涇縣臺SS—Y型伸縮儀干擾因素分析研究

嚴吉 李章 樊冬 程文坤

摘要：SS-Y型伸縮儀是我國自行研制的適用于觀測地殼應變和固體潮水平分量連續變化的儀器，具有精度高，穩定性好特點，在地殼形變觀測測量中廣泛應用。運行期間，儀器會出現各種故障以及受到來自不同方面干擾因素的影響，本文將通過對各影響因素進一步的分析研究，總結各類異常和干擾相應的表現特點，為日后在數據處理過程中出現同類的異?；蚋蓴_時提供處理經驗。

關鍵詞：SS-Y型伸縮儀，異常識別，干擾排查

中圖分類號：P315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）5（b）-0000-00

1、引言

伸縮儀是精密測量地殼巖體兩點間水平距離相對變化的儀器，適用于觀測地殼應變和固體潮水平分量的連續變化，為研究地震孕育過程的水平應變的變化規律提供數據，也為地球彈性研究提供重要數據。涇縣地震臺根據中國地震局“十五”項目的實施方案，于2006年安裝了SS-Y型伸縮儀，至今運行十年有余。在儀器運行期間，收到了不同方面的干擾因素的影響，如人為干擾、自然環境干擾、儀器自身故障等因素的影響，表現在數據圖像上有數據突跳、臺階、錯誤數據、曲線的異常持續上升或者持續下降等特點。準確的識別異常、排除干擾不僅是做好日常工作的基礎，同時也為儀器運維提供了理論依據。

2、觀測環境概況

涇縣地震臺地處皖南山區的宣城市涇縣城關鎮桃園村湖山坑，構造處于南陵凹陷南端，附近有江南深斷裂和周王斷裂通過，小斷層發育，臺址有大面積石英砂巖出露。形變觀測洞室長40米，山洞巖性為志留系石英砂巖，臺基為石英砂巖，巖體完整，山洞平均覆蓋層約50米，洞內年溫度變化±0.7℃ ，日溫變幅小于0.03℃，相對濕度小于90%。臺站觀測墩根據儀器的安裝要求設計建造。放置安裝SS-Y型伸縮儀的洞室，洞長約40米，中間有4道船艙門和三道塑鋼門，用聚乙烯泡沫板和塑料保溫薄膜做保溫罩密封儀器，可以減少環境因素直接對儀器的影響。

3、儀器工作原理和技術參數

SS-Y型伸縮儀屬長條型地震前兆儀器，主要用于洞體應變固體潮及地震前兆地應變監測與研究。由基線、吊線、托架、傳感器、前置放大器、主機和IP采集控制器等部分組成，以分鐘采樣率工作，每日生成分鐘值和整點值采樣數據。SS-Y型伸縮儀對觀測環境的要求比較高，要求周圍沒有干擾源，洞室密封性要好，測量墩與固定墩之間的基巖要求完整，不能有斷層或裂隙。主墩一定要直接接觸基巖，且墩面平整光結，主墩和間墩的高度要在同一水平面上。

4、干擾因素排查

4.1人為因素

在儀器運維期間，不可避免的會受到人為因素的干擾，其中最常見的就是儀器調零和進觀測山洞檢修其他儀器時帶來的人為干擾。

4.1.1調零

由于儀器本身的參數問題及敏感性問題，在映震能力較好同時也存在飄移較快、頻繁超量程等問題。

該儀器從2014年1月至2016年12月共36個月，EW向累計調零約25次，平均1.4個月就需要進行一次調零操作（SS-Y伸縮儀自安裝以來，EW向一直存在漂移過快的問題）。NS向調零次數較少。

4.1.2標定

為了保證儀器的測量精度，按照學科管理的規范要求，按時對儀器進行標定，標定方式為軟件自動標定，以相對誤差值小于1為合格標定。儀器標定時，往往不能一次性標定成功，標定結果不符合要求需要重新進行標定，所以標定具有重復性。

2016年8月9日至10日，進行多次標定。8月9日第一次標定結果不符合要求，隨即對儀器標定裝置進行檢查。再次標定仍然不符合要求，臺站工作人員將標定電機拆開，清洗，重新安裝，進過兩天的多次標定，最終得到合格的標定結果。標定裝置是高精度的裝置，平時要定期的進行維護清理，保證正常的運轉。

根據形變學科管理規范，標定次日，要依次刪除標定產出的錯誤數據。

4.1.3進洞干擾

涇縣臺形變學科主要儀器有SSY伸縮儀、DSQ水管傾斜儀和VP垂直擺，三套儀器均布設在山洞中。為了保證儀器的正常連續運轉，臺站定期進行儀器維護工作，進洞后人為干擾導致數據出現突跳。

各種人為干擾由于形式的不同，對儀器產出數據的影響也不一樣，具體表現在從數據的原始和預處理數據對比中就可以比較直觀的區別開來。（1）2016年1月24日EW向進行儀器調零的原始數據，從數據繪圖中可以看出EW向出現了一個短暫的大臺階，臺階幅度約為13630（ms），由于調零操作時間較短，臺階持續時間一般不超過5分鐘。（2）臺站工作人員進山洞檢修儀器，人為干擾造成儀器產出錯誤數據。在原始數據上表現為數據密集的大幅度突跳，持續時間較長。（3）儀器標定的原始數據，從數據中可以看出標定出現了一個大臺階并且由于人為進洞導致數據出現較大突跳。由于標定具有重復性，所以一般持續時間少則幾個小時，多達數天的連續干擾。從以上分析對比中我們可以明顯的區別出各種不同的人為干擾。

4.2自然環境

自然環境包括多個方面，涇縣臺地處皖南山區，屬于亞熱帶季風氣候，主要是收到降雨影響比較大。雨季持續的大量降雨會導致測項數據在短時間內趨勢有較大的上升或者下降變化，在降雨停止后一段時間后會有明顯的回歸。根據中國地震局監測預報司編制的《地震前兆異常落實工作指南》（地震出版社，2000），降雨對洞體形變的干擾是通過雨水對地層的滲透，改變洞體地層含水率和孔隙壓力，圍巖在水的參與下會出現變形，導致數據出現變化。

我們抽取兩個降雨集中時間段，分別是6月25日至29日，可以發現NS向趨勢下降，下降幅度約2900（ms）。EW向25日至28日趨勢上升，上升幅度約2913 （ms）， 通過臺站雨量計記錄數據顯示24日至28日累計降雨達199.1mm。另一個時間段為7月1日至4日?？梢钥吹絅S向趨勢下降，下降幅度約2800（ms），EW向1日至4日趨勢上升，上升幅度約2700（ms）。根據臺站雨量計顯示6月30日至7月4日累計降雨達265.0mm。在降雨停止之后，數據曲線很快恢復正常。同時我們也看到在降雨量較小時，儀器數據基本沒有收到影響。

4.3儀器故障

前置放大器故障是一個比較常見的故障類型，或者是探頭接觸不良。 2014年9月30日，涇縣臺SS-Y伸縮儀北南向突然出現超限臺階，疑似數據超限。隨后對儀器進行了調零操作，但操作后仍然無法回歸正常。經互換NS、EW兩個方向的前置放大器、探頭以及多次排查后，發現任然沒有恢復正常，判斷為前置放大器故障。10月18日重新更換之后恢復正常。

2016年12月6日至9日，EW向出現毛刺干擾較多，后在檢修儀器時候，發現探頭接口處出現細小水珠，觀測墩出現少量掛壁水珠，判斷為傳感器接口受山洞濕氣較大干擾導致。隨即對山洞進行防潮處理，重新更換干燥劑，并將傳感器重新防潮處理之后，情況好轉。

5、結論

臺站是地震監測的最一線，擁有各個儀器產出的第一手資料，在數據預處理時，數據圖像可以直觀的將儀器收到的干擾表現出來，準確的識別出異常、排查出干擾就顯得尤為重要。通過對涇縣臺SS-Y型伸縮儀的運行資料進行分析后，我們可以發現，數據圖像上表現出來的各類異常與不同的干擾形式都有著相互緊密的對應關系。根據數據圖像表現出來的異常推測出干擾因素，再結合臺站觀測日志記錄，就可以準確的找到數據異常原因，據此解決干擾，維護儀器正常穩定運行。

參考文獻

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