漳州地震台VP垂直摆数据干扰分析

李杏梅，张凯，颜加进

漳州地震台VP垂直摆数据干扰分析

李杏梅，张凯，颜加进

（福建省地震局漳州地震台，福建 漳州 363118）

漳州台VP型宽频带垂直摆倾斜仪自2016-04安装以来运行稳定，观测数据连续可靠。选取2017-01至今数据，从自然环境、观测系统、场地环境、人为干扰、地球物理事件等因素进行分类分析，列举其中的干扰并总结归纳各种干扰对观测数据造成的影响，为识别干扰异常、提高日常观测资料质量及了解倾斜仪在不同应变过程中的异常变化特征提供参考。

垂直摆；数据干扰；突发性灾害；地震预测

地震是地壳受力引起破裂的突发性灾害事件，它造成的灾害是毁灭性的。这在当前全球城市化进程急剧发展，尤其是中国城市数量剧增的情况下，更显出防震减灾工作的重要性和紧迫性，其中地震前兆观测尤为重要。在地震前兆观测中，地震前兆观测仪器记录了地球物理量的变化情况。在正常情况下，地球物理量的变化呈现潮汐变化规律。日月对地球的引力不仅能引起地球表面流体潮汐，还能引起地球固体部分的周期性形变。干扰在地震前兆观测过程中不可避免，有的干扰易于分辨，有的干扰需要花费大量时间进行调查分析，还有的干扰疑似地震前兆异常变化。深入了解并分析各类干扰，对提高地震台站观测资料质量及地震预测预报具有重要意义[1]。其中，形变观测凭借多年的资料积累，在地震前兆观测和地震预测预报中起着重要作用。

本文通过对漳州地震台形变观测仪器VP型宽频带垂直摆倾斜仪干扰因素分类分析，列举总结其表现形式和规律，为台站日后观测及时排除干扰及地震预测预报提供参考[2]。

1 仪器介绍及台站概况

VP型宽频带垂直摆倾斜仪由中国地震局地震研究所研制，相比于之前的形变仪器，VP型宽频带垂直摆倾斜仪在采样率、频带宽度方面有了显著提升，不仅能记录固体潮，而且记录到的地震前后信息丰富，记录到的远震幅度比同类仪器大10倍以上，记录到的近震幅度比同类仪器大20倍以上。VP型宽频带垂直摆倾斜仪系统主要由四部分组成：垂直摆摆系、电源系统、信号处理系统、数据采集系统。摆系主要由摆体、柔丝和支架组成，运用了摆的铅锤原理，摆在无震动条件下处于铅垂状态，当由于振动发生倾斜变化时，摆的平衡位置发生变化，摆和支架之间的相对位置发生变化，位移传感器的动片和定片之间的间距也相应地发生变化，通过传感器将这种变化转换成电信号并加以放大，将摆的微小位移转换成电信号[3]。信号处理系统主要由振荡电路、放大电路、整形电路、同步检波电路和低通滤波电路构成[4]。数据采集系统采样率为1次/秒。

漳州地处中国东南沿海地震带，紧邻全球最活跃的台湾地震带，区内构造发育，多组北西向、北东向断裂成棋盘状交错。漳州地震台位于漳州辖区内龙海九湖镇衍后村，隶属于福建省地震局，台站附近出露大面积燕山期花岗岩，台站基岩为花岗闪长岩，海拔高程42.3 m。观测山洞进深100 m，覆盖层厚度39 m，洞内有三道密封舱门，洞内年平均气温22 ℃，年温差0.15 ℃[5]。

2 干扰因素分析

漳州台VP型宽频带垂直摆倾斜仪于2016-04-23完成安装，目前已积累了部分稳定、可靠的观测数据，固体潮变化形态清晰、正常。收集、整理2017年以来的观测数据为分析研究对象，从中提取由自然环境、观测系统、场地环境、人为干扰、地球物理事件等因素造成的干扰资料进行分析。

2.1 正常曲线

在不受其他因素干扰的情况下，漳州台VP垂直摆正常记录的固体潮曲线均匀光滑、清晰连续，日变周期明显，接近于正、余弦曲线波动，波形呈“2峰2谷”的变化形态。

2.2 自然环境

VP垂直摆观测精度达到千分之二角秒，在日常观测中易受大风、降雨、气压、温度、雷电等自然环境影响，很多自然干扰是无法防范避免的。漳州台位于沿海地区，VP垂直摆受到的自然环境干扰主要为气压、降雨、台风、雷电等。漳州台VP垂直摆安放在山洞尽头的观测室内，距洞口80 m，运行环境稳定，气压变化缓慢。短时气压突变会引起洞内气体压强变化，仪器基墩和仪器本体受力改变，产出的数据随之发生，表现为固体潮曲线短时畸变或波动。

2018-05-23T15：20—17：30，气压由1 010.5 hPa突升至1 012.2 hPa，而后在此期间波动，观测曲线受影响出现小幅畸变。

在遇到强对流天气强降雨时，土壤含水量迅速增加，引起基岩载荷的改变，对观测数据产生影响，曲线多出现小幅畸变，降雨结束后，曲线恢复正常。2018-09-23，受降雨影响，固体潮曲线畸变、突跳，期间降雨量达74 mm。

每年的夏秋季节，与中国毗邻的太平洋上热带气旋活跃，形成台风。台风影响是东南沿海地区不可避免的干扰。2018年第26号台风“玉兔”于2018-10-22T08：00在西北太平洋洋面上生成，2018-10-22T20：00加强为强热带风暴，2018-10-23T08：00加强为台风，2018-10-24T05：00加强为超强台风，2018-10-30凌晨在菲律宾吕宋岛登陆，而后进入南海继续向北西方向移动，2018-11-03凌晨减弱为低气压。受其外围云系影响，2018-11-01—11-02，台站出现强风及降雨，垂直摆观测曲线呈明显脉动加粗情况，期间台站气压幅度变化大，累计降雨量为59.2 mm。

雷电对仪器的影响也不容忽视，台站注重防雷，遇有雷雨天气，及时将观测仪器的交流供电切换为直流供电，虽能避免雷电对仪器造成严重损坏，但对观测数据仍有一定影响。据统计自观测以来，仪器数采主机曾3次因雷击导致死机，死机期间数据缺失，重启后恢复正常。

2.3 观测系统

观测系统干扰包括交直流切换干扰、超量程故障、供电故障、传感器故障、前置放大器故障、数采故障等。这些故障有的会导致观测数据出现短时畸变、缺数、台阶，有的会导致仪器严重损坏长时间停测。

交直流切换干扰在切换瞬间，变化明显。2017-05-13，观测室空气开关故障，交流电自动切换为直流电，切换瞬间曲线出现畸变台阶，最大台阶变化幅度为33 ms。

2018以来东西分量固体潮曲线时常在波峰波谷位置出现毛刺，初步判断为放大装置故障，2018-07-13，检修后更换前置放大元件，期间曲线畸变，最大变化幅度为104 ms，时间长达239 min。更换后数据恢复正常曲线光滑。

2.4 场地环境

观测台站在选址时，挑选空旷、周边人烟稀少无外界环境干扰的位置。随着社会的发展，台站周边活动逐步增加。观测山洞山体上方，有一规模性寺庙建筑，近些年来修建挡土墙、殿堂、停车场等，对台站仪器造成一定影响。

2018-08-07T08：00—12：00，山上寺庙有大型吊车施工，北南向观测曲线出现明显畸变，影响时间长达317 min。

2.5 人为干扰

人为干扰是造成VP垂直摆倾斜固体潮曲线不正常的重要原因之一，最常见的人为干扰有调零、标定、检修仪器、参观宣传、线路整理等。因工作人员进洞有详细日志记录，通常容易识别。

2017-01-06，应厂家人员要求对北南向进行标定，标定过程多次出现脉冲和坏数。因垂直摆尚未入网，故无标定要求，避免了定期标定过程中产生的坏数。

仪器安装后尚不稳定，容易出现超差情况。2016-04仪器安装后，至2018-08两年多时间内，两个方向日漂移量较大，开始时每隔几天就要调零，调零过程中产生台阶及错误数据。随着仪器的日益稳定，调零的次数越来越少。2018-09以来仪器运行稳定，曲线变化正常，未出现超差情况。

人员进洞会引起气流变化或洞室温度升高，导致观测曲线出现扰动等情况。由于人体体温通常高于洞室温度，人进洞室后，会产生热扩散，随着进洞时间的延长，洞室温度也逐渐升高，洞室空气对流加快，造成仪器部件和仪器基墩的不均匀变形。当仪器洞室温度短时间内变化过大时，会对观测数据造成一定的影响。引起空气流动[6]。进洞参观，常规巡检等，导致温度发生小幅变化，也会产生固体潮畸变，但时间短、幅度小。

2.6 地球物理事件

仪器运行以来，记录到了丰富的地震信息。2017-09-08 T12：49：15，墨西哥沿岸近海（北纬15.05°，西经93.90°）发生了8.2级地震，震源深度20 km，震中距14 464 km，固体潮曲线偏离正常潮波较远，有明显的畸变，变化形态表现为震荡，北南分量最大幅值为305 ms，东西分量最大幅值为333 ms，震荡时间持续近6 h，这是观测以来记录到的最大地震。2018-12-03T06：11：50台湾海峡（北纬23.35°，东经118.59°）发生3.0级地震，震源深度14 km，震中距157 km，变化形态表现为震荡，北南分量最大幅值为10.5 ms，东西分量最大幅值为12 ms，震荡时间仅80 s。

3 结论

对各类干扰因素进行分析，总结如下：①自然环境干扰无法防范，干扰主要表现以固体潮曲线小幅畸变、毛刺为主，与降雨、气压等气象要素变化情况对应关系较好。在突发恶劣天气后，应及时检查仪器工作状态，能有效避免因雷击导致死机造成数据缺失，保证数据的连续与完整。②在观测系统干扰中，仪器主要受供电影响较大，应定期对UPS进行充放电，保证仪器连续不断正常运行。③对场地环境干扰，台站大门、围墙外、观测上洞上方均安有摄像头实时记录，当曲线干扰变化类似环境干扰时，可调出相应时段视频进行查找。④人为干扰均能提前了解，却又不可避免，在实际观测过程中进洞检查维修仪器、参观等，尽可能缩短时间，减少工作人员数量，进出山洞时随手关门，尽量减少气流扰动，将影响降到最低。⑤仪器映震能力较好，表现为不同幅度的震荡。对于全球6.5级以上地震，全国5级以上地震，台湾4级以上地震，台湾海峡及台站周边3级以上地震，福建邻省4级以上地震，仪器均能完整记录。

漳州台VP型宽频带垂直摆倾斜仪干扰造成的观测曲线变化具有一定的特征性，在排除干扰后，观测数据真实地反映了固体潮的变化。对各类干扰因素的分析，有效缩短了台站日后排除干扰的时间，提高了日常观测资料质量。

［1］贾昕晔，贾彦杰，白少奇，等.宝昌地震台VP型宽频带垂直摆倾斜仪干扰因素分析［J］.地震地磁观测与研究，2018，39（5）：131-135.

［2］杨晓东，张创军，齐银峰，等.乾陵地震台形变观测干扰分析［J］.地震地磁观测与研究，2018，39（2）：127-131.

［3］荆红亮，张仰辉，郭祥云，等.临汾地震台VS型垂直摆倾斜仪运行资料分析与讨论［J］.地震地磁观测与研究，2006，27（5）：93-98.

［4］马武刚，卢海燕，胡国庆，等.VP型垂直摆倾斜仪校准装置的设计［J］.大地测量与地球动力学，2012，32（4）：152-155.

［5］张凯，方宏芳，张翊宁，等.漳州地震台SSY型伸缩仪资料干扰因素分析［J］.地震地磁观测与研究，2013，34（Suppl 2）：156-161.

［6］李惠玲，程冬焱，胡玉良，等.宽频带倾斜仪及其观测干扰因素分析［J］.山西地震，2017（2）：16-21.

P315.63

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.062

2095－6835（2019）20－0138－02

李杏梅（1989—），女，主要从事地震监测工作。

〔编辑：张思楠〕