體應變觀測干擾分析

李章 李本有 曹志磊 嚴吉 程文坤 譚笑

摘? 要：體應變觀測是地殼應力應變狀態及其變化規律的重要研究手段。該文整理、分析黃山臺體應變歷年觀測資料發現，體應變日變明顯，固體潮清晰，但受自然環境干擾較大，與降雨、水位呈現正相關性;與氣壓相關系數達0.9以上，同時也受到觀測系統穩定性的影響。通過總結干擾因素和對應變化特征，希望給其他體應變觀測臺站提供參考資料。

關鍵詞：體應變? ?干擾? ?相關系數? ?固體潮

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（a）-0057-03

Abstract： Volume strain observation is an important means to study the state and variation law of crustal stress and strain. This paper collates and analyzes the body strain observation data of Huangshan Station over the years. It is found that the daily variation of body strain is obvious and the solid tide is clear， but it is greatly disturbed by the natural environment， which is positively correlated with rainfall and water level; the correlation coefficient with air pressure is more than 0.9. It is also affected by the stability of the observation system. By summarizing the interference factors and corresponding variation characteristics， it is hoped to provide reference data for other volumetric strain observation stations.

Key Words： volume strain; Interference; Correlation coefficient; Earth tide

鉆孔體應變觀測是地殼應力應變狀態及其變化規律的重要研究手段，是觀測地殼應變微小連續變化的重要前兆觀測儀器。收集黃山地震臺歷年的體應變觀測資料發現，日常觀測主要受到氣象因素（降雨、氣壓、水位等），觀測系統（主機故障等）以及其他因素（同機柜干擾）的干擾，嚴重影響觀測數據質量[1-3]。該文通過整理、分析黃山地震臺體應變資料，總結干擾因素和對應變化特征，希望給其他體應變觀測臺站提供參考，同時為地震預報提供一些基礎性資料。

1? 觀測背景及概況

臺站地處皖南山區屯溪、休寧盆地，近東西向的休寧斷裂和北東向的寧國～績溪斷裂從臺址附近通過，臺址巖性為砂巖[4]。測點概況見表1。

選取黃山臺體應變2015年至2021年04月的觀測資料分析，共有體應變以及輔助水溫、水位、井氣壓這4個測向。對各測向進行去除大的階變和突跳等處理，具體情況見圖1。

2? 干擾因素分析

2.1 氣象因素

氣象因素是影響體應變觀測的重要因素，主要是降雨、氣壓和水位。

2.1.1 降雨

因臺站地理位置影響，易受到梅雨季節長期陰雨以及夏季短時強降雨的影響。分別表現為：梅雨季節降雨周期長，日降雨量小，體應變和水位出現同步上升趨勢;夏季短時強降雨，雨量急劇增加，對大地產生較大負荷效應，體應變和水位快速拉升[5]。

2.1.2 氣壓

氣壓是對體應變觀測影響的重要因素，不同周期氣壓變化會給體應變帶來不同影響，長周期氣壓擾動導致體應變隨氣壓持續緩變，短臨氣壓導致體應變隨氣壓快速畸變。根據彈性力學的相關知識，可以簡單地從理論上建立出大氣壓對體應變的影響模型公式：

ε=b?Pa

公式中：ε為鉆孔體應變;b為氣壓影響系數;?Pa為大氣壓增量。通過計算，二者相關系數達0.9以上。

2.1.3 水位

巖體含水層中孔隙水的飽和度，受自然環境變化影響較大。通過計算發現，水位變化和降雨呈現較高相關性，跟鉆孔巖層性質有很大關系，因此水位對體應變和干擾及降雨量干擾表現較為一致[6]。

2.2 觀測系統

儀器的連續穩定是地震監測工作的重要保障，然而由于儀器觀測年限、線路老化等各種原因，對監測帶來不利影響，常見為主機故障及前極板故障。

2.2.1 主機故障

以2019年10月14～19日為例，黃山臺體應變主機故障導致無數據。經排查線路、通信網絡、供電系統以及儀器內部各模塊后，確定為主機故障，具體見圖2（a）。

2.2.2 前極板故障

以2020年10月15～18日為例，黃山臺體應變超量程故障導致數據超限，產出錯誤數據，經排線路、通信網絡、供電系統以及儀器內部各模塊后，確定為前極板故障，更換新的前極板后恢復正常，具體見圖2（b）。

2.3 其他因素（同機柜干擾）

由于臺站地處皖南山區，觀測室內部避雷系統經多次雷擊后，絕緣效果有所下降，同機柜地電阻率觀測整點測數時，產生感應電流，對體應變觀測產生擾動，導致規律性的整點突跳，干擾超1/2日變幅，后經改造后避免再次出現，具體見圖3。

3? 結語

該文通過對黃山臺體應變歷年觀測資料整理分析，較為全面地總結了體應變觀測干擾因素和對應變化特征，有些干擾因素是全國其他臺站也存在的，較為普遍的，如氣壓、降雨干擾等;有些則是具有臺站特點的，較為少見的，如同機柜觀測干擾等。

（1）黃山臺體應變井孔條件較一般，易受到自然環境變化的干擾。由于鉆孔為砂巖，地表降雨能快速地通過巖隙往地下滲透，改變水位，導致壓力快速變化，因此體應變與降雨、水位呈較好的正相關變化。同理，依據地下巖性特點分析，氣壓對體應變干擾較為嚴重，二者呈現較高的相關性。

（2）黃山臺觀測儀器使用年限較久出現老化等原因，給連續觀測帶來不利影響，觀測系統的穩定性有待提高。

參考文獻

[1] 趙小賀，公續升，閆萬曉，等.馬陵山和相公莊臺鉆孔體應變觀測質量影響因素分析[J].地震工程學報，2018，40（S1）：95-100，152.

[2] 呂琳，楊艷芳，解楊春.鄂東地區洞體應變潮汐觀測質量評定及干擾因素剖析[J].大地測量與地球動力學，2019，39（S1）：37-40.

[3] 陸洲.地殼應力應變變化與地球動力學[D].合肥：中國科學技術大學，2020.

[4] 邱澤華.鉆孔應變觀測理論和應用[M].北京：地震出版社，2017.

[5] 王燚坤，鄭海剛，李軍輝，等.安徽省鉆孔應變典型干擾與地震短臨異常特征分析[J].高原地震，2020，32（2）：1-8.

[6] 盧雙苓，李惠玲，范曉易，等.體應變觀測數據穩定性影響因素[J].地震地磁觀測與研究，2018，39（1）：123-128.