荥阳地震台背景干扰及处理

黄 灿，郅红魁，耿淑芬，段雅琴，陈 睿，孙培书，林景枝

(1.郑州地震台，河南郑州 450062; 2.洛阳地震台，河南洛阳 471023; 3.河南省地震局，河南郑州 450000)

0 引言

河南省地震局荥阳地震台位于荥阳市崔庙乡王宗店村，经度113°18'44″，纬度34°38'22″。海拔高度110 m，附近有须水断裂、上街断裂、古荥断裂、郭小寨断裂、武陟断裂、封门口－五指岭断裂等断裂带。2001年8月，安装了数字化形变固体潮观测仪器SS-Y 型伸缩仪、DSQ 型水管仪。两套仪器并行架设在进深200 m 的山洞内，观测精度均优于10－9。洞顶覆盖厚度30 m，侧旁覆盖厚度60 m，山顶表面生长灌木植被，洞室通道采用两道船舱门，一道水泥密封门隔断，仪器槽采用泡沫板塑料布隔离，洞内年温差小于0.1℃。洞体岩性为馒头页岩和石英岩等。新仪器自正式记录以来，工作稳定，资料可靠，固体潮形态记录清晰，但在运行过程中，外界各种干扰因素对记录数据造成不同程度的影响。经过调研落实、研究分析，我们总结了各种因素对荥阳台固体潮记录数据的影响情况，为迅速准确识别干扰并进行处理提供参考。

中国地震局地震预测研究所研究员陈德福等提出5 种固体潮观测地震异常形态，包括:①记录曲线渐变—回复—发震(多见于远震);②记录曲线突变(阶跃)—发震(多见于近震);③记录曲线扰动或单项脉冲—正常—发震;④固体潮曲线畸变—发震;⑤记录曲线脉冲(曲线加粗)—发震。［1］

上述5 种异常形态基本概括了形变固体潮观测地震短临异常特征，并已应用于地震预报实践。但在观测过程中，荥阳台周边100 km 范围内未发生4 级以上地震，固体潮数据却出现阶跃、脉冲、畸变等异常情况。查找原因，认识干扰，分析规律，并在数据预处理中做出有效处理，是台站人员提高观测资料质量，准确判断干扰异常的基础工作。

1 干扰异常特征

数字化水管仪、伸缩仪观测资料正常记录固体潮曲线都比较光滑、清晰，呈正弦波走势(图1)。

为了准确识别各种干扰对资料的影响，掌握其规律特征，及时准确捕捉地震异常信号，我们对荥阳台的观测资料进行了整理分析。结果发现，通常情况下，气象因素对观测资料的影响特征是长周期、大幅度和突发性的;人为因素的影响则因其活动的不确定性，比较难于判断，需要准确掌握人为活动的信息。以下就是荥阳台数字化形变观测异常情况具体的分析处理。

1.1 降雨

降雨对形变观测的影响主要是雨水渗透岩层裂隙，使岩石孔隙压改变，体积发生膨胀，产生不均匀变化。降雨对形变观测的影响比较复杂，不但与降雨量有关，还与降雨的类型有关，持续性的降雨干扰表现为脉冲状趋势性缓慢变化，大雨、暴雨干扰表现为突变性拐折变化。影响特点主要表现为长趋势、大幅度和突变性［2］。荥阳台记录资料多表现为急降雨30 mm 以上出现明显扰动。在2007年7月30日，荥阳台附近发生一次强降雨，天气变化过程晴天—雷阵雨—阴天—阵雨(图2)，对资料的干扰很典型。

1.2 大风

大风对DSQ 型水管仪固体潮的影响主要是引起仪器室内空气震荡，造成气流扰动，从而改变了仪器的液面压力，使液面随之响应，在曲线上表现为上下波动的特点。对SS-Y 型伸缩仪的影响主要是作用于上覆地层，改变其受力状态，在曲线上表现为固体潮波动变化［2］。经分析，大风多在4 级以上荥阳台观测资料出现风扰异常，在持续时间上没有明显的特征。2008年3月1日，荥阳台出现一次大风天气，引起形变固体潮曲线产生持续波动现象(图3)。

图1 荥阳台形变数字化资料正常固体潮变化曲线Fig.1 Normal Earth tide of Xingyang Station(Based on Digital deformation data)

图2 降雨对形变数字化资料的影响Fig.2 The Influence of Rainfall on Digital Deformation Data

1.3 雷电

由于形变数字化仪器水管仪、伸缩仪面向自动化智能化发展，电子技术得到全面应用。来自雷电的主要是强电磁干扰，瞬间强雷电严重时仪器常被击坏，轻则引起数据脉动。一般的雷电干扰对水管仪固体潮的总体变化形态影响较小，对伸缩仪固体潮的总体变化形态影响较大。2007年7月29日雷电对观测资料的影响比较典型(图4)。

1.4 进人

人进入仪器室对水管仪固体潮的影响不是人体负荷使地表倾斜所致，而是人员进入硐室，人体散热使室内温度升高，人员移动引起仪器室内静止空气形成对流，气流扰动使仪器两端液面气压不平衡的结果，仪器两端液面变化在观测曲线上常表现为突跳，而对伸缩仪的影响主要是负载［2］。2007年6月30日，工作人员检修维护东西向设备，4 人进入山洞，使水管仪和伸缩仪观测资料产生非常清晰的变化(图5)。人进入仪器室的影响，比如仪器调零、校准、调试都会导致数据出现突跳、台阶或无效数据。

图3 大风对形变数字化资料的影响Fig.3 The Influence of Wind on Digital Deformation Data

图4 雷电对形变数字化资料的影响Fig.4 The Influence of Lightning on Digital Deformation Data

图5 进人对形变数字化资料的影响Fig.5 The Influence of human on Digital Deformation Data

1.5 矿山开采(放炮和震动)

荥阳台位于山区，周围有人开采石料，放炮炸石。目前5km 范围内正生产的矿坑3个，一个位于正南约0.5km，一个位于西偏北约2.5km，一个位于东偏北约3km。放炮产生的震动导致固体潮记录曲线出现毛刺，呈凸凹状畸变。对观测资料影响比较明显的是正南约0.5km 处最近的矿坑放炮，较远的两个矿坑放炮没有造成明显的影响。2003年9月27日的一次放炮典型干扰图形(见图6)。

图6 矿山开采对形变数字化资料的影响Fig.6 The Influence of Mining on Digital Deformation Data

1.6 停电及电压波动影响

停电及电压波动时常影响形变数字化仪器观测质量，造成固体潮观测曲线出现畸变、台阶等形态。2003年7月29日，仪器电压超限，导致数据曲线畸变，正常固体潮形态失真。2010年10月26日，停电后交流转换成UPS 直流供电，记录数据曲线出现阶跃(图7、图8)。

1.7 仪器故障

数字化形变仪器固体潮记录的一些突变往往是传感器、放大器、数采器及传输和供电线路等仪器设备故障造成的，可引起观测资料的突变、脉动、畸变等，在找不到干扰源而资料又没有恢复的情况下，要认真检查仪器的工作状态。

图7 电压不稳对形变数字化资料的影响Fig.7 The Influence of Voltage Instability on Digital Deformation Data

2 干扰处理实例

2.1 仪器校准、调零的处理

仪器校准(标定)、调零(调试)、仪器故障过程中产生的台阶和非潮汐数据应进行“台阶”和“缺数”处理。2008年7月22日仪器校准(标定)产生的非潮汐数据的处理对比(见图9)。

2.2 自然因素干扰的处理

自然因素(降雨，大风，雷电等)引起的渐变台阶、小幅度抖动，可不做处理。大幅度突跳，做急变台阶处理。例如2007年7月30日降雨造成的影响，水管仪观测资料可不做处理，伸缩仪11点附近出现的突跳要处理，18 点附近的渐变台阶不用处理(图2)。

图8 断电对形变数字化资料的影响Fig.8 The Influence of Power Failure on Digital Deformation Data

图9 仪器校准影响的处理Fig.9 Solution of the Instrument Calibration Influence

2.3 非自然因素干扰的处理

非自然因素(外界人为固定干扰源，偶然干扰源)引起的渐变台阶，可不做处理;典型图形可保留;清楚干扰源的急变台阶、突跳要作处理。例如2007年6月30日，工作人员检修维护东西向设备引起的台阶就要处理(图5);而2003年9月27日的一次放炮典型干扰图形则可以保留(图6)。

2.4 停电因素影响的处理

停电或电压不稳引起的记录数据突变或渐变比较特殊，因为数据失真，无论突变和渐变呈现的都是非潮汐图形，所以必须进行台阶或缺数处理。例如图7所示2003年7月29日，仪器电压不稳造成的固体潮形态失真，需要进行相应的缺数处理。图8所示2010年10月26日，停电造成记录数据曲线出现阶跃需要处理台阶。

3 结语与讨论

形变观测受多种因素影响，其中包括气象变化、人为影响、设备本身及未知的诸多因素，认识并排除干扰是判定地震异常的一项必不可少的工作。台站观测人员，必须对一些异常现象做出准确判断，为正确估计震情趋势提供依据。本文对荥阳台十多年的观测资料进行总结分析，通过大量的现场验证，确认了上述因素对观测资料的影响特征，希望能为地震监测人员资料处理提供帮助。

由于干扰因素的复杂性，现有的干扰事件还无法给出对资料的影响幅度，需要进一步积累干扰实例。例如降雨量大小、持续时间不同，类型不一，有时降雨量大却没有出现干扰反应，这还与土壤的干燥程度，季节因素有关;风扰情况也是如此。由于历史资料所限对放炮的影响仅总结了一些感性认识。

［1］陈德福，张锡令，颜志高，等.气流扰动对自记水管倾斜仪影响的实验结果［C］//地壳形变动力学观测与研究，北京:海洋出版社，1993:80－87.

［2］陈德福，罗荣祥，刘国培.倾斜异常图像分类及特征浅析［C］//地壳形变动力学观测与研究，北京:海洋出版社，1993:179－187.