黃 燦，郅紅魁，耿淑芬，段雅琴，陳 睿，孫培書，林景枝

(1.鄭州地震臺，河南鄭州 450062; 2.洛陽地震臺，河南洛陽 471023; 3.河南省地震局，河南鄭州 450000)

0 引言

河南省地震局滎陽地震臺位于滎陽市崔廟鄉(xiāng)王宗店村，經(jīng)度113°18'44″，緯度34°38'22″。海拔高度110 m，附近有須水?dāng)嗔?、上街?jǐn)嗔?、古滎斷裂、郭小寨斷裂、武陟斷裂、封門口－五指嶺斷裂等斷裂帶。2001年8月，安裝了數(shù)字化形變固體潮觀測儀器SS-Y 型伸縮儀、DSQ 型水管儀。兩套儀器并行架設(shè)在進深200 m 的山洞內(nèi)，觀測精度均優(yōu)于10－9。洞頂覆蓋厚度30 m，側(cè)旁覆蓋厚度60 m，山頂表面生長灌木植被，洞室通道采用兩道船艙門，一道水泥密封門隔斷，儀器槽采用泡沫板塑料布隔離，洞內(nèi)年溫差小于0.1℃。洞體巖性為饅頭頁巖和石英巖等。新儀器自正式記錄以來，工作穩(wěn)定，資料可靠，固體潮形態(tài)記錄清晰，但在運行過程中，外界各種干擾因素對記錄數(shù)據(jù)造成不同程度的影響。經(jīng)過調(diào)研落實、研究分析，我們總結(jié)了各種因素對滎陽臺固體潮記錄數(shù)據(jù)的影響情況，為迅速準(zhǔn)確識別干擾并進行處理提供參考。

中國地震局地震預(yù)測研究所研究員陳德福等提出5 種固體潮觀測地震異常形態(tài)，包括:①記錄曲線漸變—回復(fù)—發(fā)震(多見于遠震);②記錄曲線突變(階躍)—發(fā)震(多見于近震);③記錄曲線擾動或單項脈沖—正常—發(fā)震;④固體潮曲線畸變—發(fā)震;⑤記錄曲線脈沖(曲線加粗)—發(fā)震。［1］

上述5 種異常形態(tài)基本概括了形變固體潮觀測地震短臨異常特征，并已應(yīng)用于地震預(yù)報實踐。但在觀測過程中，滎陽臺周邊100 km 范圍內(nèi)未發(fā)生4 級以上地震，固體潮數(shù)據(jù)卻出現(xiàn)階躍、脈沖、畸變等異常情況。查找原因，認(rèn)識干擾，分析規(guī)律，并在數(shù)據(jù)預(yù)處理中做出有效處理，是臺站人員提高觀測資料質(zhì)量，準(zhǔn)確判斷干擾異常的基礎(chǔ)工作。

1 干擾異常特征

數(shù)字化水管儀、伸縮儀觀測資料正常記錄固體潮曲線都比較光滑、清晰，呈正弦波走勢(圖1)。

為了準(zhǔn)確識別各種干擾對資料的影響，掌握其規(guī)律特征，及時準(zhǔn)確捕捉地震異常信號，我們對滎陽臺的觀測資料進行了整理分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通常情況下，氣象因素對觀測資料的影響特征是長周期、大幅度和突發(fā)性的;人為因素的影響則因其活動的不確定性，比較難于判斷，需要準(zhǔn)確掌握人為活動的信息。以下就是滎陽臺數(shù)字化形變觀測異常情況具體的分析處理。

1.1 降雨

降雨對形變觀測的影響主要是雨水滲透巖層裂隙，使巖石孔隙壓改變，體積發(fā)生膨脹，產(chǎn)生不均勻變化。降雨對形變觀測的影響比較復(fù)雜，不但與降雨量有關(guān)，還與降雨的類型有關(guān)，持續(xù)性的降雨干擾表現(xiàn)為脈沖狀趨勢性緩慢變化，大雨、暴雨干擾表現(xiàn)為突變性拐折變化。影響特點主要表現(xiàn)為長趨勢、大幅度和突變性［2］。滎陽臺記錄資料多表現(xiàn)為急降雨30 mm 以上出現(xiàn)明顯擾動。在2007年7月30日，滎陽臺附近發(fā)生一次強降雨，天氣變化過程晴天—雷陣雨—陰天—陣雨(圖2)，對資料的干擾很典型。

1.2 大風(fēng)

大風(fēng)對DSQ 型水管儀固體潮的影響主要是引起儀器室內(nèi)空氣震蕩，造成氣流擾動，從而改變了儀器的液面壓力，使液面隨之響應(yīng)，在曲線上表現(xiàn)為上下波動的特點。對SS-Y 型伸縮儀的影響主要是作用于上覆地層，改變其受力狀態(tài)，在曲線上表現(xiàn)為固體潮波動變化［2］。經(jīng)分析，大風(fēng)多在4 級以上滎陽臺觀測資料出現(xiàn)風(fēng)擾異常，在持續(xù)時間上沒有明顯的特征。2008年3月1日，滎陽臺出現(xiàn)一次大風(fēng)天氣，引起形變固體潮曲線產(chǎn)生持續(xù)波動現(xiàn)象(圖3)。

圖1 滎陽臺形變數(shù)字化資料正常固體潮變化曲線Fig.1 Normal Earth tide of Xingyang Station(Based on Digital deformation data)

圖2 降雨對形變數(shù)字化資料的影響Fig.2 The Influence of Rainfall on Digital Deformation Data

1.3 雷電

由于形變數(shù)字化儀器水管儀、伸縮儀面向自動化智能化發(fā)展，電子技術(shù)得到全面應(yīng)用。來自雷電的主要是強電磁干擾，瞬間強雷電嚴(yán)重時儀器常被擊壞，輕則引起數(shù)據(jù)脈動。一般的雷電干擾對水管儀固體潮的總體變化形態(tài)影響較小，對伸縮儀固體潮的總體變化形態(tài)影響較大。2007年7月29日雷電對觀測資料的影響比較典型(圖4)。

1.4 進人

人進入儀器室對水管儀固體潮的影響不是人體負(fù)荷使地表傾斜所致，而是人員進入硐室，人體散熱使室內(nèi)溫度升高，人員移動引起儀器室內(nèi)靜止空氣形成對流，氣流擾動使儀器兩端液面氣壓不平衡的結(jié)果，儀器兩端液面變化在觀測曲線上常表現(xiàn)為突跳，而對伸縮儀的影響主要是負(fù)載［2］。2007年6月30日，工作人員檢修維護東西向設(shè)備，4 人進入山洞，使水管儀和伸縮儀觀測資料產(chǎn)生非常清晰的變化(圖5)。人進入儀器室的影響，比如儀器調(diào)零、校準(zhǔn)、調(diào)試都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)突跳、臺階或無效數(shù)據(jù)。

圖3 大風(fēng)對形變數(shù)字化資料的影響Fig.3 The Influence of Wind on Digital Deformation Data

圖4 雷電對形變數(shù)字化資料的影響Fig.4 The Influence of Lightning on Digital Deformation Data

圖5 進人對形變數(shù)字化資料的影響Fig.5 The Influence of human on Digital Deformation Data

1.5 礦山開采(放炮和震動)

滎陽臺位于山區(qū)，周圍有人開采石料，放炮炸石。目前5km 范圍內(nèi)正生產(chǎn)的礦坑3個，一個位于正南約0.5km，一個位于西偏北約2.5km，一個位于東偏北約3km。放炮產(chǎn)生的震動導(dǎo)致固體潮記錄曲線出現(xiàn)毛刺，呈凸凹狀畸變。對觀測資料影響比較明顯的是正南約0.5km 處最近的礦坑放炮，較遠的兩個礦坑放炮沒有造成明顯的影響。2003年9月27日的一次放炮典型干擾圖形(見圖6)。

圖6 礦山開采對形變數(shù)字化資料的影響Fig.6 The Influence of Mining on Digital Deformation Data

1.6 停電及電壓波動影響

停電及電壓波動時常影響形變數(shù)字化儀器觀測質(zhì)量，造成固體潮觀測曲線出現(xiàn)畸變、臺階等形態(tài)。2003年7月29日，儀器電壓超限，導(dǎo)致數(shù)據(jù)曲線畸變，正常固體潮形態(tài)失真。2010年10月26日，停電后交流轉(zhuǎn)換成UPS 直流供電，記錄數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)階躍(圖7、圖8)。

1.7 儀器故障

數(shù)字化形變儀器固體潮記錄的一些突變往往是傳感器、放大器、數(shù)采器及傳輸和供電線路等儀器設(shè)備故障造成的，可引起觀測資料的突變、脈動、畸變等，在找不到干擾源而資料又沒有恢復(fù)的情況下，要認(rèn)真檢查儀器的工作狀態(tài)。

圖7 電壓不穩(wěn)對形變數(shù)字化資料的影響Fig.7 The Influence of Voltage Instability on Digital Deformation Data

2 干擾處理實例

2.1 儀器校準(zhǔn)、調(diào)零的處理

儀器校準(zhǔn)(標(biāo)定)、調(diào)零(調(diào)試)、儀器故障過程中產(chǎn)生的臺階和非潮汐數(shù)據(jù)應(yīng)進行“臺階”和“缺數(shù)”處理。2008年7月22日儀器校準(zhǔn)(標(biāo)定)產(chǎn)生的非潮汐數(shù)據(jù)的處理對比(見圖9)。

2.2 自然因素干擾的處理

自然因素(降雨，大風(fēng)，雷電等)引起的漸變臺階、小幅度抖動，可不做處理。大幅度突跳，做急變臺階處理。例如2007年7月30日降雨造成的影響，水管儀觀測資料可不做處理，伸縮儀11點附近出現(xiàn)的突跳要處理，18 點附近的漸變臺階不用處理(圖2)。

圖8 斷電對形變數(shù)字化資料的影響Fig.8 The Influence of Power Failure on Digital Deformation Data

圖9 儀器校準(zhǔn)影響的處理Fig.9 Solution of the Instrument Calibration Influence

2.3 非自然因素干擾的處理

非自然因素(外界人為固定干擾源，偶然干擾源)引起的漸變臺階，可不做處理;典型圖形可保留;清楚干擾源的急變臺階、突跳要作處理。例如2007年6月30日，工作人員檢修維護東西向設(shè)備引起的臺階就要處理(圖5);而2003年9月27日的一次放炮典型干擾圖形則可以保留(圖6)。

2.4 停電因素影響的處理

停電或電壓不穩(wěn)引起的記錄數(shù)據(jù)突變或漸變比較特殊，因為數(shù)據(jù)失真，無論突變和漸變呈現(xiàn)的都是非潮汐圖形，所以必須進行臺階或缺數(shù)處理。例如圖7所示2003年7月29日，儀器電壓不穩(wěn)造成的固體潮形態(tài)失真，需要進行相應(yīng)的缺數(shù)處理。圖8所示2010年10月26日，停電造成記錄數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)階躍需要處理臺階。

3 結(jié)語與討論

形變觀測受多種因素影響，其中包括氣象變化、人為影響、設(shè)備本身及未知的諸多因素，認(rèn)識并排除干擾是判定地震異常的一項必不可少的工作。臺站觀測人員，必須對一些異?，F(xiàn)象做出準(zhǔn)確判斷，為正確估計震情趨勢提供依據(jù)。本文對滎陽臺十多年的觀測資料進行總結(jié)分析，通過大量的現(xiàn)場驗證，確認(rèn)了上述因素對觀測資料的影響特征，希望能為地震監(jiān)測人員資料處理提供幫助。

由于干擾因素的復(fù)雜性，現(xiàn)有的干擾事件還無法給出對資料的影響幅度，需要進一步積累干擾實例。例如降雨量大小、持續(xù)時間不同，類型不一，有時降雨量大卻沒有出現(xiàn)干擾反應(yīng)，這還與土壤的干燥程度，季節(jié)因素有關(guān);風(fēng)擾情況也是如此。由于歷史資料所限對放炮的影響僅總結(jié)了一些感性認(rèn)識。

［1］陳德福，張錫令，顏志高，等.氣流擾動對自記水管傾斜儀影響的實驗結(jié)果［C］//地殼形變動力學(xué)觀測與研究，北京:海洋出版社，1993:80－87.

［2］陳德福，羅榮祥，劉國培.傾斜異常圖像分類及特征淺析［C］//地殼形變動力學(xué)觀測與研究，北京:海洋出版社，1993:179－187.