涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀觀測資料典型干擾分析

摘要：通過對涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀近幾年的觀測資料進(jìn)行梳理歸納，分析常見干擾情況，主要為人為因素、降雨干擾、觀測環(huán)境干擾等，在曲線形態(tài)上表現(xiàn)為毛刺、高頻擾動、趨勢傾斜等；同時選取某一典型干擾做數(shù)據(jù)的趨勢性相關(guān)性分析，判斷干擾與數(shù)據(jù)變化之間的擬合關(guān)系。了解各種干擾因素的突出特點，總結(jié)歸納常見干擾特征，為進(jìn)一步提升干擾識別、做好數(shù)據(jù)預(yù)處理及應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：涇縣地震臺水管傾斜儀質(zhì)量分析數(shù)據(jù)預(yù)處理

中圖分類號：P315.73

AnalysisonTypicalInterferenceofDSQWaterPipeInclinometerObservationDataatJingCountySeismicStation

HUANGZhenLIZhangTANXiaoYANJiCHENGWenkun

HuangshanEarthquakeMonitoringCenterofAnhuiEarthquakeAgency，Huangshan，AnhuiProvince，245000China

Abstract：Inthisarticle，bysortingandsummarizingtheobservationdataofDSQwaterpipeinclinometeratJZ2Eez3rzbJCu8Kc4uTnGKk+0w7GQb0WeLEzv0JKk4ag=ingCountySeismicStationinrecentyears，commoninterferencesituationsareanalyzed，mainlyincludinghumanfactors，rainfall，observationenvironmentfactors，etc.Inthecurvemorphology，itmanifestsburr，high-frequencydisturbance，trendtilt，etc.Atthesametime，itselectsatypicalinterferencefortrendcorrelationanalysisofdata，toestimatethefittingrelationshipbetweentheinterferenceanddata.Understandthecharacteristicsofvariousinterference，summarizeandgeneralizethecharacteristicsofcommoninterference，providingafurtherreferenceforfurtherimprovementofinterferenceidentification，datapre-processingandapplication.

KeyWords：JingCountySeismicStation;Waterpipeinclinometer;Qualityanalysis;Datapre-processing

前兆觀測中，地震前兆儀器記錄了地球物理量的變化情況。在正常情況下，地球物理量的變化具有潮汐變化的規(guī)律。除了地表海洋、大氣等流體會出現(xiàn)潮汐外，地球固體部分也會因日月的作用而出現(xiàn)周期性形變[1]。地傾斜觀測主要為獲取地殼形變的幾何及物理信息，可為地震監(jiān)測預(yù)報研究提供大量有力的依據(jù)[2]。DSQ型水管傾斜儀可以自動記錄所在地區(qū)的垂直位移，進(jìn)而反映地殼傾斜變化。能夠應(yīng)用在地殼傾斜固體潮、地震斷層以及火山、大型精密工程垂直位移的連續(xù)觀測。儀器基本原理為連通器原理，當(dāng)傾斜儀兩端地基出現(xiàn)相對垂直位移時，兩端液面便會相對于儀器缽體發(fā)生變化，這種變化，通過浮子、位移傳感器等變成電信號輸出自動記錄，這種檢測和記錄兩端缽體液面的變化來模擬地殼的實際運動狀態(tài)的重要觀測手段需做好數(shù)據(jù)的變化趨勢與跟蹤分析[3-4]。

涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀于2006年安裝投入運行，經(jīng)過多年運行，積累了大量觀測資料。本文將對涇縣地震臺近年來DSQ水管傾斜儀觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解各種干擾因素的特點，總結(jié)歸納常見干擾特征，為進(jìn)一步提升干擾識別、做好數(shù)據(jù)預(yù)處理及應(yīng)用提供參考。

1臺站概況與水管傾斜儀基本情況

安徽省涇縣地震臺地處涇縣涇川鎮(zhèn)桃園村湖山坑，臺站北緯118.38。，東經(jīng)30.7。，地處皖南山區(qū)南陵凹陷南端，臺址周圍三面環(huán)山，附近有江南斷裂和周王斷裂，小斷層發(fā)育，臺址有大面積石英砂巖出露。洞室?guī)r性為志留系石英砂巖，巖體完整，其覆蓋層厚度最小約20m，最大約50m，山洞平均覆蓋層約50m，洞室年溫度變化±0.7℃，日溫變幅小于0.03℃，相對濕度小于90%。2006年5月23日，臺站進(jìn)行了形變數(shù)字化改造，9月1日DSQ水管傾斜儀安裝投入運行，經(jīng)過多年運行，積累了大量觀測資料。但在日常觀測中，觀測數(shù)據(jù)易受到觀測系統(tǒng)、場地環(huán)境、自然環(huán)境、人為干擾等因素影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)噪聲大、突跳、畸變等，在曲線形態(tài)上表現(xiàn)為毛刺、高頻擾動、趨勢傾斜等[5]，給數(shù)據(jù)處理工作帶來不便。

2質(zhì)量評定

2.1連續(xù)率和完整率

觀測數(shù)據(jù)連續(xù)率和完整率是衡量地震前兆觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，原始觀測數(shù)據(jù)是連續(xù)率的統(tǒng)計對象，也即人工沒有任何處理的儀器直接記錄收集到的數(shù)據(jù)，這種連續(xù)記錄重點在于掌握地殼形變特點和規(guī)律，對于認(rèn)識地震地殼形變或前兆異?，F(xiàn)象也具有一定意義，是檢驗儀器工作性能的主要指標(biāo)之一；完整率統(tǒng)計對象是預(yù)處理數(shù)據(jù)，即根據(jù)不同學(xué)科觀測技術(shù)規(guī)范和要求進(jìn)行預(yù)處理后的數(shù)據(jù)[6-7]。通過對涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀2018年—2022年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析（見表1和表2）。通過計算結(jié)果可以看出儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)的連續(xù)率和完整率較高，其中，2022年因DSQ水管傾斜儀缽體漏水損壞需維修儀器造成北南分量數(shù)據(jù)完整率低于99%，整體表明儀器的運行狀況良好，工作性能比較穩(wěn)定。

2.2年零漂

年零漂主要用來衡量觀測儀器及其基墩穩(wěn)定程度或地殼繼承性的新構(gòu)造運動[8]，計算方法是將每年12月31日的日均值減去當(dāng)年1月1日的日均值，所得差值即為當(dāng)年的年零漂，結(jié)果具有正負(fù)之分?！兜卣鸺扒罢讛?shù)字觀測技術(shù)規(guī)范》中要求地傾斜觀測年零漂﹤2"[9]。從表3可看出，涇縣地震臺DSQ傾斜儀東西向均滿足規(guī)范要求，北南向年零漂值基本符合規(guī)范要求在2"左右，其中，2022年因為水管缽體破損漏水，經(jīng)過維修后恢復(fù)，對觀測數(shù)據(jù)影響較大，造成年零漂值過大。

2.3年變幅

年變幅是求取全年整時值中最大值與最小值的差值，所得數(shù)值為當(dāng)年的年變幅。我國水管傾斜儀的年變幅平均值為0.318"[9]。從表4可知，涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀的年變幅值均大于0.318"，部分年份較平均值超出較多，因山洞內(nèi)部環(huán)境潮濕，對儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)的質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。其中，2022年因為水管缽體破損漏水，經(jīng)過維修后恢復(fù)，對觀測數(shù)據(jù)影響較大，造成年變幅值過大。

3典型干擾情況分析

3.1人為因素干擾

涇縣地震臺水管儀與伸縮儀的布設(shè)安裝在同一個儀器槽內(nèi)，當(dāng)其中一套儀器進(jìn)行調(diào)零、標(biāo)定等檢修或運維時會對另一套儀器產(chǎn)生無法避免的干擾。2022年12月28—29日，因VP垂直擺儀器故障，運維人員進(jìn)洞對儀器進(jìn)行維修，對DSQ水管傾斜儀觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，造成這一時段的數(shù)據(jù)出現(xiàn)毛刺和突跳（見圖1）。

3.2降雨干擾

降雨干擾是最常見的氣象干擾因素之一，尤其是對于形變類觀測手段。當(dāng)降雨量較大時，雨水滲入地下巖石的空隙中導(dǎo)致巖石體積膨脹，由此造成地面傾斜變化，影響表現(xiàn)在固體潮觀測曲線上，可能會出現(xiàn)超出平日正常變化的幅度，向某一方向趨勢性快速上升或下降，當(dāng)降雨結(jié)束后一段時間后又會恢復(fù)原來的趨勢性變化[10]。

涇縣DSQ水管傾斜儀在2019年11月24日至11月30日期間，受到兩次強降雨影響，儀器觀測數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)明顯趨勢性變化，北南分量趨勢性下降，東西分量趨勢性上升。（見圖2、圖3）

進(jìn)一步對此種趨勢性變化進(jìn)行分析，涇縣臺山洞所處湖山坑三面環(huán)山，地勢呈現(xiàn)為北高南低，山洞外南側(cè)有一條山間溪流呈北北西向流過，一定強度降雨后雨水往南匯集滲入周邊巖石裂縫與覆蓋層，同時溪水驟漲，引起降雨后水管傾斜儀北南分量北傾；山洞以西地勢較為平整，東側(cè)為山體，覆蓋層相對于西側(cè)更厚，同時樹木茂密更易儲水，降雨后雨水持續(xù)滲入，從而引起水管傾斜儀東西分量東傾。

選取2019—2020年期間五次典型降雨干擾，分析其與DSQ水管傾斜儀數(shù)據(jù)的趨勢性相關(guān)性分析。將降雨量與此時間段水管儀北南和東西分量變化幅度進(jìn)行最小二乘法直線擬合，得到降雨量和各測量變化幅度間擬合的線性關(guān)系如下：

北南分量：y=1.0859x+18.331R2=0.6529

東西分量：y=0.324x+36.513R2=0.6854

由擬合結(jié)果可知，降雨與DSQ水管傾斜儀數(shù)據(jù)趨勢性變化之間有著較好的線性關(guān)系。

3.3觀測環(huán)境因素干擾

地震前兆觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣與否，與觀測點周圍的環(huán)境有很大的關(guān)聯(lián)程度，洞室周邊的大型施工、爆破和洞室改造施工等會直接影響觀測質(zhì)量[7]。涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀NS分量觀測數(shù)據(jù)在2023年05月25日開始出現(xiàn)持續(xù)上升，7月下旬開始加速北傾；EW分量觀測數(shù)據(jù)7月下旬開始趨勢轉(zhuǎn)向，向西加速下降，打破年變趨勢（見圖4）。對此，臺站工作人員立即展開異常核實工作。首先同一時期并無工作人員進(jìn)洞運維檢修記錄，排除人為因素干擾；接著查看同一時期降雨記錄，發(fā)現(xiàn)降雨與觀測數(shù)據(jù)變化在時間上有一定的同步性，降雨結(jié)束后則逐步恢復(fù)正常，由此排除降雨干擾；再對觀測系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并未存在主機、數(shù)采儀等儀器故障或接口不良，洞體內(nèi)部環(huán)境和水管儀缽體、水管及前置盒等無明顯異?，F(xiàn)象。初步判定為臺站周邊某單位（涉密）建設(shè)施工影響。經(jīng)與施工方交涉，了解到5月底至8月，臺站形變山洞西北方向不遠(yuǎn)處有體量較大開挖和填埋作業(yè)，約有碎石幾千方。綜合以上分析，觀測環(huán)境變化較為明顯，判定此次數(shù)據(jù)異常為臺站附近工地施工影響。從圖4中可以看出，此類干擾出現(xiàn)后對儀器數(shù)據(jù)影響尤為顯著，并且在短時間內(nèi)能夠引起破年變的變化趨勢，容易讓人誤以為前兆異常。

4結(jié)語

（1）通過對涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀2018—2022年觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析，DSQ水管傾斜儀穩(wěn)定性較高，同震響應(yīng)較好，觀測資料的質(zhì)量評估情況基本滿足形變規(guī)范要求，常見的干擾有人為因素干擾、降雨干擾、觀測環(huán)境因素干擾。

（2）對洞室形變觀測來說人為因素干擾是無法避免的，儀器檢修標(biāo)定等運維工作都會對觀測數(shù)據(jù)造成不同程度的影響。多數(shù)表現(xiàn)為密集的較大幅度突跳和臺階干擾等。為提高觀測數(shù)據(jù)的可靠性，業(yè)務(wù)人員應(yīng)提高檢修運維能力，縮短進(jìn)洞作業(yè)時間，在進(jìn)洞運維時盡量減小對儀器的影響。

（3）降雨因素影響對于形變類觀測較為常見，當(dāng)降雨量較小時，對觀測數(shù)據(jù)基本無影響；當(dāng)集中降雨尤其是降雨量較大時，儀器的數(shù)據(jù)曲線會產(chǎn)生趨勢性上升或趨勢性下降，在降雨停止后，數(shù)據(jù)曲線又會逐漸回歸原趨勢性變化。

（4）觀測環(huán)境因素干擾較為復(fù)雜，其原因多樣，包括觀測點附近大型施工、爆破以及洞室施工等。在觀測數(shù)據(jù)曲線上表現(xiàn)為大幅突跳、臺階干擾等畸變，甚至造成觀測數(shù)據(jù)破年變，容易造成觀測數(shù)據(jù)“異常”事件。出現(xiàn)此類干擾后需盡快查清原因，排除干擾。使觀測數(shù)據(jù)在地震監(jiān)測預(yù)報中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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