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陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪观测质量评价

(来源:网站编辑 2022-12-18 06:11)

文章正文

齐银峰，赵杰，陈全智

（陕西省地震局宝鸡综合地震台，陕西宝鸡 721000）

形变观测是地震研究中重要的前兆手段，形变观测仪器运行受到各种因素的干扰，这些干扰因素影响数据的精度与可靠性，因此对仪器数据进行观测质量评价显得尤为重要[1]。近年来，对DSQ 型水管倾斜仪的观测质量评价已有一些研究，一些学者给出了系统的观测质量评价方法[2]，并对自然环境、场地环境、人为干扰等因素对观测数据的影响特征进行分析[3]。

本文通过对近年来八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪形变观测质量进行评价，作为后续各倾斜观测台站的资料质量评价的参考。

1 陇县DSQ 型水管倾斜仪观测背景

陕西陇县八渡地震台位于宝鸡陇县八渡镇东约3 km 的杨家庄村，地理坐标为东经106.89°、北纬34.76°，海拔高程941 m。该台位于青藏高原东缘、南北地震带的中段，该区动力学构造环境复杂，需要重点关注。该台对监测和研究该区域地表变形、断层活动、地震前兆及深部构造演化等具有重要的科学价值。

八渡地震台在区域构造上属陇西旋卷构造体系向东南延伸部分，主要断裂有固关—虢镇断裂、岐山—马召断裂、桃园—龟川寺断裂，次一级断层有千阳断层，展布方向均为北西向。八渡山洞所在桃园—龟川寺断层区域，该断裂西北端起于甘肃和陕西交界地段，长约100 km，断层走向NW，倾向NE，倾角65°～70°，下盘是前白垩纪变质岩、火山岩和花岗岩，上盘主要是六盘山群。该区域地质构造、断裂和山洞布设如图1 所示。

图1 区域地质构造、断裂和山洞布设示意图

陇县八渡地震台形变山洞有3 套观测仪器，分别是DSQ型水管倾斜仪、SS-Y 型铟瓦棒伸缩仪和VS 型垂直摆倾斜仪，如表1 所示。

表1 八渡地震台观测仪器概况

DSQ 型水管倾斜仪器布设为NS、EW 两个分量，垂直正交，方位为正NS（或EW）。本文仅选取DSQ 型水管倾斜仪并对该仪器观测质量进行分析评价。

2 观测资料分析

陇县八渡地震台观测洞室于2013-10 开凿完成，武汉地震科学仪器研究院水管仪研发小组到达地震台架设DSQ 型水管倾斜仪，并于2014-11-12 开始观测，本文对DSQ 型水管倾斜仪2015—2019 年的观测数据质量进行分析评价。

2.1 观测资料连续率和完整率

对陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪2015—2019 年的观测数据连续率和完整率进行统计分析，具体如表2 所示。

表2 陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪观测连续率和完整率

2.2 观测数据曲线

陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪采样率为每分钟一次，同时可实现数字化连续观测。图2 为陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪2015—2019 年日均值观测曲线，由图可知，2015—2019 年八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪观测数据稳定，观测资料映震良好、日变清晰，无明显地震前兆异常。陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪能清晰地记录到地球固体潮汐的变化。

图2 陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪2015—2019 年日均值观测曲线

2.3 观测资料精度和稳定性

为了对DSQ 型水管倾斜仪观测的稳定性和精度进行评价，本文使用M2 波的潮汐因子和均方差两个定量指标对观测数据质量进行评价，并采用调和分析方法[4]，计算和分析了DSQ 型水管倾斜仪2015-01—2019-12 时间段M2 波的潮汐因子及均方差数值，具体情况如表3、图3 所示。

表3 陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪潮汐因子及误差统计

图3 陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪固体潮M2 波潮汐因子变化图

由表3 和图3 可以得出，陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪2015—2019 年观测资料 NS 分量M2 波中误差0.0041～0.014 5，2015—2019 年观测资料 EW 分量 M2 波中误差0.005 0~0.013 9，据此可以认为陇县八渡地震台DSQ型水管倾斜仪观测、运行稳定，观测资料精度较高，符合规范要求的小于0.02 的技术指标值，观测精度达标，观测数据可靠。

3 主要干扰因素

八渡地震台观测受观测环境、人为因素、观测系统故障等干扰。对各种干扰进行分析，根据表现形式掌握其特点，及时排除干扰影响，为地震异常分析提供基础数据。

3.1 自然环境干扰

DSQ 型水管倾斜仪观测环境干扰有降雨、气压等[5]。以下对八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪观测受降雨影响产生的干扰举例进行说明。

陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪NS 向、EW 向在2016-06-12T19：49—23：47 受降雨影响，观测数据各测道均产生不同程度阶变，变化幅度小于3 ms，降雨量1.5 mm。

由于 2018-04-04T09：31—04-07T03：29 测区 04-04—04-05 日连续降雨，导致洞体压力增大，陇县八渡地震台DSQ型水管倾斜仪北南、东西分量数据受降雨影响趋势发生转折，变幅分别为17.58 ms、28.46 ms，由于八渡地震台未架设气象三要素观测仪，对比上王台气象三要素观测仪降雨值（两个测点直线距离约为20 km），04-04—04-05 日降雨量总计6.3 mm，04-07T03：30 起数据恢复正常。陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪受降雨干扰曲线如图4 所示。

图4 陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪受降雨干扰曲线

3.2 典型人为干扰

人为干扰多来源于人员进入山洞进行仪器标定、调零、仪器检修等情况。这些干扰较好辨别，也易于处理。以下对八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪观测受人为影响产生的干扰举例进行说明。

2019-11-27T13：47—15：03 值班员进洞检修仪器更换南端传感器，导致该时段陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪北南、东西分量数据出现突跳台阶，突跳幅度分别为408.43 ms、17.79 ms，删除突跳错误数据，修正台阶，台阶改正量分别为42 ms、3.02 ms。检修仪器结束15：04 之后数据恢复正常。

由于在2019-06-07T15：33—17：41 对仪器进行半年标定，造成陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪NS、EW 分量数据突跳台阶和缺数，删除突跳和错误数据，修正台阶，台阶改正量分别为NS：123.72 ms，EW：-85.86 ms。此次标定北南、东西分量均合格，启用新格值，北南新格值为0.351 62（E-3″/mV）、原格值为0.334 68（E-3″/mV）、格值误差为0.46%；东西新格值为0.305 65（E-3″/mV）、原格值0.290 54（E-3″/mV），格值误差为0.08%。06-07T17：42起恢复正常。

陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪受人为干扰曲线如图5 所示。

图5 陇县八渡地震台DSQ 型水管仪受人为干扰曲线

3.3 仪器运行不稳定造成干扰

八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪在运行时可能出现各种故障导致仪器运行不稳定，其中包括数采故障、供电故障等。以下对八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪观测受仪器故障影响产生的干扰举例进行说明。

2016-10-10T22：47—10-11T13：19 由于供电高压线出现故障导致供电中断，造成10-10T22：47—10-11T12：18陇县八渡地震台DSQ 水管倾斜仪停测缺数，经过维修后供电恢复，工作人员进洞检修仪器导致10-11T12：19—13：19数据错误，对该时段数据进行删除，仪器正常测数。

2018-11-02T21：15—11-07T07：49，陇县八渡地震台DSQ 水管倾斜仪北南分量前置放大盒出现故障导致北南数据该时段出现剧烈突跳，变幅82.15 ms，对其进行预处理，值班员进行排查期间11-07T07：50 起数据自行恢复正常，东西分量未受影响。陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪运行故障干扰曲线如图6 所示。

图6 陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪运行故障干扰曲线

4 结语

通过选取陇县八渡地震台DSQ 型水管倾斜仪2015—2019 年观测资料，对观测资料的观测精度以及仪器运行中可能受到的各类干扰进行分析。研究得出：该仪器运行良好，连续性完整性高，记录曲线连续率达99.60%，运行状态较稳定，M2 波中误差小于0.02 的限值要求，观测数据精度较高；仪器主要干扰来源为气象因素、人为因素、故障状态等。