长清地震台体应变观测干扰识别分析

郝军丽，卢双苓，于庆民，油利红

（1.长清地震台，山东 长清 250300；2.泰安基准地震台，山东 泰安 271000）

长清地震台体应变观测干扰识别分析

郝军丽1，卢双苓2，于庆民2，油利红1

（1.长清地震台，山东 长清 250300；2.泰安基准地震台，山东 泰安 271000）

对长清地震台多年来的体应变数字化观测资料进行了整理，对引起数据曲线发生畸变的干扰因素进行了分析识别及分类统计，认为造成体应变数据曲线畸变的因素主要有电源干扰、仪器本身问题、气压、降雨、雷电等气象因素干扰。这项工作将对台站人员及时识别干扰、提高数据资料利用率起到重要作用。

长清地震台；体应变；数字化观测资料；畸变；干扰

0 前言

在钻孔体应变实际观测中，由于各台站井孔条件、观测环境的不同，使体应变仪记录到的固体潮受到了很多因素（如气压，水位，雷电，仪器故障，仪器调试，电源等）的干扰，产生畸变图形。为了给分析预报部门提供高质量的数据，台站人员需要对数据资料进行预处理，如果属于干扰因素造成的畸变必须进行处理，如果是未知原因或地壳本身的变化（如地震、突变等），则不能对数据进行随意处理，如处理不当，极易丢失一些地震前兆信息。为此，对本台干扰因素进行分析识别，并进行分类统计，可以使观测人员提高对数据资料真实性的分辨能力，为分析预报人员提供更为可靠的资料。

1 台站概况及体应变观测情况

长清地震台位于济南市西部20km处，石磷山北麓，地理坐标：36°33′14″N，116°43′48″E，高程40m。台址坐落于丘陵与剧烈沉降平原的交界处，西北部为平原，东南部为丘陵地带，距聊考断裂带北端约40km，岩性为中奥陶纪灰岩，岩层倾向SE，倾角约20°。

长清地震台在山东省“九五”计划中进行了数字化改造，于1998年9月14日安装了TJ-ⅡB型体积式应变仪1台。5天后资料稳定，未开阀，固体潮记录均清晰、光滑、稳定，与理论固体潮有着很好的一致性。2001年12月26日长清台体应变仪探头出现故障，停止使用，2002年5月重新安装，长清地震台将旧的体应变井进行了处理，新仪器安装在旧井孔中。井深84.4m，终孔直径130mm。4月17日正式投入使用，5月初仪器数据漂移量50mV／d，固体潮汐已经较为清晰，9月数据停止漂移，资料趋于稳定，数据曲线光滑，能记录到清晰完整的固体潮曲线（图1）。前后两套体应变仪在长清台已连续观测10年之久，记录到了大量的有重要意义的数据资料。根据台站的多年观测经验，造成体应变数据曲线畸变的因素主要有气象因素（大风、降雨、雷电），电源干扰、仪器本身问题等。

图1 2003年9月12日长清体应变固体潮曲线图

2 气象因素

2.1 大风气压干扰

大气压力是通过两种途径作用在体应变传感器周围的，一种是以附加荷载的形式作用在地壳的表面，再通过传递的方式作用在传感器周围。另一种是通过井孔直接作用在仪器上方的水面上。钻孔体应变观测具有较宽的工作频带，可记录从零频（长年的缓慢变化）直到1Hz、5Hz乃至10Hz以上的变化，因而它不仅可以记录到远震面波，震时微小的应变阶跃（同震应变阶），长、短期应变异常，还可以记录到气压对体应变的干扰影响，这种影响反映到记录的数据曲线上就表现为固体潮畸变现象。由目前气压采样率可知，气压对体应变的影响周期最小为2min。气压变化是影响钻孔仪器的主要干扰源之一，气压微动态影响在长清体应变的分钟值中表现得较为突出，其影响约为6.3×10－11hPa，与气压的短周期影响量相同。图2为长清地震台2001年6月14—15日体应变受气压干扰的分钟值曲线对比图。在气压出现短时剧烈波动时，体应变会出现几乎同步的显著变化，一般表现为数据曲线趋势性的变化及曲线的波动。

图2 2001年6月14—15日长清台体应变受气压干扰对比曲线图

大风天气对体应变的影响属于非周期性短时气压变化影响。2009年4月15日凌晨长清境内出现大风天气，风速为6级左右，辅助观测气压曲线在5时43分出现向上趋势变化，体应变仅在6min后出现同样趋势变化，即体应变与辅助观测变化几乎同步（图3）。2011年4月25日出现阵风天气，气压变化明显，在8时28分至11时32分时间段气压出现锯齿形波动现象，体应变曲线出现同步的畸变现象（图4）。

图3 2009年4月15日长清台体应变受气压干扰对比曲线图

图4 2011年4月25日长清台体应变受气压干扰对比曲线图

2.2 雷电干扰分析

2006年4月28日16时15分—17时长清出现雷暴雨天气，有强雷，体应变在同一时段出现畸变。2009年7月27日雷暴天气过程中，体应变曲线与辅助观测气压曲线也同时出现了畸变现象。在强雷天气出现之后，固体潮曲线同步出现脉冲式畸变现象，而后固体潮形态慢慢恢复正常（图5）。强雷电对体应变的干扰，可能是由于仪器电路对雷电的感应造成的。

图5 2006年4月28日长清台体应变分钟值曲线图

2.3 降雨干扰分析

2010年8月开始长清出现频繁雷暴雨天气，8月8日夜间长清出现历史罕见的特大暴雨天气，据气象部门数据，降雨量达到131mm，到9日水位从689.3cm上升至759.1cm，上升幅度为70cm，体应变受到水位干扰，出现畸变，呈压性上升变化。19日至20日长清再次出现强雷雨天气，降雨量为96.2mm，这2次特大暴雨天气的影响下，体应变和水位都迅速响应，均在1天多的时间里同时达到高峰，固体潮也发生了大幅度变形（图7）。而7日、8日白天降雨量较小时，体应变和水位固体潮没有明显改变，只是在缓慢上升的同时受气压波动的影响发生局部畸变。体应变和水位固体潮畸变的程度取决于含水层渗透系数和降雨量。只有含水层渗透系数大于某一临界值（取决于水文地质条件，即内在因素），才有可能产生畸变。持续降雨只有积累到一定程度（外在因素）才能导致畸变［2］。

图7 2010年8月长清台体应变受降雨干扰曲线图

3 电源干扰分析

在日常观测过程中，每个应变台都因为电源的原因导致观测曲线出现过畸变异常，电源的干扰图像也多种多样。2003年1月26日体应变曲线出现突跳（图8a），经落实为市电电源电压不稳定造成。2003年4月20日0：00及8：55，出现2次类似标定的阶跃（图8b）。台站人员立即查找原因，进行了一系列实验。其中，在11：00进行了交直流电源切换实验，实验结果证明：之所以出现类似标定的阶跃，原因是电压不稳，引起交直流自行切换，影响到了标定电阻丝。当即，台站决定在每次标定后锁住标定钮，防止再出现此类问题。2007年12月18日至2008年1月15日观测曲线中出现了周期约为半小时的噪声畸变（图8c），经查是水位探头电源并联在体应变仪器电源上导致的。由于电源匹配不当，产生了长周期自激震荡，加一滤波电容后观测曲线才正常。2011年5月3日7：43—9：17体应变曲线出现畸变现象（图8d），查找原因后发现，220伏外接电源意外连接到体应变仪器电源，由于电源不匹配，产生畸变，经处理体应变曲线恢复正常。电源干扰现象在实际观测中是非常常见的，当发现数据出现畸变时，首先应该对电源进行排查。

图8 长清台体应变受电源干扰畸变图

4 仪器故障

数字化观测资料的异常情况有时是受到仪器故障的干扰形成，在长清台实际观测中遇到的情况主要有数采故障，信号线接触不良，更换十一五采集系统等。

4.1 数采故障

长清地震台体应变在2003年7—8月出现了几次钻孔应变数据丢失或数据无效的情况，经查找原因，发现数据采集器在强雷雨天气过程中会出现分量表乱码现象，造成数据采集器空采。2010年10月9日13时35分，工作人员调取数据时发现数据丢失，原因为数采死机导致数据采集终止。立即重新启动数采，在重启过程中触动自动开阀调零，重启数采采集的数据曲线出现阶跃畸变现象。数采死机的原因经排查推测可能是由于电源电压的不稳定造成的（图9）。

图9 2010年10月9日长清台体应变分钟值曲线图

4.2 信号线接触不良

2003年10月28日7时50分体应变数据曲线出现一台阶，工作人员使用万用表测试信号线输出的信号正常，10时50分对数采串口数据线进行检查，并重新拔出插上，然后调试数据，数据恢复正常，推测可能是数采数据线松动，接触不良造成干扰（图10）。

图10 2003年10月28日长清台体应变分钟值曲线图

5 同震应变

数字化前兆记录的精度较模拟资料有较大提高，对远大震或中小地震均能记录到同震效应（地震面波）。2009年8月11日安达曼群岛7.7级地震时，长清台体应变就记录到了明显的同震应变（图11）。

图11 2009年8月11日长清台体应变记录到的安达曼群岛7.7级地震同震应变图

6 小结

通过对长清地震台多年来干扰因素的分析及排查，我们可以发现：对体应变数据资料造成干扰的因素第一大类为气象因素干扰，包括气压、雷电、降雨等。这类干扰往往是无法提前预知和避免的。观测人员需要对观测时段的天气状况自然环境的变化细心观察，认真记录，再结合记录到的数据曲线，这些干扰型畸变是可以识别（并处理）的。

第二大类是电源故障、仪器故障等因素，此类干扰造成的数据缺失、畸变等现象通过观测人员对仪器、电源的认真维护和及时的故障维修，大部分是可以避免的。所以作为台站观测人员，保证仪器用电的正常，及时检修供电设备，维护仪器正常运转，发现故障及时排除，这样才能保证数据曲线尽可能少的受到外界因素干扰，保证数据资料的真实完整。

在整理资料过程中，我们还发现了原因不明的畸变，这些畸变有些在地震发生前后出现，有些则是独立的畸变。通过对比工作日志查找排除各种干扰因素，我们发现一些畸变很可能与地震有关。这些震前畸变与干扰造成的畸变有些在形态上是非常相似的，很难加以区分，目前我们只有通过工作日志来查找畸变出现时段的气象、仪器、电源以及人为等因素来排除干扰，加以识别区分。随着数字化资料的不断积累丰富，我们将不断发现总结此类畸变的出现及生成规律，相信其成因将会逐渐被揭示。

在应变观测中，作为最前线的观测人员，具有掌握实时实地环境及观测条件变化的绝对优势，所以我们应该在日常工作中细致认真，工作日志书写详细全面，善于总结出现的问题，为分析预报人员提供客观真实的第一手资料。

［1］ 卢双苓，于庆民，王强，等.泰安地震台应变观测受到抽水干扰的初步分析［J］.华北地震科学，2010，（3）：43-47.

［2］ 赖爱京，冯英，王金萍，等.乌什地震台多分量钻孔应变观测资料干扰的初步分析［J］.华北地震科学，2010，（4）：51-56.

［3］ 李杰，邹钟毅，闩德桥，等.TJ－Ⅱ型钻孔体应变仪数字化观测资料分析［J］.大地测量与地球动力学，2002，22（3）：69-74.

［4］ 张凌空.降雨对体应变的干扰［J］.地壳形变与地震，1995，15（3）：78-83.

［5］ 卢双苓，于庆民，钟璞玉，等.山东数字化钻孔体应变观测的干扰异常分析［J］.西北地震学报，2010，32（2）：186-190.

［6］ 卢双苓，李峰，王强，等.泰安地震台钻孔应变固体潮畸变的分析探讨［J］.华北地震科学，2008，26（2）：49-52.

［7］ 李杰，刘敏，邹钟毅，等.数宁化钻孔体应变干扰机理及异常分析［J］.地震研究，2003，26（3）：230-238.

［8］ 苏恺之，张钧，李秀环，等.钻孔环境在钻孔地形变观测中的作用［J］.地震地磁观测与研究，2005，26（6）：46-55.

Analysis of Interference Factors in Crustal Strain Record at Changqing Seismic Station

HAO Jun-li1，LU Shuang-ling2，YU Qing-min2，YOU Li-hong1
（1.Changqing Seismic Station，Shandong Changqing 250300，China；
2.Tai’an Standard Seismic Station，Shandong Tai’an 271000，China）

In this article，digital body strain observation data of Changqing seismic station is studied；interference factors which may lead to data curve distortion are classified and identified.The result shows that the interference factors mainly include power interference，instrument，air pressure，rainfall，thunder.

Changqing seismic station；body strain，digital observation；distortion，interference factor

P315.72

A

1003－1375（2012）01－0059－06

2010-11-19

2010年山东省地震局合同制项目（10Q04）

郝军丽（1977－）女，工程师，主要从事地壳形变观测与分析工作.E-mail：hjlzm117＠163.com