十堰地震臺柳林溝水管儀2018年5月數據異常事件核實分析

權博斐

摘? 要：十堰地震臺柳林溝水管傾斜儀NS分量2018年5月出現數據突跳，為確定異常性質及產生原因，從觀測洞室環境、儀器觀測系統、氣象數據、環境干擾等進行調查，最終判定本次異常為觀測儀器內部生長霉菌所致。

關鍵詞：水管傾斜儀;異常;突跳;霉菌

中圖分類號：P315.62? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0054-04

Abstract： The NS component of Liulin gully water pipe tiltmeter at Shiyan Seismic Station jumped in May 2018. In order to determine the nature and cause of anomaly， the environment of observation cavern， instrument observation system， meteorological data and environmental interference were investigated. Finally， it is determined that the anomaly is caused by the growth mold inside the observation instrument.

Keywords： water pipe tiltmeter; anomaly; jump; mold

引言

十堰地震臺柳林溝DSQ型水管傾斜儀于2007年安裝，儀器工作穩定，資料連續可靠，但儀器在平時的運行過程中會遇到各種各樣的問題，使觀測數據受到影響，因此對儀器日常運行中常見故障及數據異常的處理顯得尤為必要，本文以柳林溝DSQ水管傾斜儀數據異常為例進行了總結和分析，以分享儀器異常事件處理方面的經驗，提高儀器數據利用率和有效性。

1 臺站儀器觀測概況

1.1 臺站地質構造背景

十堰市位于鄂西北地震構造區，本構造區是在前震旦紀陸殼（結晶基底）基礎上形成的再生地槽。震旦系至志留系為炭硅質建造、砂泥質復理式——類復理系建造、碳酸鹽建造，局部夾堿性火山巖建造，經印支造山運動第一幕形成褶皺帶。嗣后，遭受燕山運動和喜瑪拉雅運動的強烈改造，上部地殼沿北西——南東向或北北西——南東東向被分割成許多斷塊結構，或沿斷裂帶形成一系列具有拉分性質的斷陷盆地。歷史強震多發生在這些斷陷盆地邊緣。

1.2 山洞周邊地形地貌

柳林溝大地形變觀測山洞位于十堰市軍分區七十年代在十堰市柳林溝開挖的一個人防山洞內，地理坐標：110.79E，32.66N，高程為260m。開挖在元古界武當群山體內，圍巖主要為片巖，巖石較完整。山洞南北各有一條大型斷裂。鄖西——鄖縣斷裂在形變觀測山洞東北方向，直線距離約30km。白河——谷城斷裂在山洞的西南方向，直線距離約5km（圖1）。地形變觀測山洞已經被覆，覆蓋層厚度30m左右。被覆后的山洞各段寬窄、高度不一，寬度1.2m至8m不等，高度多數為2.6m，少量為2m或4m。滿足水管傾斜儀的安裝要求。[1]

1.3 臺站周邊觀測環境概況

十堰形變觀測山洞距丹江水庫最小距離為30km，距漢江35km，1.5km內無河流溪水，10km范圍內無大中小型水庫。5km范圍內無采礦和爆破點，3km范圍內無大型礦區和大型振動源，1.5km范圍內無輸變電站、高壓線等其他干擾因素。

2 數據異常概述

十堰柳林溝水管儀自2007年安裝運行至2018年以來除受年變影響產生的小幅度起伏和外部山體施工干擾外基本保持穩定。2018年5月18日起，儀器NS每天數據出現多次突跳，且幅度日漸增大。同期，EW分量未出現異常變化（圖2、3）。

3 異常分析

地傾斜儀器觀測的干擾因素一般認為主要包括氣象因素、觀測環境和觀測系統三類。柳林溝水管儀NS分量出現異常后，十堰臺、維修部等多次對該異常測項進行跟蹤分析和檢查維修。

3.1 氣象因素分析

3.1.1 降雨干擾分析

降雨對地傾斜觀測的影響主要是由于巖石裂隙經過雨水滲透浸泡后，發生體積膨脹，使孔隙壓力改變，一方面造成巖石的不均勻形變，另一方面也造成負荷的增加。降雨的影響不是在降雨之后立即顯示出來，而是存在一個滲透過程，一旦滲透達到飽和，再次降雨干擾就會表現出來。

巖石的滲透性強弱與地層巖性、巖石結構、構造、覆蓋層厚度、植被等因素有關。從地質地貌看，十堰柳林溝山洞覆蓋層厚度約30m，由元古界武當群片巖構成，巖石較完整，同時，十堰臺山洞走向與所處山脊走向基本一致，東西兩側排水通暢，山頂第四系松散堆積層偏薄，難以含蓄大量雨水。

降雨載荷造成的干擾主要體現為對儀器周邊不同部位造成的不均勻地即使假設存在一定的雨水滯留，其載荷也應主要影響到垂直山脊走向方向，表現形式多為長周期變化，由于本次異常形態為短期內多次突跳，而且位于同一山洞內的水管傾斜儀EW分量數據并未出現明顯變化。因此，基本排除本次異常變化是由于雨水滲透造成的巖石不均勻變形以及荷載變化引起的可能。

3.1.2 氣壓干擾分析

十堰臺氣壓資料呈典型的冬高夏低的正常年變特征，2014年以來氣壓年變規律清晰，不存在顯著變化。從十堰臺的氣壓資料與水管儀NS向資料變化年度對比可以看出，2018年上半年臺站氣壓未見明顯趨勢性異常變化，也未見其對水管儀資料產生明顯的同步干擾。

3.1.3 氣溫干擾分析

通過十堰臺氣溫、洞室溫度與水管儀NS向資料變化對比顯示正常的年動態特征，2018年曲線與往年對比呈正常年變特征，排除洞室和室外氣溫對水管儀NS向資料造成干擾。[2]

3.2 觀測環境調查

3.2.1 洞室內環境

對該觀測點的洞室內環境及周圍觀測環境進行了現場調查，整個山洞除北向留有唯一進出口外，其它出口均用混泥土砌墻密封，洞室內共建有5道通道密封門，其中1道為混泥土澆筑門，其余四道均為不銹鋼密封門，所有通道門均能正常關閉無破損情況，能很好地隔絕室外氣流干擾，表明洞室內保溫效果、密封性能良好，能與外界氣流良好隔絕。

3.2.2 周邊環境

十堰柳林溝形變觀測設備南側約150m左右處，有一個工地在開發建設住宅樓。在此建設地上28層、地下2層的住宅樓。目前場地大部分已開挖平整。

本次施工的項目預計開挖土石方約22.4×107kg（8萬方），目前已經完成約一半工程量，經過計算本次施工造成的傾斜影響|ωx|為2.45×10-7，遠大于限定指標。因此，認為該施工的荷載變化會對十堰柳林溝臺站水管NS分量的觀測造成一定影響。由于該項目始于2017年6～7月，據資料顯示該項目的影響表現為長期緩變，而此次儀器異常變現為短期多次突跳，因此本次異常可以排除周邊環境對儀器的影響。

3.3 觀測系統檢查

3.3.1 儀器工作狀態檢查

5月份以來十堰臺多次對十堰柳林溝形變臺站數采、傳輸線路和供電電源等觀測儀器的外部設備工作裝置進行了檢查和維修，現場核實未發現儀器部件出現新的損壞。

針對本次數據異常變化，十堰臺組織了現場核實，在對儀器主機、傳感器、通信系統、供電線路、UPS、供電電壓、避雷設施等進行了檢查，認為觀測系統的工作狀態正常。詳細如下：

（1）儀器供電、數采等觀測系統檢查

現場對DSQ儀器主機、通信系統、供電線路、UPS、供電電壓、避雷設施等進行了檢查，信號電壓與工作電壓均正常。

（2）水管儀觀測部件外部檢查

對十堰柳林溝臺DSQ水管儀的密封板、保溫板、缽體、膠皮管等檢查。檢查后認為儀器工作槽保溫性能封閉良好。缽體為不銹鋼材質，發現N端缽體表面略有銹跡;缽體蓋子為玻璃材質，N端有裂紋但已用膠水密封;膠皮管呈乳白色，紋理清晰，未見老化跡象;水管內水管清晰透明，未見渾濁，無漏水現象。

（3）水管儀觀測部件內部檢查

對十堰柳林溝臺DSQ水管儀進行內部檢查時發現儀器線圈件、導向簧片、壓圈、簧片座生有霉菌，初步懷疑是霉菌干擾觀測，導致觀測數據資料產生異常突跳，隨即對儀器霉菌進行了清理。

3.3.2 觀測系統檢查小結

通過現場調查和儀器觀測系統檢測，認為：

（1）十堰柳林溝臺水管儀主機、通信系統、供電線路、供電設施等均正常運行，無異常狀況，水管儀實時信號電壓與工作電壓均正常。

（2）水管儀的密封板、保溫板、缽體、膠皮管等保溫性能封閉良好、膠皮管、未見老化跡象、水管內水管清晰透明且無漏水現象。

（3）對比水管儀最近4次標定結果表明水管儀北與南、東與西的端點一致性、標定誤差等結果均符合規范要求，觀測系統工作正常。

（4）水管儀北端和南端速率變化計算結果與儀器工作原理、實際觀測數據吻合，表明記錄到的數據變化是真實的。

（5）2018年以來的儀器檢修干擾未造成水管儀長趨勢的改變，且無其它人類干擾活動，可以排除觀測工作失誤、人為干擾、觀測系統故障等影響。

（6）5月25日通過對儀器線圈件、導向簧片、壓圈、簧片座霉菌的清理，在隨后幾天內觀察發現儀器觀測數據恢復正常（圖4）。

綜上所述，十堰柳林溝臺水管傾斜儀觀測系統工作運行異常初步懷疑是霉菌干擾觀測，導致觀測數據資料產生異常突跳。

4 異常性質判定

（1）通過對長中短周期氣象資料、觀測資料對比研究表明此次異常與氣象因素無關。

（2）現場調查儀器南側的山體開挖位置與儀器最小距離僅為150m左右，計算結果表明儀器南側山體開挖所引起的傾斜變化量大于傾斜干擾的限定指標，能夠對十堰柳林溝臺的形變觀測造成一定長周期影響，與本次數據異常關系不大。

（3）通過對儀器觀測系統的調查發現，儀器觀測系統電源、通訊傳輸正常，但觀測元件線圈件、導向簧片、壓圈、簧片座生有霉菌，對霉菌進行清理后數據恢復正常。

綜合上述分析認為，水管儀5月18日以來的數據異常主要是受到儀器線圈件、導向簧片、壓圈、簧片座霉菌引起的干擾性異常。

參考文獻：

[1]孫伶俐，羅俊秋，呂品姬，等.十堰臺數字化水管儀傾斜潮汐觀測質量評定[J].大地測量與地球動力學，2011，31（z1）：59-63.

[2]狄樑，陸德明，丁建國，等.氣象因素對傾斜儀觀測干擾特征分析[J].大地測量與地球動力學，2017，37（8）：870-875.