[摘要] """本文選取易縣地震臺(tái)2020—2022年TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該時(shí)段體應(yīng)變數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性、年漂移量、精度進(jìn)行分析。通過(guò)分析自然天氣變化、觀測(cè)系統(tǒng)故障、人為干擾對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，討論易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀的映震能力。研究表明：①易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀運(yùn)行狀態(tài)良好且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較高；②自然天氣變化（降雨、氣壓）是影響易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的主要干擾因素，并且體應(yīng)變對(duì)氣壓變化的反應(yīng)更加靈敏，體應(yīng)變主測(cè)項(xiàng)與氣壓呈相同趨勢(shì)性變化；③TJ-2體積式應(yīng)變儀對(duì)全球MS≥7.0以及國(guó)內(nèi)MS≥6.0地震同震響應(yīng)極其明顯，并且震級(jí)越大、震中距越近，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線同震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。由于易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀安裝時(shí)間較早，線路老化嚴(yán)重且臺(tái)站儀器架設(shè)電路雜亂，電路干擾情況時(shí)有發(fā)生，需對(duì)儀器供電線路進(jìn)行優(yōu)化，有助于提升觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] TJ-2體積式應(yīng)變儀; 觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量; 干擾因素; 映震能力" " " " " " " " " [DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-201

中圖分類號(hào)：P315.6"""""""""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A""""""""""文章編號(hào)： 2096-7780（2024）09-0590-07

0 "引言

TJ-2體積式應(yīng)變儀是鉆孔應(yīng)變觀測(cè)的主要觀測(cè)設(shè)備之一，原因是在地球物理場(chǎng)觀測(cè)中，TJ-2體積式應(yīng)變儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：①TJ-2體積式應(yīng)變儀可以連續(xù)、精準(zhǔn)地反映體應(yīng)力在時(shí)間和空間上的變化情況；②TJ-2體積式應(yīng)變儀安裝到基巖深處部位，除人為干擾致使儀器周邊場(chǎng)地環(huán)境發(fā)生較大變化外，儀器所受干擾極少；③TJ-2體積式應(yīng)變儀安裝部署方便，由于是安裝在基巖鉆孔之中，平面占用面積較少，對(duì)地表觀測(cè)環(huán)境要求較低，便于選址安裝；④TJ-2體積式應(yīng)變儀觀測(cè)精度高、穩(wěn)定性好。許多學(xué)者利用TJ-2體積式應(yīng)變儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了儀器性能、干擾因素、質(zhì)量分析和震例研究，得到了很多有用的信息。TJ-2體積式應(yīng)變儀能普遍記錄到大地震的同震效應(yīng)，同時(shí)也能記錄到大地震前的臨震異常[1]。

本文選取河北省易縣地震臺(tái)2020—2022年TJ-2體積式應(yīng)變儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析該儀器的數(shù)據(jù)質(zhì)量、干擾因素，探討易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀的映震能力，以期為該地區(qū)其他地球物理場(chǎng)相關(guān)資料分析提供支撐和依據(jù)。

1 "觀測(cè)環(huán)境

易縣地震臺(tái)位于河北省保定市易縣龍里華村，緊鄰112線國(guó)道，是隸屬于河北省地震局的國(guó)家基本臺(tái)。其構(gòu)造位置處于太行山山前大斷裂和西部紫荊關(guān)大斷裂之間。臺(tái)基巖性為中生代侵入閃長(zhǎng)巖花崗基底巖與震旦系沉積巖和閃長(zhǎng)巖小侵入體的接合部[2]。TJ-2體積式應(yīng)變儀安裝在臺(tái)站院內(nèi)，該儀器于2015年4月12日正式入庫(kù)，共有鉆孔溫度、氣壓、水位和TJ-2體應(yīng)變4個(gè)測(cè)項(xiàng)。鉆孔深 89.98 m，鉆孔巖性從上至下分為3部分：首先為第四系黃土，其次為震旦系沉積頁(yè)巖，最后為中生代侵入閃長(zhǎng)巖[3]（圖1）。該TJ-2體積式應(yīng)變儀自安裝以來(lái)運(yùn)行良好，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線緩慢負(fù)向漂移，巖石呈張性變化[4]。

2 "觀測(cè)資料分析

選取易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀2020—2022年觀測(cè)資料，從數(shù)據(jù)連續(xù)性、完整性、年漂移量、數(shù)據(jù)精度4個(gè)方面進(jìn)行分析，探討易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.1 "觀測(cè)資料連續(xù)性與完整性

觀測(cè)資料完整性主要由數(shù)據(jù)連續(xù)率和數(shù)據(jù)完整率兩部分來(lái)考量。觀測(cè)資料連續(xù)率指在一定時(shí)間范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備記錄到的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)量與采樣總數(shù)的百分比。完整率是指在一定時(shí)間范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理缺數(shù)之后保留的有效數(shù)據(jù)量與應(yīng)有采樣總數(shù)的百分比。表1為本文統(tǒng)計(jì)的2020—2022年易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)率和完整率。由表1可知，易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)率和完整率均高于99.5%，數(shù)據(jù)完整性較高。

2.2 "年漂移量

可以通過(guò)年漂移量來(lái)判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基值的穩(wěn)定性。易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀2020年漂移量為585.4×10?9，2021年為1431.4×10?9，2022年為1016.4×10?9（表1），TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)曲線呈現(xiàn)緩慢漂移，2020—2022年儀器年漂移量滿足形變學(xué)科組要求。

2.3 "觀測(cè)資料精度

基于最小二乘法的維尼迪柯夫調(diào)和分析方法，能夠計(jì)算體應(yīng)變潮汐因子及其相對(duì)誤差（精度），得到固體潮觀測(cè)值與其理論值的偏離情況，從而判斷觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量[5]。表2為計(jì)算得到的易縣地震臺(tái)2020—2022年TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)潮汐因子及其絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。由表2得出以下結(jié)論：易縣地震臺(tái)體應(yīng)變儀潮汐因子平均值在1.1316±0.0299范圍之內(nèi)，可見(jiàn)易縣地震臺(tái)體應(yīng)變潮汐因子變化比較穩(wěn)定；潮汐因子相對(duì)誤差平均值在0.0238±0.0017范圍之內(nèi)，可見(jiàn)易縣地震臺(tái)體應(yīng)變觀測(cè)精度（相對(duì)誤差）較好。

3 "干擾分析

對(duì)易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，從自然天氣干擾、觀測(cè)系統(tǒng)故障干擾、人為干擾3個(gè)方面對(duì)易縣地震臺(tái)體應(yīng)變常見(jiàn)干擾進(jìn)行分析總結(jié)。

3.1 "自然天氣干擾

易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀觀測(cè)中受到的主要自然天氣干擾為降雨和氣壓。降雨干擾原因?yàn)橛晁竭_(dá)體應(yīng)變鉆孔周邊順巖體裂隙進(jìn)入鉆孔，導(dǎo)致鉆孔水位上升，改變鉆孔壁與體應(yīng)變儀之間的應(yīng)力狀態(tài)，從而導(dǎo)致干擾；氣壓變化導(dǎo)致儀器周邊地面負(fù)載產(chǎn)生變化[6]，從而改變巖體應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生干擾。由于降雨變化必然伴隨氣壓變化，所以本文從2020—2022年體應(yīng)變數(shù)據(jù)中選取兩天降雨天氣的體應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行舉例說(shuō)明。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：2022年6月23日記錄到降雨9.4 mm，氣壓變化幅度突升5.12 hPa，體應(yīng)變觀測(cè)值上升24.8×10?9，詳情見(jiàn)圖2a；2021年8月23日易縣地震臺(tái)記錄到降雨1 mm，氣壓變化幅度突降1.16 hPa，體應(yīng)變觀測(cè)值下降13.3×10?9，詳情見(jiàn)圖2b。由圖2紅色線框部分可見(jiàn)，易縣地震臺(tái)體應(yīng)變儀觀測(cè)曲線與氣壓呈相同趨勢(shì)性變化。分析易縣地震臺(tái)體應(yīng)變與降雨量、氣壓的相關(guān)性，計(jì)算得出體應(yīng)變與降雨量相關(guān)系數(shù)為0.0197，體應(yīng)變與氣壓相關(guān)系數(shù)為0.8442，說(shuō)明易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀對(duì)氣壓變化的反應(yīng)更加靈敏。

3.2 "觀測(cè)系統(tǒng)故障干擾

易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀常見(jiàn)的觀測(cè)系統(tǒng)故障干擾主要分為電干擾和設(shè)備自身故障干擾兩類。易縣地震臺(tái)儀器設(shè)備共用一個(gè)主電源且供電線路較復(fù)雜，近年來(lái)線路老化情況較嚴(yán)重，主電源故障造成的數(shù)據(jù)干擾時(shí)有發(fā)生。由圖3a紅色線框部分可見(jiàn)，2021年7月3日10：27—17：29因臺(tái)站院內(nèi)變壓器故障導(dǎo)致主電源不穩(wěn)，致使體應(yīng)變曲線在該時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)多次臺(tái)階現(xiàn)象。體應(yīng)變?cè)O(shè)備自身故障干擾主要為零點(diǎn)死機(jī)等情況。由圖3b紅色線框部分可見(jiàn)，易縣地震臺(tái)體應(yīng)變主機(jī)2021年8月26日00：00—07：41死機(jī)，期間造成長(zhǎng)時(shí)間壞數(shù)，07：42重啟主機(jī)后，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

3.3 "人為干擾

易縣地震臺(tái)TJ-2體應(yīng)變位于易縣地震臺(tái)站院內(nèi)，埋深89.98 m，觀測(cè)環(huán)境較為穩(wěn)定，受到人為干擾的情況極少，主要存在的人為干擾是單位院落內(nèi)部施工。例如2022年10月30日13：11—18：35體應(yīng)變鉆孔附近易縣地震臺(tái)四分量應(yīng)變新鉆孔進(jìn)行洗井工作（圖4），向四分量鉆孔中注入大量洗井水，期間體應(yīng)變曲線大幅度下降，降幅達(dá)926.0×10?9。

4 "映震能力分析

2020—2022年間，全球共發(fā)生MS≥7.0地震36次，6.0≤MS＜7.0地震264次，5.0≤MS＜6.0地震902次，MS＜5.0地震2085次。其中易縣地震臺(tái)TJ-2體應(yīng)變記錄到MS≥7.0地震30次，占全球地震總數(shù)的83.33%；記錄到6.0≤MS＜7.0地震63次，占全球地震總數(shù)的23.86%；記錄到國(guó)內(nèi)MS≥6.0地震15次，占國(guó)內(nèi)地震總數(shù)的83.33%；記錄到國(guó)內(nèi)5.0≤MS＜6.0地震32次，占國(guó)內(nèi)地震總數(shù)的39.02%；記錄到國(guó)內(nèi)MS＜5.0地震1次，占國(guó)內(nèi)地震總數(shù)的0.05%。由此我們得出結(jié)論：易縣地震臺(tái)TJ-2體應(yīng)變儀對(duì)全球MS≥7.0以及全國(guó)MS≥6.0地震存在較明顯的同震響應(yīng)。

2020—2022年間，易縣地震臺(tái)TJ-2體應(yīng)變共記錄到地震122次（表3和表4），其中國(guó)內(nèi)地震31次，國(guó)外地震91次；最大震級(jí)為8.1（2021年7月29日美國(guó)阿拉斯加州以南海域），最小震級(jí)為5.1（2020年7月12日河北唐山市古冶區(qū)）；最大震中距為18612 km（2020年9月1日智利北部沿岸近海），最小震中距為267 km（2020年7月12日河北唐山市古冶區(qū)）；最長(zhǎng)同震響應(yīng)時(shí)間為213 min（2020年3月25日千島群島），最短同震響應(yīng)時(shí)間為2 min（2022年3月26日青海海西州德令哈市）。將表3和表4震中位置相近的地震作對(duì)比發(fā)現(xiàn)：震中相近的地震，震級(jí)越大，同震響應(yīng)越明顯、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)；震級(jí)相同的地震，震中距越短，同震響應(yīng)越明顯、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。因此，通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)得出結(jié)論，易縣地震臺(tái)TJ-2體應(yīng)變記錄到的地震震級(jí)越大、震中距越近，同震響應(yīng)越明顯、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。

5 "結(jié)論

通過(guò)對(duì)2020—2022年易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)資料連續(xù)率、完整率、精度均較高，說(shuō)明易縣地震臺(tái)體應(yīng)變監(jiān)測(cè)資料質(zhì)量良好；氣壓和降雨對(duì)易縣地震臺(tái)體應(yīng)變均有干擾，并且體應(yīng)變對(duì)氣壓變化的反應(yīng)更加靈敏；體應(yīng)變儀對(duì)全球MS≥7.0以及國(guó)內(nèi)MS≥6.0地震同震響應(yīng)極其明顯，并且震級(jí)越大、震中距越近，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線同震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。由于易縣地震臺(tái)TJ-2體積式應(yīng)變儀安裝時(shí)間較早，線路老化嚴(yán)重且臺(tái)站儀器架設(shè)電路雜亂，電路干擾情況時(shí)有發(fā)生，需對(duì)儀器供電線路進(jìn)行優(yōu)化，有助于提升觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

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Analysis of observation data of TJ-2 volumetric strain gauge at Yixian seismic station

Liu Xiaolei*， Wang Sisi

Baoding Earthquake Monitoring Center Station， Hebei Earthquake Agency， Hebei Baoding 071051， China

[Abstract] """"This article selected the monitoring data of the TJ-2 volumetric strain gauge at Yixian seismic station from 2020 to 2022， and analyzed the continuity， completeness， annual drift， and accuracy of the volumetric strain data during this period. By analyzing the impact of natural weather changes， instrument failures， and human interference on the monitoring data， the article discussed the observation and seismic reflection ability of the Yixian seismic station. The conclusion incledes： ① The TJ-2 volumetric strain gauge at Yixian seismic station operates well and has high monitoring data quality. ② Natural weather change （rainfall， atmospheric pressure） are the main interfering factors affecting the monitoring data of the TJ-2 volumetric strain gauge. ③ The TJ-2 volumetric strain gauge exhibits extremely significant co-seismic responses to earthquakes with global MS≥7.0 and domestic MS≥6.0. The larger the magnitude and closer the epicenter distance， the longer of the duration of the monitoring data curve’ s co-seismic response. Due to the early installation time of the TJ-2 volumetric strain gauge at Yixian seismic station， severe aging of the line， and disorderly installation of the station’s instrument circuits， circuit interference often occurs. Therefore， it is necessary to optimize the instrument’s power supply line to improve the quality of observation data.

[Keywords] TJ-2 volumetric strain gauge; observation data quality; interference factor; earthquake reflecting ability

*通訊作者："劉曉磊（1991-），男，助理工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)方面的研究工作。E-mail：353298883@qq.com