沈阳地震台SSQ-2I水平摆观测数据干扰分析

顾强强，荆 涛，李 君，方禹心

（沈阳地震台, 辽宁 沈阳 110061）

沈阳地震台SSQ-2I水平摆观测数据干扰分析

顾强强，荆 涛，李 君，方禹心

（沈阳地震台, 辽宁 沈阳 110061）

通过对沈阳地震台SSQ-2I数字观测资料数据进行分析，排查，提取典型的干扰曲线，总结分析数据出现的曲线变化及特征，以便在日常分析中排除各种干扰因素，如自然因素、人为干扰、仪器原因等，有效地减少在分析预报中的误导。

水平摆倾斜仪；干扰分析；观测资料

0 引言

水平摆倾斜仪的观测资料不仅反映了大地形变，并且还伴随着许多其它的干扰。因此，进行正确的数据预处理，识别并排除各种干扰因素，才能准确地提取反映大地形变的观测数据，从而才能提高地震预报水平。同时，保证仪器设备的正常、稳定、有效的运行，是获取连续、准确、可靠观测资料的重要基础。

沈阳地震台SSQ-2I水平摆倾斜仪在2007年6月安装、调试并运行，于2010年2月纳入辽宁省局前兆台网管理系统。在2011年之前，由于仪器设备试运行、故障等原因，造成观测数据不准确、不连续。从2011年1月开始，水平摆仪器工作稳定，数据连续率、完整率都比较高，观测数据可靠、清晰、准确。因此，本文主要选取的水平摆的观测资料时间段为2013年1月1日到2016年6月30日，此时间段的倾斜仪观测数据连续、稳定，精度比较好。

倾斜观测数据是自动采集，并通过“中国地震前兆台网数据处理系统 2014集成版”预处理软件进行人工处理。沈阳地震台值班人员每天早上进行前兆数据的采集、预处理、分析、计算、上报等日常观测工作，并填写纸质日志文件，每日保存原始数据以及预处理数据[1]。

1 观测环境简述

沈阳地震基准台位于沈阳地区更次一级构造单元——沈阳块状隆起上，浑河断裂北6.5公里处。浑河断裂在沈阳地区横切沈阳块状古隆起。其西端于沈阳市苏家屯区西南与营口—佟二堡断裂相接；向东沿浑河谷经抚顺、清原一直往北东、北北方向延伸。据石油、煤田勘探及地质部门资料证明，浑河断裂是一个具有长期活动历史而且具有多旋回构造运动特征的活动性深大断裂。该断裂实际上是由几条平行延展的以压为主兼具扭性断裂组成的断裂带。在沈阳，其两侧垂直差异性运动明显，东部相对西部上升了120米，而且沈阳地区地震活动大部分发生在浑河断裂附近。不难看出，浑河断裂影响和控制沈阳地区的构造格局。

在本台台址0.25平方公里范围内，小断层与节理裂隙还是比较发育的，不过规模小，等级、序次低。从露头素描及节理裂隙统计可知，小断层及节理裂隙的走向以北东和北西两组方向最发育。在岩石薄片镜下鉴定中，见到矿物颗粒压碎，长石聚片双昌纹弯曲，岩石中有长英质及石英细脉穿插，贯入等现象，都证明经历了复杂的地质构造的干扰。从节理裂隙走向玫瑰花图分析，本台局部上受南北挤压应力场作用。

沈阳地区出露地层，东部为前震旦系片麻岩与震旦系石英岩、灰岩、板岩等。同时有火成岩侵入体，西部主要为第四系沉积，其下覆有第三系地层。第四系沉积沿断裂两侧有明显差异。表层一般厚度0.2米至6.5米，为人工填土和粘土类，其下为砂卵砾石层。从十万分之一《沈阳地区基岩地质图》上看，前震旦系、震旦亚界和上侏罗统主要分布在区域的北部和东部，古生界分布于浑河断裂东南和西南局部地区，第三系在区域上广泛分布。

1.1台站概况

沈阳地震基准台位于沈阳市东郊东陵区天柱山西南面，沈阳农业大学与东陵公园的交界处，距沈阳市中心17.5公里，距市区边缘11.9公里。数字代码为21004，台站字母代码为SNY，其中测点1为SSQ-2I石英水平摆倾斜仪，测点2为PET相对重力仪。据一九八二年四月辽宁省地震局地震地质大队测定，海泼高程h=54.20米，磁偏角为西偏6o24'。台址北距东陵火车站约2.4公里，南距沈抚公路北线约400米，西距沈阳市外环高速公路1000米，附近无高压线及其它强振动源。

沈阳地区地势构造比较复杂，为新华夏系辽东半岛隆起带和松辽平原沉降带的交接地层之上。在沈阳市区的东南，大致与浑河河谷方向相一致，有一较大断裂——浑河断裂，将东区分成东部的辽东台背斜与西部的辽河下游内陆断隔两个构造单元。

1.2台站观测手段

沈阳地震台仪器设备主要有前兆观测手段SSQ-2I、PET相对重力仪以及测震手段。

1.3仪器简介

沈阳地震台的SSQ-2I石英水平摆倾斜仪是在2007年6月安装、调试并运行，于2010年2月纳入辽宁省局前兆台网管理系统。

SSQ-2型数字石英水平摆倾斜仪是测量地壳倾斜变化的高灵敏度仪器，它采用Zouner双吊丝悬挂的石英水平摆体接收地倾斜信号，当地面发生倾斜时，摆杆绕旋转轴偏转，偏转量被电涡流传感器转变成电压信号输出，再经放大、滤波以后，由数字采集器实时采集存储。仪器可通过RJ45网络接口与微机进行数据通信。还可在地震前兆观测网中运行。

SSQ-2型数字传输石英水平摆倾斜仪采用胀合—水银杯标定装置产生一个已知倾角，通过控制电路，实现定时、定量全自动标定操作。

全自动化的SSQ-2型数字化石英水平摆倾斜仪不仅精度高、分辨力高、动态范围大，还避免了原光记录石英水平摆倾斜仪的洗像、量图、抄数、计算等繁琐的工作过程。

2 观测资料选取

沈阳地震台经过“十五”项目建设以后，观测项目实现数字化观测。SSQ-2I石英水平摆倾斜仪经过这几年的运行，在观测数据资料连续、稳定、准确之后，于2010年2月纳入辽宁省局前兆管理系统。在这几年中，水平摆设备受降雨、雷电、气压、大风等自然因素干扰影响比较明显，以及设备本身因素的影响，观测数据曲线产生变化。因此本文选取的观测资料时间段为2013年1月1日至2016年6月30日，该时间段内仪器运行较稳定，曲线变化清晰，选取的干扰因素所导致的曲线变化图也比较清晰。

3 沈阳地震台观测干扰因素分析

SSQ-2I水平摆倾斜仪在选取的这3年半的时间里，通过日常预处理的时候，发现影响观测数据质量的干扰因素类型主要有自然环境干扰、人为因素干扰、仪器设备干扰等等[2]。

3.1自然环境干扰

沈阳地震台观测资料受自然环境因素干扰比较明显的是降雨、雷电、大风、气压。雷电和降雨是在自然环境因素中比较典型和普遍的干扰现象，对仪器设备的影响比较明显，曲线变化清晰。而大风和气压对仪器设备的影响不是很明显，曲线变化幅度比较小。

（1）降雨干扰

降雨是指在大气中冷凝的水汽以不同方式下降到地球表面的天气现象。降雨干扰在地震形变前兆观测中是比较典型且普遍的干扰现象，降雨的等级可以分为持续性降雨、大雨、大暴雨。由于持续降水，山洞容易积水，渗透到山洞里仪器周边，导致岩石压力和应变力的变化，从而影响观测数据的变化[3]。本文选取2016年6月29日至7月1日沈阳地区强降雨前后的数据进行分析，水平摆在降雨期间曲线变化明显以及降水量图（图1），此次降雨的降雨量为130毫米，属于大暴雨范畴。强降雨之后，曲线主要表现为转折性和短时间趋势性加速变化，北南分量和东西分量曲线变化显著。

（2）雷电干扰

雷电是指自然界中一种放电现象。强雷电对仪器的危害非常大，在安装数字化设备之前一定要布置防雷措施。具体可以采取传输线路屏蔽、用电设备接地、供电线加装电源避雷器等措施来应对强雷电。沈阳台还未出现因雷击导致设备故障的状况。沈阳地震台水平摆在2015年6月30日至7月6日，北南分量由于受雷电干扰，导致数据曲线明显下降，7月6日之后数据曲线恢复正常；东西分量观测曲线变化不明显（图2）。

（3）大风干扰

大风干扰在观测中同样是比较典型且普遍的干扰现象，东北尤其在春季、秋季时常出现。沈阳地震台在2016年5月14日02时出现大风干扰（图3），导致倾斜仪北南分量和东西分量的固体潮不清晰，数据抖动，曲线加粗。曲线在2016年5月14日15时恢复正常。

（4）气压干扰

气压干扰对本台的观测资料影响比较容易识别的，而且气压干扰的影响范围比较广，特点是时间较短，观测资料曲线变化与气压变化基本同步，很少会出现长时间的趋势性影响。由于大气压力的剧烈变化，通过压力对地表的作用引起地面负载，干扰影响主要体现为短期小幅度扰动[4]。沈阳地震台在2013年7月01日至7月25日这段时间内北南分量和东西分量分别出现2次气压干扰，北南分量比较明显（图4）。

3.2人为干扰

人为干扰主要分为人员进入山洞造成影响、人为标定影响、施工影响等等。

（1）人员进山洞干扰

人员进入山洞，人体散热使室内温度升高，人员走动、山洞门开关容易引起洞内空气对流，气流扰动对记录曲线造成干扰（图5）。2016年5月6日，辽宁省地震局分析室贾晓东等人来沈阳地震台落实前兆PET型相对重力仪在2015年5月出现的异常，在10: 30进入山洞，引起洞内空气对流，气流扰动对曲线造成干扰。由于进入山洞时间短，导致曲线变化幅度比较小，整体数据曲线变化不明显。

信度检验包括内部一致性信度和组合信度。如表1所示，所有构念的Cronbachα值和组合信度CR值均高于0.7，说明每个构念的内部一致性和组合信度都较高。效度检验包括聚合效度和判别效度。表1所报告的各个潜在变量的平均方差提取值(AVE)都大于0.5，超过了学者推荐的基本值。最后，通过比较各个变量的AVE值与其他变量之间相关系数的平方，发现其AVE值均大于该变量与其他变量之间相关系数的平方，这说明各变量之间具有良好的判别效度。综上，本研究的数据具有较好的信度和效度，适合做进一步的检验分析。

（2）标定干扰

标定是使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度（精度）进行检测是否符合标准，一般大多用于精密度较高的仪器。标定的主要作用：① 确定仪器或测量系统的输入—输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；② 确定仪器或测量系统的静态特性指标；③ 消除系统误差，改善仪器或系统的精确度；④ 在科学测量中，标定是一个不容忽视的重要步骤。

沈阳地震台的SSQ-2I水平摆倾斜仪在每月的26日10：02至10:18仪器标定，做缺数处理，并采用新格值。本文选取2016年6月26日仪器标定（图6）。

（3）打井干扰

沈阳地震台在2015年9月为了安装水温水位仪，施工打井，对倾斜仪产生了干扰。在2015年9月1日到9月3日，在沈阳地震台主楼北面打井200米深，连续施工3天，导致北南分量和东西分量数据曲线发生显著变化，9月6日数据曲线恢复正常（图7）。

3.3仪器设备干扰

由于SSQ-2I水平摆倾斜仪本身的线路干扰，东西分量在6月7日15：00点到6月8日20：00导致曲线变化，北南分量正常（图8）。仪器设备由于长时间的运行，电子线路内部的原件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度增大，导致绝缘电阻下降，这时漏电电流会增加，由此产生干扰。可以采用屏蔽法、隔离法以及接地法来有效地排除设备外线路导致的干扰[5]。

4 结论

本文阐述了沈阳地震台的SSQ-2I水平摆倾斜仪观测资料受各种干扰因素的影响，在预处理的时候，要采用辅助观测进行相关的分析，来排除各种干扰。自然环境干扰因素、人为干扰因素以及设备自身干扰因素等都会影响业务人员的判断。只要对观测数据认真排查，借助其他辅助观测资料，就能清晰的辨别各种干扰因素。从而把地震前兆异常的干扰排除，减少数据在分析预报中的错误引导。

沈阳地震台这些年前兆手段运行过程中，出现导致数据观测资料曲线出现各种各样的变化的干扰，除此之外，可能还有其他干扰存在，希望在日后的观测中能发现其他形式的干扰。从而提高台站的观测数据的准确性，减少分析预报的错误导向，也可以为异常落实判定提供依据，避免在异常判断中干扰所带来的困扰。

参考资料：

[1]国家地震监测预报司.中国地震前兆台网数据管理系统用户使用手册[S]. 2008：151-158.

[2]郭宇，高午原，刘俊芳，等.山西定襄地震台SSQ-2I水平摆倾斜仪试记期间资料分析与故障排除[J].山西地震，2015，（1）：13-16.

[3]王琳，师娅芳，朱晓秋，等.营口地震台前兆观测数据干扰识别在数据处理中的作用浅析[J].防灾减灾学报，2013，29（4）：50-58.

[4]马莉，荆涛，王承伟，等.沈阳台SSQ-2I型水平摆倾斜仪数字化资料分析[J]. 防灾减灾学报，2014，30（2）：57-61.

[5]王新刚，王绍然. SQ-70D石英水平摆倾斜仪的日常维护及常见故障排除[J]. 山西地震，2013，34（2）：35-38.

ANALYSIS OF THE OBSERVED DATA OF SSQ-2I HORIZONTAL PENDULUM TILTMETER AT SHENYANG SEISMIC STATION

GU Qiang-qiang1, Jing Tao1, Li Jun1, Fang Yu-xin1

（1. Shenyang Seismic Station，Liaoning Shenyang 110161，China；2. Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

ract: By analyzing and investigating the SSQ-2I digital observation data in Shenyang Seismic Station, we extracted the typical disturbance curve and summarized the curve changes and characteristics of the analysis data, in order to exclude all kinds of interference factors in daily analysis. Such as natural factors, human interference, instrumentation and so on .So it is effectively reducing the misleading in the analysis of prediction.

s: horizontal pendulum tilt meter; interference analysis; observation data

P315.72

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.015

1674-8565（2016）04-0085-06

2016-07-06

2016-09-21

顾强强（1987- ），男，浙江省嘉善县人，助理工程师，现主要从事地震监测与研究工作。E-mail：guqiangqiang001@126.com