赤峰地震監測中心站形變觀測干擾的識別*

于章棣 范東海 劉繼偉 黃瑞濱

內蒙古自治區赤峰地震監測中心站 內蒙古 赤峰 024000

1 臺站觀測背景

赤峰地震監測中心站位于內蒙古赤峰市，是內蒙古形變觀測站之一，赤峰市境內地質構造比較復雜，主要斷裂構造有：天山口—八里罕新華夏系斷裂構造帶；西拉沐淪東西向斷裂構造帶；錦山—開原東西向斷裂構造帶[1]。

赤峰中心站形變觀測山洞位于赤峰市紅山區東北端的紅山腳下，山洞進深40m，覆蓋層厚約18m。NS-EW向搌布，臺墩建在花崗巖上，山洞上方覆蓋的長英花崗巖體約18m，洞內平均溫度12℃左右，相對濕度≤85%，日溫差±0.05℃，年溫差±1.0℃。山洞與赤峰—錦山斷裂僅有幾公里，屬于天山口-八里罕斷裂帶的一部分，總體走向約北28°～30°東傾向南東，該斷裂形跡以發育密集的北東向壓性。洞內架設有DSQ型水管傾斜儀和SSY型伸縮儀，兩套儀器已經穩定運行16年，觀測數據真實可靠，如表1。

表1 觀測儀器設備表

2 干擾因素分析

匯集近10年兩套形變儀器的數據，得出觀測過程中受到的干擾類型及干擾因素，從觀測系統、環境和人為干擾因素進行分析，說明各類干擾特征，以提高干擾識別正確率、準確捕捉地震前兆異常。

2.1 觀測系統

赤峰中心站形變觀測儀器主要發生的觀測系統事件主要包括：供電故障、前置放大器故障和數采故障，觀測曲線如圖1。

圖1 伸縮儀觀測受觀測系統事件影響后的數據變化

2.1.1 供電故障。赤峰中心站日常觀測中供電故障通常表現為突跳、缺數和臺階。如：2018年7月30日—31日，因防雷改造，最大變幅1007（10-10），正常變幅為（10-10），停電期間表現為缺數，恢復供電后變化形態為大幅臺階。

2.1.2 前置放大器故障。2017年7月30日—8月4日，伸縮儀前置放大器故障，表現形態為固體潮消失，期間變幅達9541（10-10），正常日變幅為310（10-10）。

2.1.3 數采故障。2019年6月20日，伸縮儀數采故障，表現形態為間斷性缺數，數據產出不穩定。

觀測系統類事件除不可抗因素外，加強供電線路及備用電源檢修、儀器運行檢查、及時補充備機備件，基本可以減少此類干擾事件的發生，進而保障數據連續性。

2.2 人為干擾

赤峰中心站形變儀器受到人為干擾影響主要包括儀器校準、調零及儀器檢修，觀測曲線如圖2。

圖2 赤峰中心站形變觀測受人為干擾事件影響后的數據變化

2.2.1 儀器校準。儀器校準包括標定和調零。依據形變學科規定，形變儀器每年應至少進行2次標定，以保障儀器運行穩定性及數據產出準確性。

2.2.2 進洞。赤峰中心站山洞內有伸縮儀、水管儀和地震計，進洞檢修儀器、添加干燥劑等均會對形變觀測造成干擾。若多人進洞可能同時存在體重負荷及人體散熱、走動引起洞腔靜止空氣流動的影響，少量人員進入則主要受后者影響[2]。赤峰中心站形變觀測進洞干擾通常表現為：階躍、固體潮畸變。

2.3 環境干擾

赤峰中心站形變觀測主要受以下環境干擾因素影響：強降雨、雷電、氣壓、載荷變化。觀測曲線如圖3。

圖3 赤峰中心站形變觀測受自然環境影響后的數據變化

2.3.1 自然環境。自然環境干擾包括降雨干擾、氣壓干擾及雷電干擾。通常表現形態為：階變、固體潮畸變和趨勢性變化。形變儀器伸縮儀和水管儀與氣壓變化較為同步，基本不存在滯后性。

2.3.2 場地環境。場地環境干擾主要為工程運行導致的載荷變化，觀測曲線如圖4。

圖4 赤峰中心站形變觀測受場地環境干擾后的數據變化

2020年4月08日赤峰中心站形變觀測山洞外緣山體以東30米處的森林公園進行道路施工，施工包括使用挖掘機對公園水泥路面進行破損、道路輔修和垃圾清運工作，施工日均量約為500土方量，施工導致對應力結構產生影響，發生載荷變化。施工位置在山洞東面約100米，伸縮儀東西分量數據干擾明顯，南北分量數據未受明顯影響。SS-Y伸縮儀東西向出現大幅上升階躍，北南方向未受明顯影響，影響期間北南分量最大變化幅度：43.7(10-10)，東西分量最大變化幅度：266.5(10-10)。

赤峰臺DSQ水管儀2020年6月8日北南向波形出現固體潮畸變情況，東西向無明顯變化，北南分量最大變化幅度：64.60(ms)，東西分量最大變化幅度：31.95(ms)。經查原因為：赤峰中心站形變觀測山洞外緣山體以東30米處的森林公園內綠化進行砍伐、種植、大型車輛裝載運輸等工程，導致山體應力發生變化。

3 結束語

赤峰地震監測中心站兩套形變觀測儀器主要受到觀測系統故障、人為干擾事件和環境干擾（自然環境和場地環境）三類情況影響，不同干擾因素會導致觀測曲線不同變化形態，同一干擾因素不同儀器響應也不盡相同，如強降雨會引起 DSQ 水管儀、SS-Y 伸縮儀觀測曲線出現轉折突變，人員進出山洞會導致儀器記錄曲線大幅突跳，氣壓變化會引起地傾斜觀測儀器記錄曲線加粗、毛刺增多，載荷變化會引起SS-Y傾斜儀張性變化和數據大幅階躍等[3]。干擾提高了形變觀測中地震前兆識別的難度，如何降低干擾事件發生頻次以及如何做好干擾識別工作意義重大。通過以上總結與分析，結合今后的研究，對赤峰地震監測中心站形變觀測干擾影響形成定性和定量認識，可結合理論模型進一步分析，以達到排除干擾、識別地震前兆異常的目的。