淮北台伸缩应变仪NS分量趋势转折异常的调查与分析

尹传兵 丁雨 李惊生 樊冬

摘 要：2016年4月淮北台伸缩应变仪NS分量观测数据出现趋势转折异常变化，按照异常核实工作方案，针对观测系统工作状态、观测环境干扰源、气象干扰因素等开展实地调查和数据分析。结果表明，伸缩应变趋势转折变化为非地震异常，主要原因是仪器标定装置内存有异物而膨胀引起。

关键词：伸缩应变 趋势转折 膨胀应变

中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0066-04

按照《地震前兆台网观测数据跟踪分析工作约定》（中国地震局，2013）和《地震前兆台网数据跟踪分析技术规范——事件分析记录》（国家地震前兆台网中心，2014）等相关工作要求。2014年2月，地震台站将前兆观测数据跟踪分析纳入日常工作，促使台站地震监测从观测向观测与应用并重转变，推动台站从单纯监测向监测预报转型，提升台站对观测数据的分析和挖掘能力，有效强化对不明原因异常数据的核实、跟踪和研判能力，提高观测数据应用产出水平。

2016年4月20日，淮北台伸缩应变仪NS分量开始出现趋势转折异常变化，观测点处于郯庐断裂带东侧，同侧已出现1项地震前兆形变异常并仍在持续，台站紧邻苏鲁皖交界地区多次被划为全国地震重点危险区，因此异常现象备受关注。按照数据跟踪分析工作要求，无论地震前兆异常还是系统故障、干扰影响，均须给出一个较为科学的判定结果。按照前兆观测资料异常变化现场核实工作要求，本文从仪器及洞室情况、场地环境、人为干扰等方面进行调查和分析。

1 台站基本概况

淮北台SSY型伸缩应变仪安装于淮北市人防山洞内，距离洞口60m，自2006年8月开始正式运行。仪器礅与水管倾斜为共礅，NS分量基线长54.5m，EW分量基线长17.0m。台站地处相山山脉东侧，北侧宿北断裂，东邻郯庐大断裂，是一个地质构造较为复杂的地区。山洞位于相山南翼，东侧方向为山脉，西侧为平原。山洞口位于山体半坡，大雨时雨水顺山体方向向南面泄流，洞体周围寒武系和奥陶系灰岩出露。

2 数据异常特征

淮北台伸缩应变仪NS分量自2006年运行以来数据曲线一直保持趋势压性变化，受降雨季节影响会出现阶变式加速压性变化。2010年1月15日河南范县ML4.2级地震后，1月23日伸缩应变仪NS分量出现大幅趋势下降，当时判定为传感器内部受潮引发数据畸变，更换传感器配件，3月6日下降趋势稳定，5月6日恢复正常。本次伸缩应变仪NS分量出现趋势转折变化，观测点及周边监测仪器未出现相关数据异常，属于单分量独立异常变化。2016年4月8日伸缩应变仪NS分量观测数出现压性趋势抑制现象见图1，测项数据几乎成直线扰动，4月20日观测数据出现趋势转折变化，由压性趋势变化转换为张性趋势变化，4月24日出现张性趋势加速变化，至5月9日数值由4月24日-383.1×10-8上升至2093.5×10-8，上升幅度為2476.6×10-8。

3 异常调查分析

3.1 观测环境调查

对观测山洞3km范围的观测环境进行巡查，并结合实地咨询调查，主要包括建筑施工、开山采石和地下抽水等方面。巡查车辆围绕山体环绕一圈巡视，实地环境调查主要包括相山庙、凤凰城、后黄村和淮北师范大学等4个核实点（见图2）。

经调查，台站山洞西北侧25m，距离观测点70m左右处，相山庙自2016年4月30日开始清理场地施工，对山坡进行修坡，土壤就近填埋，有施工机械，施工集中在7时至18时，相应时段对测震仪产生高频干扰，但对形变观测仪器未见明显干扰。类似情况在2015年7月、9～10月间也出现过，均未对淮北台形变观测仪器产生高频和趋势影响。上述情况表明，台站形变观测山洞周边存在施工现象，但对形变观测仪器未产生明显影响，且异常出现时间比施工开始时间早，初步排除淮北台伸缩应变仪NS分量趋势转折异常为台站周边施工干扰的可能。

观测点周边村庄、学校等位于山体东侧、南侧、西侧，东、南两侧为城区主要使用城市自来水，西侧为城乡结合部村庄有3口吃水井，周边无工业用水、无大型施工及开山碎石。根据周边环境调查结果（见表1），初步分析认为，淮北台伸缩应变仪异常变化与观测环境无关。

3.2 气象因素分析

淮北台SSY型伸缩应变仪NS分量异常变化期间，对比洞温及气象三要素分析，温度、气压变化正常，20日降雨量1.9mm，26日降雨量10.5mm，4月20日至30日淮北地区未有较大降水（见图3）。

3.3 观测系统检测

3.3.1 观测系统整体检查

调查人员从仪器系统的电压、接线和设施等方面检查检测。伸缩应变仪主机的220V交流供电、数采的15V直流供电等工作正常；传感器、前置放大盒、主机与数采之间的连线，特别是航空头的完整性检查，未见接触不良、松动现象；仪器腔体、仪器基墩、标定装置、前置放大盒等设备及周边小环境，未见积水、损坏现象。

3.3.2 观测系统标定检查

伸缩应变仪每年标定两次，查阅标定维修档案，2015年5月27日、12月17日、2016年1月4日分别对伸缩应变仪进行标定，12月17日校准不成功，标定装置故障，经更换标定装置后，1月4日标定结果符合规范要求。调查人员再次对伸缩应变仪NS分量进行标定检查。检测结果显示，淮北台伸缩应变仪NS分量标定重复性过高、标定电压差偏小，达不到规范标准。

3.3.3 仪器测量范围检查

鉴于2次的标定结果，对伸缩应变仪NS分量观测系统的测量范围进行进一步检查。检查结果发现，伸缩应变仪NS分量原前置放大的测量范围最小值仅为-0.18V，更换前置放大盒后，其测量范围为-8.3～8.3V，再次标定检查，结果标定重复性仍然不达标。

3.3.4 标定装置检查

鉴于3次标定结果未达标，调查人员对标定装置进行人工检定，即人工转动测微头并查看前置放大器放大输出端的电压变化。经检查发现，转动测微头时，测量得出的电压变化范围过小。怀疑标定装置机械故障，多次加润滑油并调试，转动时问题仍存在。经现场研讨，确定打开标定装置盒进行拆开检查，拆开后发现里面存有异物，影响滑动块的移动，自身膨胀影响观测系统正常运转（见图4）。

3.4 探讨分析

淮北台伸缩应变仪NS分量观测数据异常变化，原数据压性趋势变化→趋势变化抑制→转向张性趋势变化的演变过程，符合膨胀应变随时间的变化规律，表明伸缩应变仪NS分量受到外力作用，4月8日与仪器系统接触，对原系统产生非饱和应力抑制，4月24日外力应力达到饱和状态，对原系统产生扩展破坏，致使观测数据出现异常张性变化。伸缩应变仪NS分量受到外力作用，同观测环境内的水管仪、伸缩应变仪EW分量以及周边观测点仪器观测数据均未出现异常变化。由此推断，伸缩应变仪的外力主要来自仪器观测系统自身。

通过异常核实排查验证了上述推测的情况，仪器观测系统标定装置内槽存有异物，异物膨胀由膨胀变形→膨胀不变形→膨胀变形的演化过程，与观测数据发展演化的三个阶段相契合（见图1）。4月8日前异物侵泡润滑油中开始膨胀变形，后与标定装置滑动块接触抑制异物膨胀，4月20日膨胀应力大于系统原应力时，异物开始膨胀变形（见图1）。对内部异物清除后，经稳定后观测数据异常变化消失，说明淮北台伸缩应变仪NS分量异常变化与标定装置内的异物有关。

4 结语

通过对仪器工作状态、观测室环境、周边场地环境等方面开展调查和分析，认为淮北台2016年4月伸缩应变仪NS分量观测数据异常变化是由于仪器标定装置内存有的异物而引起的，与地震孕育、区域构造活动无关。

参考文献

[1] 马建英，刘学领.天津潘庄井水位突升异常的调查与分析[J].地震，2013，33（1）：95-99.

[2] 余尚江，成万里.信阳地震台DSQ型水管仪异常特征分析[J].防灾减灾学报，2015，31（4）：60-65.

[3] 高光发，李永池.海绵橡胶非线性静动态力学特性和本构关系[J].兵器材料科学与工程，2013，36（3）：20-22.