賴愛京,馮 英,王金萍,徐衍剛,劉 輝

(1.新疆地震局烏什地震臺,烏什 843400;2.中國地震應急搜救中心,北京 100049)

烏什地震臺多分量鉆孔應變觀測資料干擾的初步分析

賴愛京1,馮 英1,王金萍2,徐衍剛1,劉 輝1

(1.新疆地震局烏什地震臺,烏什 843400;2.中國地震應急搜救中心,北京 100049)

根據(jù)多分量鉆孔應變的觀測原理,從理論和實際觀測中分析了水廠抽水、標定、同機柜檢修儀器的相互影響、數(shù)采死機重啟數(shù)采、天氣突變打雷等對多分量鉆孔應變觀測的影響。分析表明,鉆孔應變觀測值波動時間與各干擾時間基本吻合,因此認為水廠抽水、同機柜檢修儀器、天氣突變打雷等對多分量鉆孔應變觀測會造成一定程度的干擾。

烏什;多分量鉆孔應變;干擾

0 引言

經(jīng)過4年多的建設,烏什地震臺已建成以地殼形變觀測為主,集測震、磁電、地下流體等觀測的綜合數(shù)字化的國家二類地震臺站,其中RZB-2型多分量鉆孔應變儀于2009年3月21日架設完畢,經(jīng)過近一年的運行,目前該儀器運行正常,可以清楚地記錄到固體潮,但數(shù)據(jù)曲線經(jīng)常因各種干擾發(fā)生畸變,出現(xiàn)數(shù)據(jù)突跳、掉格等現(xiàn)象,因此分析、總結(jié)各種干擾對觀測資料的影響是很有意義的。

1 臺站情況及觀測儀器簡介

1.1 臺站簡介

烏什地震臺位于新疆維吾爾自治區(qū)天山南麓的阿克蘇地區(qū)烏什縣,臺站屬國家級前兆臺,位于烏什縣西郊的七女墳旁,處在柯坪斷塊的東北部,北東向的闊克沙勒斷裂分布在臺站北部,臺區(qū)基巖大面積出露,巖性為石英質(zhì)砂巖。隨著“十五”前兆數(shù)字化改造的完成,烏什地震臺現(xiàn)有前兆數(shù)字化觀測項目:TJ-Ⅱ型體積式鉆孔應變儀、SSY-Ⅱ型洞體應變伸縮儀、DSQ型水管傾斜儀、LN-3A型水位儀、SZW-1A型水溫儀、FHD-2型地磁儀、ZD9A型大地電場、PET型重力儀、WYY-1型氣象三要素測量儀和RZB-2型多分量鉆孔應變儀,形成了較全面、系統(tǒng)的前兆監(jiān)測能力[1]。

1.2 儀器簡介

烏什地震臺多分量鉆孔應變使用的觀測儀器是中國地震局地殼應力研究所研制的電容式鉆孔應變儀,儀器型號為 RZB-2[2];儀器于2009年3月21日安裝完畢,同時開始試運行,儀器測量系統(tǒng)由井下探頭、地面儀器、配套的井下定向裝置與下井安裝設備等4部分組成。應變儀是一臺內(nèi)裝有多個微變位移量傳感元件的地下形變觀測儀器。在地下巖石間的內(nèi)應力作用下,應變儀中第i個傳感元件將敏感到巖石體的應變量,觀測儀器測定到巖體間的應變是隨時間的變化量[2]。

1.3 鉆孔狀況

儀器架設在地震臺院內(nèi)改造(加深)的一口觀測井內(nèi),該鉆井2006年完工,開口孔徑150mm,終孔孔徑130mm,測繩測量井深93.5m,模擬探頭測量孔深95m,井下水面至井口距離為8.9m,巖石性質(zhì)以砂巖為主,鉆孔描述為裂隙、含水層、破碎,柱狀圖及巖芯保存良好[3]。該觀測井距離一條流經(jīng)烏什縣北側(cè)的托什干河約12km,距省道S306公路直線距離約150m,距縣自來水廠約220m。

1.4 儀器架設情況

儀器于2009年3月21日架設調(diào)試完畢,儀器探頭架設在地震臺院內(nèi)的一口觀測井內(nèi),數(shù)采及主機安裝在辦公室內(nèi),觀測井到觀測室電纜長約75m,電纜采用埋地方式。傳感器探頭下到93.5m處,水位氣壓探頭下到18m處,井溫探頭下到55m處[3]。儀器探頭下放到井內(nèi)預定位置后,用425#水泥75kg、石英砂10kg和膨脹水泥3kg攪拌均勻,對探頭進行澆注,同天安裝鉆孔應變探頭和輔助觀測(鉆孔水位、氣壓和溫度)。整個儀器安裝較順利,儀器采用UPS不間斷電源供電,供電系統(tǒng)基本穩(wěn)定。

1.5 儀器的日常處理

2009年儀器試運行期間,由于沒有并入十五項目,無法采用十五前兆分析軟件對觀測數(shù)據(jù)進行預處理,值班人員每天登錄RZB-2型多分量鉆孔應變儀數(shù)采網(wǎng)頁下載EPD數(shù)據(jù),采用地殼所給的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件對原始數(shù)據(jù)進行合并,使用MapSIS分析軟件查看數(shù)據(jù)波形,沒有對數(shù)據(jù)進行任何處理,自2010年1月1日起,RZB-2型多分量鉆孔應變儀原始觀測數(shù)據(jù)并入備用服務器,利用中國地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理軟件通過備用服務器收取數(shù)據(jù),采用十五前兆分析處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理,處理方法及原理與體應變一致。

2 各種干擾對資料的影響情況

2.1 距離觀測點270m處的自來水廠抽水對多分量鉆孔應變的影響

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人類活動范圍的擴大,地震觀測的許多測項都受到了干擾,本文中的多分量鉆孔應變觀測數(shù)據(jù)和體應變觀測數(shù)據(jù)同樣受到抽水的影響。通過對水廠提供的抽水資料和體應變觀測數(shù)據(jù)、多分量鉆孔應變觀測數(shù)據(jù)作對比分析,發(fā)現(xiàn)多分量鉆孔應變數(shù)據(jù)和體應變數(shù)據(jù)出現(xiàn)干擾的時間與抽水時間比較吻合[4]。由于體應變較多分量鉆孔應變早幾年安裝,也曾對體應變的干擾作過調(diào)查研究,如圖1所示,因市電不穩(wěn),水廠水泵不能連續(xù)工作,抽水斷續(xù)進行,體應變觀測值也打破緩慢的壓性上升趨勢,呈現(xiàn)一節(jié)一節(jié)的臺階跳動,夜間02:35市電不穩(wěn),停記了2min,數(shù)據(jù)下降了0.5×10-9,變化不是太明顯,然后數(shù)據(jù)繼續(xù)壓性上升,04:56停電觀測數(shù)據(jù)由 264.3×10-9下降到 261.2×10-9,07:40—11:01來電,水廠恢復抽水,觀測數(shù)據(jù)恢復到263.5×10-9后開始緩慢上升,11:02—12:23停電,停止抽水,觀測數(shù)據(jù)下降了9.6×10-9,12:24—15:55來電,繼續(xù)抽水,觀測數(shù)據(jù)回升,15:56—17:26分停電,停止抽水,17:27—19:56來電,抽水,19:57—19:58停電,停止抽水,19:59—20:29來電,抽水,20:30—20:41停電,停止抽水,20:42來電,抽水。由圖1可以清晰地看出,每當水廠停止抽水時,體應變的觀測值總有一個向下的張性變化,原有的潮汐變化被打破[5]。所以自鉆孔儀器安裝以來,一直與體應變進行對比,發(fā)現(xiàn)鉆孔應變受抽水干擾和體應變受干擾較為一致,且干擾的時段也一致,水廠2009年改變抽水時間,夏季采用2個抽水泵工作,其中一個 24小時抽水,另一個在 8:30—10:00、13:30—15:30和19:30—22:00的3個用水高峰時段抽水,即在這3個時間段2個抽水泵同時工作,此期間對應變數(shù)據(jù)固體潮形態(tài)造成較大干擾,尤其是冬季一個泵24小時全天抽水,另一個泵抽水時間為8:30—23:00,23:00至次日08:30停止工作,供水量為3000m3左右。水廠抽水帶來地下水位動態(tài)的變化,造成多分量鉆孔應變觀測數(shù)據(jù)的變化,其干擾時刻與水泵的工作時間基本同步,全天抽水地下水層處于穩(wěn)定狀態(tài),鉆孔應變觀測數(shù)據(jù)處于一種動態(tài)平衡之中,干擾也就不明顯,具有完整的固體潮變化。一旦這種平衡被打破,特別是抽水處于斷續(xù)工作期間[5],對體應變和多分量鉆孔應變的干擾最為明顯,如圖2所示。

2.2 數(shù)采死機重啟數(shù)采對多分量鉆孔應變的影響

烏什臺RZB-2型多分量鉆孔應變儀自架設以來,采用FTP進入數(shù)采下載數(shù)據(jù),因數(shù)采存在故障,存在無法進入數(shù)采下載數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,重啟數(shù)采后恢復正常工作;重啟數(shù)采對北南分量、東西分量和北東分量影響較大,造成這三個分量缺記并掉格,對北西分量、懸空元件及其輔助觀測影響較小,如圖3所示。

2.3 發(fā)電對多分量鉆孔應變的影響

因2009年7月2日19:25—21:30市電停電,20:04使用臺站大發(fā)電機發(fā)電給儀器供電,造成鉆多分量孔應變數(shù)據(jù)受到干擾,多分量鉆孔應變數(shù)據(jù)的影響時間為19:25—21:33,如圖4所示。

圖1 烏什臺2007年8月26日體應變和輔助觀測鉆孔應變的分鐘值曲線圖

圖2 2009年5月1日體應變和多分量鉆孔應變的NS向、EW向分鐘值曲線圖

圖3 2009年6月30日多分量鉆孔應變數(shù)采死機重啟數(shù)采時的分鐘值曲線圖

圖4 2009年7月2日多分量鉆孔應變分鐘值曲線圖

2.4 雷電對多分量鉆孔應變的影響

刮風、打雷、下暴雨等天氣變化會對多分量鉆孔應變數(shù)據(jù)造成不同程度的干擾。2009年8月7日16:40左右打雷,17:00強雷電、暴雨天氣后,觀測數(shù)據(jù)曲線有畸變,出現(xiàn)大的臺階和突跳干擾,如圖5所示。

圖5 2009年8月7日多分量鉆孔應變及其輔助觀測分鐘值曲線圖

2.5 同一機柜檢修其他儀器的相互影響

RZB-2型鉆孔應變儀數(shù)采和水位、水溫等儀器數(shù)采置于同一機柜,檢修儀器存在相互影響,2010年3月23日烏什臺水溫儀出現(xiàn)故障,數(shù)據(jù)無法收取,24—25日檢修水溫儀器的過程中,插拔電源對同機柜的體應變沒有影響,對靜水位和多分量鉆孔應變有影響,且同一儀器不同元件干擾程度還有所差別[4],其中多分量鉆孔應變NS向和NE向元件干擾較大,如圖6所示。

圖6 2010年3月24—25日鉆孔應變及其輔助觀測分鐘值曲線圖

3 結(jié)束語

本文對烏什臺RZB-2型多分量鉆孔應變儀的干擾特征進行了分析,總結(jié)了影響RZB-2型多分量鉆孔應變儀觀測數(shù)據(jù)的一些因素,有助于我們在今后的工作中對RZB-2型多分量鉆孔應變儀及其他前兆數(shù)字化儀器的不同干擾進行識別,提取可靠的觀測數(shù)據(jù)信息,積累經(jīng)驗,為地震短臨預報提供可靠的判定依據(jù)和指標。

[1] 賴愛京,徐衍剛,馮英,等.水廠抽水對烏什地震臺體應變觀測數(shù)據(jù)的干擾分析[J].防災科技學院學報,2009,(2):54-57.

[2] 趙楠,江沛春,張光華,等.六安地震臺 TJ-2鉆孔體應變資料初析[J].防災科技學院學報,2010,(1):79-83.

[3] 北京震苑迪安防災技術(shù)研究中心.TJ-2體應變儀器使用說明書[S].中國地震局地殼應力研究所,2007(3):1-10.

[4] 高福旺,李麗,牛安福,等.對體應變干擾因素的識別及排除[J].地震,2004,24:90-97.

[5] 唐九安,王勇,劉福生.北京昌平地震臺 TJ-1體積鉆孔應變儀潮汐參數(shù)動態(tài)特征及其穩(wěn)定性研究[J].華北地震科學,2001,12:34-40.

Analysis of Interferences to Wushi Seismic Multi-component Borehole Strain Observation

LAI Ai-jing1,FEN G Ying1,WAN GJin-ping2,XU Yan-gang1,LIU Hui1
(1.Earthquake Administration of Wushi City,Wushi 843400,China;
2.National Earthquake Response Support Service,Beijing 100049,China)

According to the principle of the multi-component borehole strain observation,the interferences of water work pumping,calibration,repairing of equipments in the same cabinet,digital acquisition system restarting,abrupt change of weather and thunder to the multi-component borehole strain observation are analyzed.Analysis shows that the fluctuations in borehole strain observations are basically consistent with the interferences;So that,the water works pumping,repairing equipment in the same cabinet,thunder and other weather changes lead to the interferences to the multi-component borehole observations to a certain degree.

Wushi;multi-component borehole strain;interference

P315.62

A

1003-1375(2010)04-0051-06

2010-04-20

新疆地震科學基金(200908)資助

賴愛京(1968-),女(漢族),工程師,主要從事地震監(jiān)測工作.E-mail:xjlaij68@163.com.