大祥地倾斜台数字观测资料特征分析

1、大祥地倾斜台数字观测资料特征分析邵阳市地震局 罗红英 吕捷 贺陆军摘要：大祥地倾斜台SSQ-70B型模拟水平摆倾斜仪因仪器故障及过时无法正常 运行，于 2021 年 3 月进行了数字化改造。通过对数字观测的资料特征、观测精度、 干扰因素、映震能力等进行分析，找出数字化仪器观测的优缺点，为进一步搞好数 字化观测、提高观测精度提供依据。关键词： 大祥地倾斜台 数字化观测 资料特征 干扰因素 映震能力一、台址概况大祥地倾斜台位于邵阳市 7012 人防工程市委院段内，地理位置为东径11128，北纬27 T,距宝庆中路最短距离80米，离资江河1.2公里，东侧距邵水 河 1.1 公里，周边无大工业厂房。台

2、址处于祁阳山字型构造的边缘，新宁汩罗 断裂从台站旁边穿过，所处基岩为白垩纪红色泥质砂岩。洞室进深长，洞口离仪器 室100多米，仪器室地层覆盖厚度为20.08m,日温差小于0.1C,年温差最大0.4 C, 洞室温度根本稳定在18.6 C19.0 C变化。二、台站改造根本情况大祥地倾斜台始建于1992年，安装有SQ-70B石英水平摆倾斜仪，经过16年 的运行，仪器光记录箱和时号系统严重老化，因SQ-70B石英水平摆仪器已被厂家淘汰停产多年，无法找到仪器正常维护所需配件，造成仪器运转困难。按照省“十一 五规划，大祥倾斜台被列入数字化改造方案，决定在原址采用SSQ- 2I 型数字石英水平摆倾斜仪进行数

3、字化改造。按照标准和数字化仪器要求， 2021 年 9 月着手在 原址新建观测室和仪器基台，仪器基台根底和水磨石台面采取一次浇注成型。拟新建仪器壇图1大祥地倾斜台新建仪器室平面图120cm0口g70 090cmo05cm混幕土地面技术要求1、甚础丟深人甚岩OCM2螺纹要摘人基岩20CM氐台面突求用厚水磨 假设细磨咸水平面4、仪器燉四周留冲槽.内浇炳音5、仪器最四周水泥档平氐浇灌浪曉土前要議基底不 留任何谭土录OS雀7-混擬土妾求采用高标号水 泥大于4药,卵石要来潘 诜无泥土图2新建仪器基台施工图三、SSQ-2I型数字石英水平摆运行情况及其观测资料特征分析2021年3月底SSQ-2I型数字化石英

4、水平摆观测系统在大祥地倾斜台安装完毕， 同年6月通过省局专家组验收。试运行 9个月后于2021年1月1日正式投入运行并 产出资料，同时纳入省台网。SSQ-2I型数字水平摆倾斜仪采用双吊丝悬挂的石英水 平自由摆接收地倾斜信号，当地面发生倾斜时，摆杆绕旋转轴偏转，偏转量被电涡 流传感器变成电压信号输出，经放大，滤波以后，由数据采集器实时采集存储，再 通过网络接口与计算机进行数据通信。SSQ-2I型数字传输石英水平摆倾斜仪分辨率高、动态范围大、抗干扰能力强，实现了定时、定量全自动操作SSQ-2I型数字水平倾斜仪技术指标分辨力优于0.0005角秒动态范围大于80dB零漂率 2秒/年非线性度 2角秒数据

5、存储1015天分钟值数据根据使用的通道数而定，掉电保护全自动标疋标定重复性优于1%年稳定性优于95%幅度?0.03角秒。目前，从该系统2年多的观测资料来看，该仪器的观测系统故障率低、运行状态 良好，观测精度高、产出资料稳定、可靠。通过对分钟值曲线、整点值曲线进行查 看，仪器观测曲线光滑、连续，能够清晰地记录到地倾斜固体潮的日变化，下面给 出2021年4月16日双向分钟值曲线图图3和2021年7月份整点值曲线图图 4。图3大祥地倾斜台数字观测2021年4月16日分钟值曲线图跚丈谢平搖剛現那匕前竝瞒越： 20】:年t月| BEO-iOLL年霸引EHflB部阳丈羿水平崔便铝現d恃西弓虽整.占弟单沌；

6、“】30：年T机日星知五-SOL L年T月31日皇期日图4大祥地倾斜台数字观测2021年7月整点值曲线图202101202102202103202104202106202106301107202108202109202110202111202112图5大祥地倾斜台数字观测2021年整点值曲线图从大祥地倾斜台2021年整点值观测数据图5看，仪器运行稳定，故障率低， 全年除4月底东西向因静电导致电涡流传感器转换数据失败外，仪器未出现其他故 障。对2021年全年的整点值观测数据调和分析处理，只重点计算潮汐因子和潮汐因 子误差2项调和分析计算结果见表1。从表1计算结果可以看出，仪器潮汐因子 变化根本稳

7、定，其中，EW向潮汐因子年均值在1.9177,NS向潮汐因子年均值0.4144， 潮汐因子误差东西向误差2.7%, NS向误差8.4%。经分析，造成误差偏大的主要原因 有：大震干扰如3月日本9.0地震干扰、台站周边建设工程干扰、降雨干扰等因 素。表1邵阳地倾斜台数字观测2021年整点值调和分析结果表时间潮汐因子绝对误差EW向NS向EW向NS向2021年1月1.89800.40450.01550.02082021年2月1.96610.44670.01990.04542021年3月1.94460.73170.04620.57642021年4月2.00360.34700.03470.05192021

8、年5月1.71540.40840.03810.05612021年6月2.07630.39460.03330.04112021年7月1.95020.40560.04160.04092021年8月1.85230.22350.03730.06322021年9月1.80370.38390.02520.04092021年10月1.96240.42100.02820.02352021年11月1.82670.40400.02190.02332021年12月2.01360.40200.05070.0255四、主要干扰因素分析因台站处市区、距资江近的特殊地理位置，自1992年建立模拟观测台以来，台站的干扰因素就

9、较多。通过十多年的模拟观测分析，台站主要存在热形变见图6、降雨、地面载荷变化等干扰因素。对 2年多的数字观测资料进行分析，台站数字化改造后，热形变干扰已经消除，但气象干扰、周边建设工程施工与地面载荷变化干扰仍然存在。模拟观测资料0J眾阳犬 S 单位：討勿】年亍冃1?日=5期五一20】年T R JBHSlfflTx图62002年7月1516日模拟观测 和2021年7月1516日数字观测比照图从图6我们可以看出，模拟观测资料在12:0019:00出现鼓包，为热形变干扰 而2021年7月1516日，天气为晴，气温高达37C，从这两天的数字观测资料看,热形变干扰不明显。数字化改造后，仪器抗干扰能力增强

10、，消除了模拟观测时一直 存在的热形变干扰。气象干扰在地震地形变前兆观测中是一种很典型普遍的干扰现象。气象干扰因素主要有降雨、狂风、下雪等因素，而降雨又可分为持续性降雨、大雨和暴雨。持续性降雨干扰反映在曲线上为脉动状、趋势性缓慢变化，大雨、暴雨、狂风、气候突变干扰那么表现为缓慢及突变型拐折变化、分钟值毛刺较多等特征。图7即为2021年1月10日11日受狂风、下雪干扰的分钟值曲线图,-H.53 -8.59轴嫌评劉倾I；逋畛戦忌卿炜奸釧锵濟酚跻饥軸应图7大祥地倾斜台2021年1月10日11日分钟值曲线图近两年，因城市建设开展，台站周边建设工程较多，台站东边有东方明珠、人大宿舍楼，南边有宝庆府邸、中央

11、和盛等高层建筑先后施工、竣工，大型机械设备作业、移动频繁，地面载荷变化较大，其干扰主要表现在趋势性缓慢变化。图8为2021年12月2日3日分钟值曲线图，从图中我们可以看出，18点至次日凌晨1点,2021敕胭affiTOl库囱3E星歛数据干扰严重。其主要原因是2021年12月2日，距台站东偏北约20米处，市委办 和谐苑高层建设工程进场施工，因处市委内，工程主要是夜间施工。图8大祥地倾斜台2021年12月2日3日分钟值曲线图结合雨量图和台站观测日记及周边建设工程施工情况，对2021年日均值曲线进行分析如图9:降雨对EW向日均值有很明显的干扰，降雨多的月份如 3、4月份、6月份出现峰值；建设工程施工

12、也有明显干扰，特别是对NS向干扰严重，表现为观测数据向一个方向漂移。图9大祥地倾斜台2021年日均值及雨量图五、映震能力分析7 级左右地震。台在模拟观测时，大祥地倾斜台就能记录到太平洋地震带上的站数据化改造后，由于SSQ-2I型数字化仪器精度提高，频带较宽，采样率为分钟采样，记录到的地震和异常信息更为丰富，映震能力明显优于模拟观测。数字观测能清晰记录到全球大局部6级以上地震和国内5级以上地震，且对一些地震波周期长 的地震，能清晰记录到地震的全过程，并能在震前记录到相关的震兆信息，如阶跳、 掉格、长周期干扰、曲线毛刺变化等。但由于该台数字化运行时间较短，资料的年 变规律不明显，对在记录中出现的异

13、常图像，是干扰还是震兆信息，缺乏比照，尚 不能完全确定。目前，只能从仪器本身、台址条件、人为因素等方面逐一排除，分 析总结各种异常与地震的关系。图 10为2021年3月10日记录到的2时16分日本 本州东海岸近海6.2级、2时44分日本本州东海岸远海岸6.1级地震和5时22分日 本本州东海岸近海6.2级、5时24分新不列颠地区6.3级、5时24分日本本州东海岸近海6.8级地震，以及12时58分云南盈江5.8级地震。图10大祥地倾斜台2021年3月10日分钟值曲线图祁阳尢祥水平JSiWi亂耐北词分盘骨骨1程单位：耐LL貓阳太僭京平播價斜观HI东西井盘幷曾個单任：n訂图11大祥地倾斜台3月11日分

14、钟值曲线图日本9.0级地震650.60ZQ1L年m月汨星崛五02祁阳犬弹贰平基廝1坯0竦西号呈寸钟値r单洼：斛J 曲年強日翱五址图12大祥地倾斜台2021年9月2日分钟值曲线图福克斯群岛7.2级地震专阳丈特水干宦斓观出儿侖分址册俺单位：n=J图13 大祥地倾斜台 2021年10月14 日分钟值曲线图新几内亚6.7级、俄罗斯6.6级地震六、结论与讨论从SSQ-2I型数字石英仪2年多运行的情况看，仪器灵敏度高、稳定性好，重复标定的次数很低，对干扰和大震后恢复稳定的时间短，不仅能清晰记录到固体潮汐 变化，而且能记录到地震时地震波的变化， 能清晰记录到全球 6 级以上地震和国内 5 级以上，与模拟观测

15、比拟，具有如下优点：1SSQ-2I 型数字水平摆的记录采取计算机实时连续记录，自动化标定，通过 前兆信息处理系统、远距离快速传输，利于资料的共享及地震前兆短临信息的捕捉， 分析人员可随时对观测数据进行处理。提高了观测精度，减少了像模拟观测那样人 工标定、换相纸、读数带来的干扰和误差。2SSQ-2I 型数字化水平摆具有较宽的频带范围，记录的信息量大，能清晰记 录震前、震后效应，全面反映了地倾斜的变化。与模拟记录相比，能观测到更多的 异常，尤其是短临信息。3SSQ-2I 型数字化水平摆抗干扰性能好， 消除了模拟观测时一直存在的热形 变干扰。但周边建设工程施工造成的干扰与观测资料的相关性，有待进一步研究。4SSQ-2I 型水平摆能在震前记录到相关的震兆信息，出现阶跳、掉格、长周 期干扰、曲线毛刺变化等，但由于数字化观测记录的时间相对较短，异常与地震的 对应关系及表现形式，需在今后更长的一段时间进行研究总结。参考文献1 杨军.地倾斜仪的频率响应与潮汐因子 . 1998 年7地震学报第 20卷第4期。2 李正媛、陈鹏、林穗平、陈志遥 . 地倾斜台站数字化、模拟观测数据频率特 性研究. 2003 年2月大地测量与地球动力学第 23卷第1期。3 孙伶俐、罗俊秋、龙涛 . 大气降水对数字化地倾斜观测干扰特征分析 . 2021 年