南平臺水管傾斜儀NS向異常調查與分析

龔薇 方傳極 劉水蓮 梁凱 全建軍

摘 ?要：南平臺水管傾斜儀NS分量2016年3月12日-4月5日觀測曲線出現了4次下降型階變。為了確定成因，從缸體漏水、場地境、自然環境和觀測系統等4個方面進行了調查和分析，最終確定該異常成因及異常非震兆性質。

關鍵詞：水管傾斜儀;異常調查分析;干擾分析

中圖分類號： ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）01-0076-04

Abstract： From March 12 to April 5， 2016， the observation curve of NS component of water pipe tiltmeter in Nanping Seismic Station showed four descending order changes. In order to determine the cause of formation， this paper investigated and analyzed from four aspects， such as cylinder leakage， site environment， natural environment and observation system. Finally， the origin and non-seismic nature of the anomaly are determined.

Keywords： water pipe tiltmeter; abnormal investigation; interference analysis

引言

形變觀測是地震前兆的重要組成部分，通過較長時間觀測資料的積累，能夠為地震預測預報提供基礎數據，是地震科學和地震預報必不可少的基石與支柱。在地震前兆觀測過程中，總會有這樣或那樣的干擾出現，有的干擾易于分辨;有的干擾需要花費大量的時間進行調查分析;還有的干擾疑似地震前兆異常[1]。地形變觀測資料的干擾分析，國內的科研人員做了大量的研究工作，任佳[2]、王梅[3]等從人為因素、儀器本身以及臺站周邊環境對形變觀測的影響進行了分析;張學陽[4]、丁建國[5]、孫伶俐[6]等從溫度、氣壓、降水較多分析了對地形變觀測的影響。因此了解、掌握地震前兆觀測中各類干擾源的性質和特征是地震工作者的首要任務。

針對南平地震臺 DSQ 型水管傾斜儀NS向2016年3月12日-4月5日出現的異常狀況，我們根據 《形變學科觀測資料異常變化現場核實工作報告編寫要求（試行》 準則來進行詳細的異常排查分析工作[7]。

1 臺站及水管傾斜儀的基本情況

南平地震臺（以下簡稱南平臺）位于政和——海豐斷裂帶中段西側、邵武——河源大斷裂帶的北段，座落于水口庫區、沙溪口庫區、待建溪庫區的三向包圍之中，位置險要。觀測山洞在福建省南平市延平區東坑村山坡上，周圍是荒山、農田，無大型工礦企業，周圍無干擾，觀測環境優越。洞內巖性為絹云母板巖夾透輝石英巖，巖石出露完整，質地比較堅硬。洞口上覆蓋山坡坡度約為420C，洞頂覆蓋20～40m，洞口海拔184.5m，方位角3350C，總長39.3m。洞內年平均溫度為16.5℃左右，年溫差小于0.03℃，相對濕度保持在 80%左右。南平臺DSQ水管傾斜儀自2004年9月正式運行起，運行狀況良好，連續率、運行率、內精度均達到優秀標準（圖1）。

2 異常變化簡述

南平臺水管傾斜儀NS向于2016年3月12日至4月5日在正常日變的背景下出現了4次下降型階變（圖2），最大變化幅度為216.5ms（日變幅一般在30～60ms），下降發生后，數據開始恢復性北傾，曲線呈現V字形，并且NS向數據異常變化具有周期性，大約間隔7天，且N向、S向均下降（圖2、表1）。

3 異常成因調查與分析

分析南平臺 DSQ 型水管傾斜儀NS向2016年3月12日至4月5日出現了4次下降型階變狀況成因，主要從缸體漏水、場地環境、自然環境和觀測系統等方面進行了分析研究。

3.1 缸體漏水排查

發現異常后，值班人員對水管傾斜儀進行了全面檢查，并未發現缸體和管道漏水現象。從圖3可以清楚地看到：2012年5月24日20：14至6月1日16：25，南平臺水管傾斜儀N端缸裂漏水出現數據錯誤現象（圖3）與2016年3月的異常情況明顯不同，可以排除水管缸體漏水情況。

3.2 場地環境排查

南平臺山洞附近是農地，無明顯干擾源。另外南平臺2015年9月20日對其山洞進行改造，主要針對儀器房擴建、重力墩建設、洞內墻壁的改造和供電線路更新。為了不影響記錄將洞內所有儀器停測，改造好后再恢復觀測，因此南平臺2015年9月20日-12月19日對水管傾斜儀、垂直擺傾斜儀等進行停測。恢復觀測后，在經過一段不穩定期后，水管傾斜儀NS向恢復正常，進行標定，標定格值與上一次標定的誤差為0.6%，而且水管傾斜儀NS向和垂直擺傾斜儀兩分向安放于同一山洞內（圖4），觀測環境相同，它們并無明顯異常，排除場地環境的干擾。

3.3 自然環境排查

自然環境的對形變觀測的影響，主要表現在氣象因素方面。南平臺受到的環境干擾有降雨、雷雨等。觀測實踐表明，降雨、雷電等氣象因素對形變觀測有一定的影響。

降雨對地傾斜觀測的影響主要表現在，雨水滲入洞體巖石裂隙，巖體膨脹，造成地表傾斜或伸縮變化，這些變化會反應在固體潮觀測曲線上，降雨影響主要與洞室基巖條件有關，同一測向每次降雨引起的異常形態相似。從圖5可以清楚看到，2015年7月22日至24日，受強降雨的影響，水管傾斜儀兩分向幅度變化明顯，3天變化了NS變化了191.7ms，EW向變化了-210.1ms。

雷電是在積雨云形成的情況下氣壓發生突變引起，氣壓有日變化、年變化和非周期變化，氣壓日變化和年變化相對平緩。氣壓突變是非周期變化的一種，該變化往往對地震觀測儀器造成干擾。南平地區3-9月是雨季，在下雨季節經常會發生雷電現象，2014年9月30日16：52至20：34時雷電并伴隨大雨，氣壓變幅達6.9hPa，造成了水管傾斜儀NS、EW分量觀測數據出現畸變，變化幅度分別為4.1ms、4.7ms（圖6）。

本次異常表現為水管傾斜儀NS向4次下降型階變，明顯不屬于降雨和雷電的影響。因此排除了自然環境的影響。

3.4 觀測系統干擾分析

地震前兆觀測技術系統就是實現一個或多個測項數據采集和存儲、信號傳輸、供電等功能的各分系統的總和。與其他干擾不同，觀測技術系統干擾是儀器自身在運行過程中產生的干擾，因為前兆儀器都是由電子元器件組成，這些元器件在運行過程中可能出現這樣那樣的故障，加之供電、信號傳輸不正常，維護人員操作不當，儀器工作狀態失穩甚至存在設計缺陷等情況，儀器的觀測記錄就會受到影響。

發現異常后，值班人員對觀測系統進行了全面檢查：對水管傾斜儀主機、傳感器、通信系統、供電線路、充電機、供電電壓、避雷設施等進行了檢查，均工作正常。2016年4月5日水管傾斜儀NS向再次出現數據下降現象，4月6日工作人員進洞對水管傾斜儀關閉直流電源2分鐘，至此NS向數據下降現象未在發生。經分析發現，水管傾斜儀供電電路分成NS、EW兩路，由于NS向供電傳輸偶爾不正常，造成了NS向數據異常，因而EW向并未出現此類異常。

4 結論

針對南平臺水管儀NS向2016年3月觀測資料發生的異常變化，從缸體漏水、場地環境、自然環境和觀測系統等4個方面進行了調查和分析，初步得出以下結論。

（1）2016年3月12日至4月5日，水管傾斜儀NS向觀測曲線出現了4次下降型階變異常，基本可以排除缸體漏水、場地環境、自然環境的影響。

（2）造成水管儀NS分量異常變化的可能因素有，水管儀NS供電電路不正常。

參考文獻：

[1]邱澤華.關于地震前兆的判據問題[J].大地測量與地球動力學，2010，30（增刊II）：1-5.

[2]任佳，王長江，馬利軍，等.對VS垂直擺傾斜儀異常圖像的初步認識[J].華北地震科學，2003，21（1）：43-45.

[3]王梅，李峰，孔向陽，等.數字形變觀測干擾識別[J].大地測量與地球動力，2004，24（1）：94-98.

[4]張學陽，郭芝鐸，程志升.降雨和溫度變化對大黃山水管傾斜儀觀測的影響[J].地震，1986（3）：38-43.

[5]丁建國，陸德明，狄梁，等.常熟臺傾斜儀降雨干擾定量分析[J].華南地震，2011，31（3）：83-88.

[6]孫伶俐，羅俊秋，龍濤.大氣降水對數字化地傾斜觀測干擾特征分析[J].大地測量與地球動力學，2010，30（Z1）：105-110.

[7]中國地震局監測預報司.形變學科觀測資料異常變化現場核實工作報告編寫要求（施行）[R].北京：中國地震局，2013.