非周期變化的一種，該變化往往對(duì)地震觀測(cè)儀器造成干擾。南平地區(qū)3-9月是雨季，在下雨季節(jié)經(jīng)常會(huì)發(fā)生雷電現(xiàn)象，2014年9月30日16：52至20：34時(shí)雷電并伴隨大雨，氣壓變幅達(dá)6.9hPa，造成了水管傾斜儀NS、EW分量觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)畸變，變化幅度分別為4.1ms、4.7ms（圖6）。

本次異常表現(xiàn)為水管傾斜儀NS向4次下降型階變，明顯不屬于降雨和雷電的影響。因此排除了自然環(huán)境的影響。

3.4 觀測(cè)系統(tǒng)干擾分析

地震前兆觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)測(cè)項(xiàng)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、信號(hào)傳輸、供電等功能的各分系統(tǒng)的總和。與其他干擾不同，觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)干擾是儀器自身在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的干擾，因?yàn)榍罢變x器都是由電子元器件組成，這些元器件在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)這樣那樣的故障，加之供電、信號(hào)傳輸不正常，維護(hù)人員操作不當(dāng)，儀器工作狀態(tài)失穩(wěn)甚至存在設(shè)計(jì)缺陷等情況，儀器的觀測(cè)記錄就會(huì)受到影響。

發(fā)現(xiàn)異常后，值班人員對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查：對(duì)水管傾斜儀主機(jī)、傳感器、通信系統(tǒng)、供電線路、充電機(jī)、供電電壓、避雷設(shè)施等進(jìn)行了檢查，均工作正常。2016年4月5日水管傾斜儀NS向再次出現(xiàn)數(shù)據(jù)下降現(xiàn)象，4月6日工作人員進(jìn)洞對(duì)水管傾斜儀關(guān)閉直流電源2分鐘，至此NS向數(shù)據(jù)下降現(xiàn)象未在發(fā)生。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，水管傾斜儀供電電路分成NS、EW兩路，由于NS向供電傳輸偶爾不正常，造成了NS向數(shù)據(jù)異常，因而EW向并未出現(xiàn)此類異常。

4 結(jié)論

針對(duì)南平臺(tái)水管儀NS向2016年3月觀測(cè)資料發(fā)生的異常變化，從缸體漏水、場(chǎng)地環(huán)境、自然環(huán)境和觀測(cè)系統(tǒng)等4個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查和分析，初步得出以下結(jié)論。

（1）2016年3月12日至4月5日，水管傾斜儀NS向觀測(cè)曲線出現(xiàn)了4次下降型階變異常，基本可以排除缸體漏水、場(chǎng)地環(huán)境、自然環(huán)境的影響。

（2）造成水管儀NS分量異常變化的可能因素有，水管儀NS供電電路不正常。

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