隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀觀測質(zhì)量評(píng)價(jià)

齊銀峰，趙 杰，陳全智

（陜西省地震局寶雞綜合地震臺(tái)，陜西 寶雞 721000）

形變觀測是地震研究中重要的前兆手段，形變觀測儀器運(yùn)行受到各種因素的干擾，這些干擾因素影響數(shù)據(jù)的精度與可靠性，因此對(duì)儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測質(zhì)量評(píng)價(jià)顯得尤為重要[1]。近年來，對(duì)DSQ 型水管傾斜儀的觀測質(zhì)量評(píng)價(jià)已有一些研究，一些學(xué)者給出了系統(tǒng)的觀測質(zhì)量評(píng)價(jià)方法[2]，并對(duì)自然環(huán)境、場地環(huán)境、人為干擾等因素對(duì)觀測數(shù)據(jù)的影響特征進(jìn)行分析[3]。

本文通過對(duì)近年來八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀形變觀測質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為后續(xù)各傾斜觀測臺(tái)站的資料質(zhì)量評(píng)價(jià)的參考。

1 隴縣DSQ 型水管傾斜儀觀測背景

陜西隴縣八渡地震臺(tái)位于寶雞隴縣八渡鎮(zhèn)東約3 km 的楊家莊村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106.89°、北緯34.76°，海拔高程941 m。該臺(tái)位于青藏高原東緣、南北地震帶的中段，該區(qū)動(dòng)力學(xué)構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，需要重點(diǎn)關(guān)注。該臺(tái)對(duì)監(jiān)測和研究該區(qū)域地表變形、斷層活動(dòng)、地震前兆及深部構(gòu)造演化等具有重要的科學(xué)價(jià)值。

八渡地震臺(tái)在區(qū)域構(gòu)造上屬隴西旋卷構(gòu)造體系向東南延伸部分，主要斷裂有固關(guān)—虢鎮(zhèn)斷裂、岐山—馬召斷裂、桃園—龜川寺斷裂，次一級(jí)斷層有千陽斷層，展布方向均為北西向。八渡山洞所在桃園—龜川寺斷層區(qū)域，該斷裂西北端起于甘肅和陜西交界地段，長約100 km，斷層走向NW，傾向NE，傾角65°～70°，下盤是前白堊紀(jì)變質(zhì)巖、火山巖和花崗巖，上盤主要是六盤山群。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、斷裂和山洞布設(shè)如圖1 所示。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、斷裂和山洞布設(shè)示意圖

隴縣八渡地震臺(tái)形變山洞有3 套觀測儀器，分別是DSQ型水管傾斜儀、SS-Y 型銦瓦棒伸縮儀和VS 型垂直擺傾斜儀，如表1 所示。

表1 八渡地震臺(tái)觀測儀器概況

DSQ 型水管傾斜儀器布設(shè)為NS、EW 兩個(gè)分量，垂直正交，方位為正NS（或EW）。本文僅選取DSQ 型水管傾斜儀并對(duì)該儀器觀測質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2 觀測資料分析

隴縣八渡地震臺(tái)觀測洞室于2013-10 開鑿?fù)瓿?，武漢地震科學(xué)儀器研究院水管儀研發(fā)小組到達(dá)地震臺(tái)架設(shè)DSQ 型水管傾斜儀，并于2014-11-12 開始觀測，本文對(duì)DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2.1 觀測資料連續(xù)率和完整率

對(duì)隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年的觀測數(shù)據(jù)連續(xù)率和完整率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體如表2 所示。

表2 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀觀測連續(xù)率和完整率

2.2 觀測數(shù)據(jù)曲線

隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀采樣率為每分鐘一次，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化連續(xù)觀測。圖2 為隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年日均值觀測曲線，由圖可知，2015—2019 年八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，觀測資料映震良好、日變清晰，無明顯地震前兆異常。隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀能清晰地記錄到地球固體潮汐的變化。

圖2 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年日均值觀測曲線

2.3 觀測資料精度和穩(wěn)定性

為了對(duì)DSQ 型水管傾斜儀觀測的穩(wěn)定性和精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文使用M2 波的潮汐因子和均方差兩個(gè)定量指標(biāo)對(duì)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用調(diào)和分析方法[4]，計(jì)算和分析了DSQ 型水管傾斜儀2015-01—2019-12 時(shí)間段M2 波的潮汐因子及均方差數(shù)值，具體情況如表3、圖3 所示。

表3 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀潮汐因子及誤差統(tǒng)計(jì)

圖3 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀固體潮M2 波潮汐因子變化圖

由表3 和圖3 可以得出，隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年觀測資料 NS 分量M2 波中誤差0.0041～0.014 5，2015—2019 年觀測資料 EW 分量 M2 波中誤差0.005 0~0.013 9，據(jù)此可以認(rèn)為隴縣八渡地震臺(tái)DSQ型水管傾斜儀觀測、運(yùn)行穩(wěn)定，觀測資料精度較高，符合規(guī)范要求的小于0.02 的技術(shù)指標(biāo)值，觀測精度達(dá)標(biāo)，觀測數(shù)據(jù)可靠。

3 主要干擾因素

八渡地震臺(tái)觀測受觀測環(huán)境、人為因素、觀測系統(tǒng)故障等干擾。對(duì)各種干擾進(jìn)行分析，根據(jù)表現(xiàn)形式掌握其特點(diǎn)，及時(shí)排除干擾影響，為地震異常分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.1 自然環(huán)境干擾

DSQ 型水管傾斜儀觀測環(huán)境干擾有降雨、氣壓等[5]。以下對(duì)八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀觀測受降雨影響產(chǎn)生的干擾舉例進(jìn)行說明。

隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀NS 向、EW 向在2016-06-12T19：49—23：47 受降雨影響，觀測數(shù)據(jù)各測道均產(chǎn)生不同程度階變，變化幅度小于3 ms，降雨量1.5 mm。

由于 2018-04-04T09：31—04-07T03：29 測區(qū) 04-04—04-05 日連續(xù)降雨，導(dǎo)致洞體壓力增大，隴縣八渡地震臺(tái)DSQ型水管傾斜儀北南、東西分量數(shù)據(jù)受降雨影響趨勢發(fā)生轉(zhuǎn)折，變幅分別為17.58 ms、28.46 ms，由于八渡地震臺(tái)未架設(shè)氣象三要素觀測儀，對(duì)比上王臺(tái)氣象三要素觀測儀降雨值（兩個(gè)測點(diǎn)直線距離約為20 km），04-04—04-05 日降雨量總計(jì)6.3 mm，04-07T03：30 起數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀受降雨干擾曲線如圖4 所示。

圖4 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀受降雨干擾曲線

3.2 典型人為干擾

人為干擾多來源于人員進(jìn)入山洞進(jìn)行儀器標(biāo)定、調(diào)零、儀器檢修等情況。這些干擾較好辨別，也易于處理。以下對(duì)八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀觀測受人為影響產(chǎn)生的干擾舉例進(jìn)行說明。

2019-11-27T13：47—15：03 值班員進(jìn)洞檢修儀器更換南端傳感器，導(dǎo)致該時(shí)段隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀北南、東西分量數(shù)據(jù)出現(xiàn)突跳臺(tái)階，突跳幅度分別為408.43 ms、17.79 ms，刪除突跳錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，修正臺(tái)階，臺(tái)階改正量分別為42 ms、3.02 ms。檢修儀器結(jié)束15：04 之后數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

由于在2019-06-07T15：33—17：41 對(duì)儀器進(jìn)行半年標(biāo)定，造成隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀NS、EW 分量數(shù)據(jù)突跳臺(tái)階和缺數(shù)，刪除突跳和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，修正臺(tái)階，臺(tái)階改正量分別為NS：123.72 ms，EW：-85.86 ms。此次標(biāo)定北南、東西分量均合格，啟用新格值，北南新格值為0.351 62（E-3″/mV）、原格值為0.334 68（E-3″/mV）、格值誤差為0.46%；東西新格值為0.305 65（E-3″/mV）、原格值0.290 54（E-3″/mV），格值誤差為0.08%。06-07T17：42起恢復(fù)正常。

隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀受人為干擾曲線如圖5 所示。

圖5 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管儀受人為干擾曲線

3.3 儀器運(yùn)行不穩(wěn)定造成干擾

八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)各種故障導(dǎo)致儀器運(yùn)行不穩(wěn)定，其中包括數(shù)采故障、供電故障等。以下對(duì)八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀觀測受儀器故障影響產(chǎn)生的干擾舉例進(jìn)行說明。

2016-10-10T22：47—10-11T13：19 由于供電高壓線出現(xiàn)故障導(dǎo)致供電中斷，造成10-10T22：47—10-11T12：18隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 水管傾斜儀停測缺數(shù)，經(jīng)過維修后供電恢復(fù)，工作人員進(jìn)洞檢修儀器導(dǎo)致10-11T12：19—13：19數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，對(duì)該時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，儀器正常測數(shù)。

2018-11-02T21：15—11-07T07：49，隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 水管傾斜儀北南分量前置放大盒出現(xiàn)故障導(dǎo)致北南數(shù)據(jù)該時(shí)段出現(xiàn)劇烈突跳，變幅82.15 ms，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，值班員進(jìn)行排查期間11-07T07：50 起數(shù)據(jù)自行恢復(fù)正常，東西分量未受影響。隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀運(yùn)行故障干擾曲線如圖6 所示。

圖6 隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀運(yùn)行故障干擾曲線

4 結(jié)語

通過選取隴縣八渡地震臺(tái)DSQ 型水管傾斜儀2015—2019 年觀測資料，對(duì)觀測資料的觀測精度以及儀器運(yùn)行中可能受到的各類干擾進(jìn)行分析。研究得出：該儀器運(yùn)行良好，連續(xù)性完整性高，記錄曲線連續(xù)率達(dá)99.60%，運(yùn)行狀態(tài)較穩(wěn)定，M2 波中誤差小于0.02 的限值要求，觀測數(shù)據(jù)精度較高；儀器主要干擾來源為氣象因素、人為因素、故障狀態(tài)等。