泾县地震台DSQ水管倾斜仪观测资料典型干扰分析

摘要：通过对泾县地震台DSQ水管倾斜仪近几年的观测资料进行梳理归纳，分析常见干扰情况，主要为人为因素、降雨干扰、观测环境干扰等，在曲线形态上表现为毛刺、高频扰动、趋势倾斜等；同时选取某一典型干扰做数据的趋势性相关性分析，判断干扰与数据变化之间的拟合关系。了解各种干扰因素的突出特点，总结归纳常见干扰特征，为进一步提升干扰识别、做好数据预处理及应用提供参考。

关键词：泾县地震台水管倾斜仪质量分析数据预处理

中图分类号：P315.73

AnalysisonTypicalInterferenceofDSQWaterPipeInclinometerObservationDataatJingCountySeismicStation

HUANGZhenLIZhangTANXiaoYANJiCHENGWenkun

HuangshanEarthquakeMonitoringCenterofAnhuiEarthquakeAgency，Huangshan，AnhuiProvince，245000China

Abstract：Inthisarticle，bysortingandsummarizingtheobservationdataofDSQwaterpipeinclinometeratJZ2Eez3rzbJCu8Kc4uTnGKk+0w7GQb0WeLEzv0JKk4ag=ingCountySeismicStationinrecentyears，commoninterferencesituationsareanalyzed，mainlyincludinghumanfactors，rainfall，observationenvironmentfactors，etc.Inthecurvemorphology，itmanifestsburr，high-frequencydisturbance，trendtilt，etc.Atthesametime，itselectsatypicalinterferencefortrendcorrelationanalysisofdata，toestimatethefittingrelationshipbetweentheinterferenceanddata.Understandthecharacteristicsofvariousinterference，summarizeandgeneralizethecharacteristicsofcommoninterference，providingafurtherreferenceforfurtherimprovementofinterferenceidentification，datapre-processingandapplication.

KeyWords：JingCountySeismicStation;Waterpipeinclinometer;Qualityanalysis;Datapre-processing

前兆观测中，地震前兆仪器记录了地球物理量的变化情况。在正常情况下，地球物理量的变化具有潮汐变化的规律。除了地表海洋、大气等流体会出现潮汐外，地球固体部分也会因日月的作用而出现周期性形变[1]。地倾斜观测主要为获取地壳形变的几何及物理信息，可为地震监测预报研究提供大量有力的依据[2]。DSQ型水管倾斜仪可以自动记录所在地区的垂直位移，进而反映地壳倾斜变化。能够应用在地壳倾斜固体潮、地震断层以及火山、大型精密工程垂直位移的连续观测。仪器基本原理为连通器原理，当倾斜仪两端地基出现相对垂直位移时，两端液面便会相对于仪器钵体发生变化，这种变化，通过浮子、位移传感器等变成电信号输出自动记录，这种检测和记录两端钵体液面的变化来模拟地壳的实际运动状态的重要观测手段需做好数据的变化趋势与跟踪分析[3-4]。

泾县地震台DSQ水管倾斜仪于2006年安装投入运行，经过多年运行，积累了大量观测资料。本文将对泾县地震台近年来DSQ水管倾斜仪观测数据进行分析，了解各种干扰因素的特点，总结归纳常见干扰特征，为进一步提升干扰识别、做好数据预处理及应用提供参考。

1台站概况与水管倾斜仪基本情况

安徽省泾县地震台地处泾县泾川镇桃园村湖山坑，台站北纬118.38。，东经30.7。，地处皖南山区南陵凹陷南端，台址周围三面环山，附近有江南断裂和周王断裂，小断层发育，台址有大面积石英砂岩出露。洞室岩性为志留系石英砂岩，岩体完整，其覆盖层厚度最小约20m，最大约50m，山洞平均覆盖层约50m，洞室年温度变化±0.7℃，日温变幅小于0.03℃，相对湿度小于90%。2006年5月23日，台站进行了形变数字化改造，9月1日DSQ水管倾斜仪安装投入运行，经过多年运行，积累了大量观测资料。但在日常观测中，观测数据易受到观测系统、场地环境、自然环境、人为干扰等因素影响，导致数据噪声大、突跳、畸变等，在曲线形态上表现为毛刺、高频扰动、趋势倾斜等[5]，给数据处理工作带来不便。

2质量评定

2.1连续率和完整率

观测数据连续率和完整率是衡量地震前兆观测数据质量的重要指标之一，原始观测数据是连续率的统计对象，也即人工没有任何处理的仪器直接记录收集到的数据，这种连续记录重点在于掌握地壳形变特点和规律，对于认识地震地壳形变或前兆异常现象也具有一定意义，是检验仪器工作性能的主要指标之一；完整率统计对象是预处理数据，即根据不同学科观测技术规范和要求进行预处理后的数据[6-7]。通过对泾县地震台DSQ水管倾斜仪2018年—2022年的观测数据进行计算分析（见表1和表2）。通过计算结果可以看出仪器产出数据的连续率和完整率较高，其中，2022年因DSQ水管倾斜仪钵体漏水损坏需维修仪器造成北南分量数据完整率低于99%，整体表明仪器的运行状况良好，工作性能比较稳定。

2.2年零漂

年零漂主要用来衡量观测仪器及其基墩稳定程度或地壳继承性的新构造运动[8]，计算方法是将每年12月31日的日均值减去当年1月1日的日均值，所得差值即为当年的年零漂，结果具有正负之分。《地震及前兆数字观测技术规范》中要求地倾斜观测年零漂﹤2"[9]。从表3可看出，泾县地震台DSQ倾斜仪东西向均满足规范要求，北南向年零漂值基本符合规范要求在2"左右，其中，2022年因为水管钵体破损漏水，经过维修后恢复，对观测数据影响较大，造成年零漂值过大。

2.3年变幅

年变幅是求取全年整时值中最大值与最小值的差值，所得数值为当年的年变幅。我国水管倾斜仪的年变幅平均值为0.318"[9]。从表4可知，泾县地震台DSQ水管倾斜仪的年变幅值均大于0.318"，部分年份较平均值超出较多，因山洞内部环境潮湿，对仪器产出数据的质量产生一定影响。其中，2022年因为水管钵体破损漏水，经过维修后恢复，对观测数据影响较大，造成年变幅值过大。

3典型干扰情况分析

3.1人为因素干扰

泾县地震台水管仪与伸缩仪的布设安装在同一个仪器槽内，当其中一套仪器进行调零、标定等检修或运维时会对另一套仪器产生无法避免的干扰。2022年12月28—29日，因VP垂直摆仪器故障，运维人员进洞对仪器进行维修，对DSQ水管倾斜仪观测数据产生影响，造成这一时段的数据出现毛刺和突跳（见图1）。

3.2降雨干扰

降雨干扰是最常见的气象干扰因素之一，尤其是对于形变类观测手段。当降雨量较大时，雨水渗入地下岩石的空隙中导致岩石体积膨胀，由此造成地面倾斜变化，影响表现在固体潮观测曲线上，可能会出现超出平日正常变化的幅度，向某一方向趋势性快速上升或下降，当降雨结束后一段时间后又会恢复原来的趋势性变化[10]。

泾县DSQ水管倾斜仪在2019年11月24日至11月30日期间，受到两次强降雨影响，仪器观测数据曲线出现明显趋势性变化，北南分量趋势性下降，东西分量趋势性上升。（见图2、图3）

进一步对此种趋势性变化进行分析，泾县台山洞所处湖山坑三面环山，地势呈现为北高南低，山洞外南侧有一条山间溪流呈北北西向流过，一定强度降雨后雨水往南汇集渗入周边岩石裂缝与覆盖层，同时溪水骤涨，引起降雨后水管倾斜仪北南分量北倾；山洞以西地势较为平整，东侧为山体，覆盖层相对于西侧更厚，同时树木茂密更易储水，降雨后雨水持续渗入，从而引起水管倾斜仪东西分量东倾。

选取2019—2020年期间五次典型降雨干扰，分析其与DSQ水管倾斜仪数据的趋势性相关性分析。将降雨量与此时间段水管仪北南和东西分量变化幅度进行最小二乘法直线拟合，得到降雨量和各测量变化幅度间拟合的线性关系如下：

北南分量：y=1.0859x+18.331R2=0.6529

东西分量：y=0.324x+36.513R2=0.6854

由拟合结果可知，降雨与DSQ水管倾斜仪数据趋势性变化之间有着较好的线性关系。

3.3观测环境因素干扰

地震前兆观测数据质量的优劣与否，与观测点周围的环境有很大的关联程度，洞室周边的大型施工、爆破和洞室改造施工等会直接影响观测质量[7]。泾县地震台DSQ水管倾斜仪NS分量观测数据在2023年05月25日开始出现持续上升，7月下旬开始加速北倾；EW分量观测数据7月下旬开始趋势转向，向西加速下降，打破年变趋势（见图4）。对此，台站工作人员立即展开异常核实工作。首先同一时期并无工作人员进洞运维检修记录，排除人为因素干扰；接着查看同一时期降雨记录，发现降雨与观测数据变化在时间上有一定的同步性，降雨结束后则逐步恢复正常，由此排除降雨干扰；再对观测系统进行检查，并未存在主机、数采仪等仪器故障或接口不良，洞体内部环境和水管仪钵体、水管及前置盒等无明显异常现象。初步判定为台站周边某单位（涉密）建设施工影响。经与施工方交涉，了解到5月底至8月，台站形变山洞西北方向不远处有体量较大开挖和填埋作业，约有碎石几千方。综合以上分析，观测环境变化较为明显，判定此次数据异常为台站附近工地施工影响。从图4中可以看出，此类干扰出现后对仪器数据影响尤为显著，并且在短时间内能够引起破年变的变化趋势，容易让人误以为前兆异常。

4结语

（1）通过对泾县地震台DSQ水管倾斜仪2018—2022年观测数据的质量进行分析，DSQ水管倾斜仪稳定性较高，同震响应较好，观测资料的质量评估情况基本满足形变规范要求，常见的干扰有人为因素干扰、降雨干扰、观测环境因素干扰。

（2）对洞室形变观测来说人为因素干扰是无法避免的，仪器检修标定等运维工作都会对观测数据造成不同程度的影响。多数表现为密集的较大幅度突跳和台阶干扰等。为提高观测数据的可靠性，业务人员应提高检修运维能力，缩短进洞作业时间，在进洞运维时尽量减小对仪器的影响。

（3）降雨因素影响对于形变类观测较为常见，当降雨量较小时，对观测数据基本无影响；当集中降雨尤其是降雨量较大时，仪器的数据曲线会产生趋势性上升或趋势性下降，在降雨停止后，数据曲线又会逐渐回归原趋势性变化。

（4）观测环境因素干扰较为复杂，其原因多样，包括观测点附近大型施工、爆破以及洞室施工等。在观测数据曲线上表现为大幅突跳、台阶干扰等畸变，甚至造成观测数据破年变，容易造成观测数据“异常”事件。出现此类干扰后需尽快查清原因，排除干扰。使观测数据在地震监测预报中发挥其应有的作用。

参考文献

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[2]赵爱平，李传江，周红艳，等.会昌地震台相同测点倾斜固体潮观测之对比分析[J].华南地震，2012，32（2）：121-132.

[3]胡雪琪，徐诚，李颖楠，等.天津蓟县DSQ水管倾斜仪故障诊断与排除[J].华北地震科学，2019，37（1）：52-56.

[4]郭昱琴，李盛，张慧，等.五指山台水管倾斜仪北南向变化的异常判定[J].地震科学进展，2023，53（2）：77-85.

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[6]辛建村，钟维，樊金堂，等.西安地震台新建与原形变山洞DSQ型水管倾斜仪观测资料比对分析[J].地震地磁观测与研究，2022，43（2）：121-127.

[7]李希亮，陆汉鹏，孟建国，等.山东水管倾斜仪观测运行分析[J].山西地震，2014（1）：5-9.

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