隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀觀測質量評價

齊銀峰，趙 杰，陳全智

（陜西省地震局寶雞綜合地震臺，陜西 寶雞 721000）

形變觀測是地震研究中重要的前兆手段，形變觀測儀器運行受到各種因素的干擾，這些干擾因素影響數據的精度與可靠性，因此對儀器數據進行觀測質量評價顯得尤為重要[1]。近年來，對DSQ 型水管傾斜儀的觀測質量評價已有一些研究，一些學者給出了系統的觀測質量評價方法[2]，并對自然環境、場地環境、人為干擾等因素對觀測數據的影響特征進行分析[3]。

本文通過對近年來八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀形變觀測質量進行評價，作為后續各傾斜觀測臺站的資料質量評價的參考。

1 隴縣DSQ 型水管傾斜儀觀測背景

陜西隴縣八渡地震臺位于寶雞隴縣八渡鎮東約3 km 的楊家莊村，地理坐標為東經106.89°、北緯34.76°，海拔高程941 m。該臺位于青藏高原東緣、南北地震帶的中段，該區動力學構造環境復雜，需要重點關注。該臺對監測和研究該區域地表變形、斷層活動、地震前兆及深部構造演化等具有重要的科學價值。

八渡地震臺在區域構造上屬隴西旋卷構造體系向東南延伸部分，主要斷裂有固關—虢鎮斷裂、岐山—馬召斷裂、桃園—龜川寺斷裂，次一級斷層有千陽斷層，展布方向均為北西向。八渡山洞所在桃園—龜川寺斷層區域，該斷裂西北端起于甘肅和陜西交界地段，長約100 km，斷層走向NW，傾向NE，傾角65°～70°，下盤是前白堊紀變質巖、火山巖和花崗巖，上盤主要是六盤山群。該區域地質構造、斷裂和山洞布設如圖1 所示。

圖1 區域地質構造、斷裂和山洞布設示意圖

隴縣八渡地震臺形變山洞有3 套觀測儀器，分別是DSQ型水管傾斜儀、SS-Y 型銦瓦棒伸縮儀和VS 型垂直擺傾斜儀，如表1 所示。

表1 八渡地震臺觀測儀器概況

DSQ 型水管傾斜儀器布設為NS、EW 兩個分量，垂直正交，方位為正NS（或EW）。本文僅選取DSQ 型水管傾斜儀并對該儀器觀測質量進行分析評價。

2 觀測資料分析

隴縣八渡地震臺觀測洞室于2013-10 開鑿完成，武漢地震科學儀器研究院水管儀研發小組到達地震臺架設DSQ 型水管傾斜儀，并于2014-11-12 開始觀測，本文對DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年的觀測數據質量進行分析評價。

2.1 觀測資料連續率和完整率

對隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年的觀測數據連續率和完整率進行統計分析，具體如表2 所示。

表2 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀觀測連續率和完整率

2.2 觀測數據曲線

隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀采樣率為每分鐘一次，同時可實現數字化連續觀測。圖2 為隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年日均值觀測曲線，由圖可知，2015—2019 年八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀觀測數據穩定，觀測資料映震良好、日變清晰，無明顯地震前兆異常。隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀能清晰地記錄到地球固體潮汐的變化。

圖2 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年日均值觀測曲線

2.3 觀測資料精度和穩定性

為了對DSQ 型水管傾斜儀觀測的穩定性和精度進行評價，本文使用M2 波的潮汐因子和均方差兩個定量指標對觀測數據質量進行評價，并采用調和分析方法[4]，計算和分析了DSQ 型水管傾斜儀2015-01—2019-12 時間段M2 波的潮汐因子及均方差數值，具體情況如表3、圖3 所示。

表3 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀潮汐因子及誤差統計

圖3 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀固體潮M2 波潮汐因子變化圖

由表3 和圖3 可以得出，隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年觀測資料 NS 分量M2 波中誤差0.0041～0.014 5，2015—2019 年觀測資料 EW 分量 M2 波中誤差0.005 0~0.013 9，據此可以認為隴縣八渡地震臺DSQ型水管傾斜儀觀測、運行穩定，觀測資料精度較高，符合規范要求的小于0.02 的技術指標值，觀測精度達標，觀測數據可靠。

3 主要干擾因素

八渡地震臺觀測受觀測環境、人為因素、觀測系統故障等干擾。對各種干擾進行分析，根據表現形式掌握其特點，及時排除干擾影響，為地震異常分析提供基礎數據。

3.1 自然環境干擾

DSQ 型水管傾斜儀觀測環境干擾有降雨、氣壓等[5]。以下對八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀觀測受降雨影響產生的干擾舉例進行說明。

隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀NS 向、EW 向在2016-06-12T19：49—23：47 受降雨影響，觀測數據各測道均產生不同程度階變，變化幅度小于3 ms，降雨量1.5 mm。

由于 2018-04-04T09：31—04-07T03：29 測區 04-04—04-05 日連續降雨，導致洞體壓力增大，隴縣八渡地震臺DSQ型水管傾斜儀北南、東西分量數據受降雨影響趨勢發生轉折，變幅分別為17.58 ms、28.46 ms，由于八渡地震臺未架設氣象三要素觀測儀，對比上王臺氣象三要素觀測儀降雨值（兩個測點直線距離約為20 km），04-04—04-05 日降雨量總計6.3 mm，04-07T03：30 起數據恢復正常。隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀受降雨干擾曲線如圖4 所示。

圖4 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀受降雨干擾曲線

3.2 典型人為干擾

人為干擾多來源于人員進入山洞進行儀器標定、調零、儀器檢修等情況。這些干擾較好辨別，也易于處理。以下對八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀觀測受人為影響產生的干擾舉例進行說明。

2019-11-27T13：47—15：03 值班員進洞檢修儀器更換南端傳感器，導致該時段隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀北南、東西分量數據出現突跳臺階，突跳幅度分別為408.43 ms、17.79 ms，刪除突跳錯誤數據，修正臺階，臺階改正量分別為42 ms、3.02 ms。檢修儀器結束15：04 之后數據恢復正常。

由于在2019-06-07T15：33—17：41 對儀器進行半年標定，造成隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀NS、EW 分量數據突跳臺階和缺數，刪除突跳和錯誤數據，修正臺階，臺階改正量分別為NS：123.72 ms，EW：-85.86 ms。此次標定北南、東西分量均合格，啟用新格值，北南新格值為0.351 62（E-3″/mV）、原格值為0.334 68（E-3″/mV）、格值誤差為0.46%；東西新格值為0.305 65（E-3″/mV）、原格值0.290 54（E-3″/mV），格值誤差為0.08%。06-07T17：42起恢復正常。

隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀受人為干擾曲線如圖5 所示。

圖5 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管儀受人為干擾曲線

3.3 儀器運行不穩定造成干擾

八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀在運行時可能出現各種故障導致儀器運行不穩定，其中包括數采故障、供電故障等。以下對八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀觀測受儀器故障影響產生的干擾舉例進行說明。

2016-10-10T22：47—10-11T13：19 由于供電高壓線出現故障導致供電中斷，造成10-10T22：47—10-11T12：18隴縣八渡地震臺DSQ 水管傾斜儀停測缺數，經過維修后供電恢復，工作人員進洞檢修儀器導致10-11T12：19—13：19數據錯誤，對該時段數據進行刪除，儀器正常測數。

2018-11-02T21：15—11-07T07：49，隴縣八渡地震臺DSQ 水管傾斜儀北南分量前置放大盒出現故障導致北南數據該時段出現劇烈突跳，變幅82.15 ms，對其進行預處理，值班員進行排查期間11-07T07：50 起數據自行恢復正常，東西分量未受影響。隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀運行故障干擾曲線如圖6 所示。

圖6 隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀運行故障干擾曲線

4 結語

通過選取隴縣八渡地震臺DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年觀測資料，對觀測資料的觀測精度以及儀器運行中可能受到的各類干擾進行分析。研究得出：該儀器運行良好，連續性完整性高，記錄曲線連續率達99.60%，運行狀態較穩定，M2 波中誤差小于0.02 的限值要求，觀測數據精度較高；儀器主要干擾來源為氣象因素、人為因素、故障狀態等。