基于一元线性回归方法分析降雨对VP宽频带倾斜仪的影响

朱厚林 应允翔 陶方宇 周志 刘浩 龙剑锋

摘  要：针对佛子岭地震台VP摆受降雨干扰比较明显，概述了佛子岭台形变山洞地质概况，并选取2017年1月至2019年4月VP摆与RTP-II型气象三要素降雨量数据，由于垂直摆倾斜仪观测值曲线与降雨累积值曲线存在很强的相关性，可以利用一元线性回归方法时降雨干扰进行剔除。同时，对映震效果进行探讨，通过分析得出：在安徽省霍山县内发生的1.6级以上地震前，一元线性回归残差值曲线均存在几天有下降过程。

关键词：一元线性回归  降雨因素  宽频带倾斜仪  干扰剔除

中图分类号：P315                             文献标识号：A                    文章编号：1672-3791（2020）10（a）-0053-03

Abstract： For the Buddha ridge seismic place obvious influence of the rainfall VP， outlined the Buddha ridge stage deformation cave geological survey， and selection in January 2017 to April 2019 VP pendulum with the three elements of RTP - type II meteorological rainfall data， due to the vertical pendulum tiltmeter observed value curve and rainfall accumulation value curve is a strong correlation， can when rainfall interference with unary linear regression method to eliminate. At the same time， the effect of reflecting the earthquake was discussed， and through analysis， it was concluded that before the earthquake with magnitude of 1.6 occurred in Huoshan County， Anhui Province， the residual value curve of linear regression had a descending process for several days.

Key Words： Unitary linear regression; Rainfall factors; Wide band inclinometer; Interference to eliminate

佛子岭台于2013年9月4日安装VP宽频带倾斜仪，又于2014年8月29日增上VS垂直摆倾斜仪。相比较而言，VP宽频带倾斜仪比VS垂直摆的精度更高，VP摆的精度更高，为秒采样，VS垂直摆则为分钟采样，都是目前为止地倾斜应变测量的重要手段。该文选取了佛子岭台2017年4月至2019年4月VP垂直摆与RTP-II型气象三要素降雨量数据，利用一元线性回归方法对降雨引起的干扰进行剔除，得出降雨对VP垂直摆的影响，通过分析，提高VP摆观测资料的可信性。

1  概况

佛子岭地震台地倾斜手段观测工作始于1974年，1972年堪选并开挖山洞，观测山洞洞壁岩性为变质岩，洞深为37m，覆盖层平均厚约20m，常年温度约16.8℃，年温差小于1℃，日温差小于0.05℃，湿度90%以上，1974年3月25日投入观测。洞室内放置金属水平摆仪器两套和MSG目视水管仪一套（NS向），长度为15.81m，后略有变化。

2  降雨干扰

2.1 降雨干扰分析

佛子岭地震台位于大别山区，强降雨每年都有，且靠近水库。众所周知，降雨是摆式倾斜仪最明显的干扰因素之一。为了更好地监测大别山地区，为“霍山震情窗”提供优质可靠、精准的监测数据，分析降雨对佛子岭台VP干扰的情况，安徽省地震局于2016年1月1日在佛子岭地震台安装了一台RTP-II型气象三要素仪。RTP-II型气象三要素仪作为地震前兆观测辅助测向可以有效地监控地震台周边环境温度、气压以及降水量，以便及时排除天气因素对各项精密观测仪器的干扰。

根据佛子岭台2017年1月至2019年4月RTP氣象三要素降雨累积值，探索降雨对VP垂直摆数据与降雨量之间的相关性。

2.2 一元线性回归方法去除降雨干扰分析

就佛子岭台VP垂直摆倾斜仪观测曲线而言，受降雨影响，EW向与降雨呈负相关，相关系数为-0.5491，NS向与降雨亦呈负相关，相关系数为-0.6160。降雨量的多少在很大程度上影响了观测曲线的形态，覆盖了与地震有关的前兆异常信息。如果能在观测资料中去除因降雨产生的干扰，则能较好地反映地形变信息。可以利用一元线性回归方法来分析降雨对垂直摆倾斜仪观测值的影响，从而剔除降雨干扰。

以佛子岭台2017年1月至2019年4月VP垂直摆倾斜仪EW向和雨量累积值为例作一元线性回归分析。分析结果见图1，可以看出，去除降雨影响后，曲线形态发生了较大变化。

将2017年1月至2019年4月发生在安徽省霍山县境内的几次级以上地震标注、分析发现，在地震发生前，VP摆EW分量的观测曲线均存在不同程度的下降。

2.3 水库泄洪对VP型宽频带倾斜仪造成数据影响变化分析

每年的4月中旬至8月为中下旬安徽霍山汛期阶段，霍山县有三大水库——佛子岭水库、磨子潭水库、白莲崖水库，安徽佛子岭地震台位于佛子岭水库大坝下游300m处，每年汛期到来后，其佛子岭水库泄洪对VP摆的影响尤为明显。

2.3.1 2018年5月5日佛子岭水库泄洪

5月5日09：3至6日06：20，NS分量、EW分量因佛子岭水库大流量泄洪影响，造成数据日变形态发生畸变（见图2）。泄洪量根据时间变化，大小不等，5日10：00为73.5m3/s，10：36为606m3/s，20：12为806m3/s，6日06：20为150m3/s，数据变化幅度：NS分量为15.818ms、EW分量为26.982ms。

由图2可见，开始泄洪引起向上数据台阶，停止泄洪引起向下数据台阶，水库泄洪受强降雨影响。

2.3.2 安徽霍山Ms1.5级以上地震（2017年1月至2019年4月）数据曲线对应分析

在安徽省霍山县内发生的1.5级以上地震时，佛子岭台VP宽频带倾斜仪观测曲线均出现了下降的过程。具体见图3。

3  结语

（1）VP宽频带倾斜仪受降雨干扰明显，是覆盖层地形、地质条件、雨水渗入等多因素共同影响的结果。

（2）VP宽频带倾斜仪受降雨干扰较大，在利用观测数据进行分析预报时，要充分考虑降雨因素的影响，且水库蓄水、泄洪对VP宽频带倾斜仪影响较大。

（3）由于佛子岭台VP宽频带倾斜仪观测值与RTP气象三要素降雨累积值之间存在相关性。因此，可以利用一元线性回归方法去除降雨干扰。在安徽省霍山县境内的几次ML1.5级以上地震前，VP摆的观测曲线均存在不同程度的下降。

参考文献

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