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、觀測環境干擾等，在曲線形態上表現為毛刺、高頻擾動、趨勢傾斜等；同時選取某一典型干擾做數據的趨勢性相關性分析，判斷干擾與數據變化之間的擬合關系。了解各種干擾因素的突出特點，總結歸納常見干擾特征，為進一步提升干擾識別、做好數據預處理及應用提供參考。

關鍵詞：涇縣地震臺水管傾斜儀質量分析數據預處理

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律。除了地表海洋、大氣等流體會出現潮汐外，地球固體部分也會因日月的作用而出現周期性形變[1]。地傾斜觀測主要為獲取地殼形變的幾何及物理信息，可為地震監測預報研究提供大量有力的依據[2]。DSQ型水管傾斜儀可以自動記錄所在地區的垂直位移，進而反映地殼傾斜變化。能夠應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觀測。儀器基本原理為連通器原理，當傾斜儀兩端地基出現相對垂直位移時，兩端液面便會相對于儀器缽體發生變化，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的重要觀測手段需做好數據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水管傾斜儀觀測數據進行分析，了解各種干擾因素的特點，總結歸納常見干擾特征，為進一步提升干擾識別、做好數據預處理及應用提供參考。

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桃園村湖山坑，臺站北緯118.38。，東經30.7。，地處皖南山區南陵凹陷南端，臺址周圍三面環山，附近有江南斷裂和周王斷裂，小斷層發育，臺址有大面積石英砂巖出露。洞室巖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，臺站進行了形變數字化改造，9月1日DSQ水管傾斜儀安裝投入運行，經過多年運行，積累了大量觀測資料。但在日常觀測中，觀測數據易受到觀測系統、場地環境、自然環境、人為干擾等因素影響，導致數據噪聲大、突跳、畸變等，在曲線形態上表現為毛刺、高頻擾動、趨勢傾斜等[5]，給數據處理工作帶來不便。

2質量評定

2.1連續率和完整率

觀測數據連續率和完整率是衡量地震前兆觀測數據質量的重要指標之一，原始觀測數據是連續率的統計對象，也即人工沒有任何處理的儀器直接記錄收集到的數據，這種連續記錄重點在于掌握地殼形變特點和規律，對于認識地震地殼形變或前兆異常現象也具有一定意義，是檢驗儀器工作性能的主要指標之一；完整率統計對象是預處理數據，即根據不同學科觀測技術規范和要求進行預處理后的數據[6-7]。通過對涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀2018年—2022年的觀測數據進行計算分析（見表1和表2）。通過計算結果可以看出儀器產出數據的連續率和完整率較高，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據完整率低于99%，整體表明儀器的運行狀況良好，工作性能比較穩定。

2.2年零漂

年零漂主要用來衡量觀測儀器及其基墩穩定程度或地殼繼承性的新構造運動[8]，計算方法是將每年12月31日的日均值減去當年1月1日的日均值，所得差值即為當年的年零漂，結果具有正負之分。《地震及前兆數字觀測技術規范》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范要求，北南向年零漂值基本符合規范要求在2"左右，其中，2022年因為水管缽體破損漏水，經過維修后恢復，對觀測數據影響較大，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，所得數值為當年的年變幅。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，因山洞內部環境潮濕，對儀器產出數據的質量產生一定影響。其中，2022年因為水管缽體破損漏水，經過維修后恢復，對觀測數據影響較大，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安裝在同一個儀器槽內，當其中一套儀器進行調零、標定等檢修或運維時會對另一套儀器產生無法避免的干擾。2022年12月28—29日，因VP垂直擺儀器故障，運維人員進洞對儀器進行維修，對DSQ水管傾斜儀觀測數據產生影響，造成這一時段的數據出現毛刺和突跳（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。當降雨量較大時，雨水滲入地下巖石的空隙中導致巖石體積膨脹，由此造成地面傾斜變化，影響表現在固體潮觀測曲線上，可能會出現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，當降雨結束后一段時間后又會恢復原來的趨勢性變化[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，儀器觀測數據曲線出現明顯趨勢性變化，北南分量趨勢性下降，東西分量趨勢性上升。（見圖2、圖3）

進一步對此種趨勢性變化進行分析，涇縣臺山洞所處湖山坑三面環山，地勢呈現為北高南低，山洞外南側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，東側為山體，覆蓋層相對于西側更厚，同時樹木茂密更易儲水，降雨后雨水持續滲入，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水管傾斜儀數據的趨勢性相關性分析。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

由擬合結果可知，降雨與DSQ水管傾斜儀數據趨勢性變化之間有著較好的線性關系。

3.3觀測環境因素干擾

地震前兆觀測數據質量的優劣與否，與觀測點周圍的環境有很大的關聯程度，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量[7]。涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀NS分量觀測數據在2023年05月25日開始出現持續上升，7月下旬開始加速北傾；EW分量觀測數據7月下旬開始趨勢轉向，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，發現降雨與觀測數據變化在時間上有一定的同步性，降雨結束后則逐步恢復正常，由此排除降雨干擾；再對觀測系統進行檢查，并未存在主機、數采儀等儀器故障或接口不良，洞體內部環境和水管儀缽體、水管及前置盒等無明顯異常現象。初步判定為臺站周邊某單位（涉密）建設施工影響。經與施工方交涉，了解到5月底至8月，臺站形變山洞西北方向不遠處有體量較大開挖和填埋作業，約有碎石幾千方。綜合以上分析，觀測環境變化較為明顯，判定此次數據異常為臺站附近工地施工影響。從圖4中可以看出，此類干擾出現后對儀器數據影響尤為顯著，并且在短時間內能夠引起破年變的變化趨勢，容易讓人誤以為前兆異常。

4結語

（1）通過對涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀2018—2022年觀測數據的質量進行分析，DSQ水管傾斜儀穩定性較高，同震響應較好，觀測資料的質量評估情況基本滿足形變規范要求，常見的干擾有人為因素干擾、降雨干擾、觀測環境因素干擾。

（2）對洞室形變觀測來說人為因素干擾是無法避免的，儀器檢修標定等運維工作都會對觀測數據造成不同程度的影響。多數表現為密集的較大幅度突跳和臺階干擾等。為提高觀測數據的可靠性，業務人員應提高檢修運維能力，縮短進洞作業時間，在進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，當降雨量較小時，對觀測數據基本無影響；當集中降雨尤其是降雨量較大時，儀器的數據曲線會產生趨勢性上升或趨勢性下降，在降雨停止后，數據曲線又會逐漸回歸原趨勢性變化。

（4）觀測環境因素干擾較為復雜，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。在觀測數據曲線上表現為大幅突跳、臺階干擾等畸變，甚至造成觀測數據破年變，容易造成觀測數據“異常”事件。出現此類干擾后需盡快查清原因，排除干擾。使觀測數據在地震監測預報中發揮其應有的作用。

參考文獻

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