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1、第 2期 铁岭地震台数字化水管仪资料分析 45资料分析铁岭地震台数字化水管仪资料分析李永振 （辽宁省铁岭地震台 112001）摘要：对铁岭台数字水管仪资料进行了分析，结果表明：水管仪观测值主要受气象因素和人为因素影响。仪器能记录到清晰的固体潮汐变化，资料连续性、稳定性、可靠性都很高，基本能记录到清晰的地震波，而且多次记录到远震前驱波。另外，水管仪在 3 次近震前有一定的短期异常显示。关键词：DSQ 型水管仪；数字化观测资料；完整性；稳定性；可靠性1 仪器类型及台址概况铁岭台位于辽宁省北部，山洞岩性为混合花岗岩，背景干扰小，精度高，DSQ 型数字化水管倾斜仪就安装在此山洞中。该仪器自 2001年
2、正式验收以来，工作状态良好，在 2002年至 2006年间共获得五次全国前三名的佳绩。本文对水管仪干扰因素、资料完整性、稳定性、可靠性及记录的地震异常进行了分析，以期达到认识观测资料的目的，为准确提出分析预报意见奠定基础。2 主要干扰因素分析从 5年来产出的水管仪观测资料中发现，观测过程受到多种干扰因素的影响，主要可分为二大类：一是气象因素的影响，二是仪器工作状态的影响。2.1 气象因素的影响2.1.1 大风影响许多观测资料表明，当刮大风时会对倾斜观测值造成影响，这种影响具有随机性，它不会改变固体潮总体变化形态。最显著的特征是固体潮记录曲线出现明显的波动，这是因为风力会使地壳的负载加大，使地壳
3、应力、应变随着风力的强弱呈现出起伏变化，很容易分辨。如图 1所示为 2002年 4月 20日的 7级西南风干扰曲线图。从图中可以看出，水管仪 NS向干扰较重，这是与西南风相对应的。2.1.2 雷电影响雷电对台站观测系统的危害一般有两个途径。一是直接落雷，即雷电直接击中观46 形变学科通讯 2007 年测系统造成设备损坏；二是感应雷，即雷电通过电力线、信号线、传输线、天线等感应出很高的电压进入观测系统造成设备损坏。2001年至今的几次雷电，使铁岭台的观测设备遭到不同程度的损坏，受损严重的大多数为山洞的数据采集设备和前置放大设备，也有 ZH-1型单项交流电源避雷器的熔丝管爆裂的。图 1 铁岭台水管
4、仪风扰图图 2 铁岭台水管仪典型雷电干扰图根据雷击受损实况，经分析可得到以下几点认识：几次雷电造成危害均为感应雷。感应雷又叫二次雷，它包括由雷电引起的静电感应和电磁感应。遭受直击雷的概率一般较小。感应雷一般通过电力线、电话线、天线等金属导线进入观测系统，同时观测系统内的信号线（含传感器引线）和 RS-232C通信传输线也容易感应雷电及其它干扰信号。电力线在户外大多为架空明线，雷电感应的高电压极易沿电力线进入第 2期 铁岭地震台数字化水管仪资料分析 47台站。由电力线引入雷电对仪器设备的损坏率约占 70-80 1。铁岭台的 ZH-1型单项交流电源避雷器的熔丝管两年被 3次烧断的原因就是电力线引入
5、的感应雷害所致。地震台站多在郊区、山区，电话线较长，感应雷电的机会也很多。台站的有线调制解调器、地震前兆台网中心有线通信单元、计算机及 IC卡电话等遭受的雷害均为电话线感应雷所致。信号线（含传感器引线） 、RS-232C 通信传输线也可感应雷电，尽管信号线多在山洞中。数据采集设备和前置放大器的损坏就是因信号线感应雷电所致。2.2 仪器工作状态的影响水管仪在观测中由于仪器标定、调零、停电、数采仪工作不正常等原因都可造成观测值曲线出现畸变，这些影响导致的变化形态不一样。正确地认识这些图像，对于认识震前异常无疑具有重大意义。图 3图 5是部分干扰导致的水管仪观测曲线“异常”图，根据形变学科组数字化资
6、料预处理的技术要求，对已知干扰引起的观测值的变化均做预处理，以保证观测资料能连续使用。本文仅给出了部分干扰图像，如标定时引起的大幅阶跃变化；数采工作不正常可造成短时的固体潮畸变，出现阶跃式突升变化，数采仪工作稳定后即可恢复至原水平；调零时造成的曲线零飘现象等。图 3 铁岭台水管仪标定干扰图 4 铁岭台水管仪调零干扰48 形变学科通讯 2007 年图 5 铁岭台水管仪钵体破裂干扰3 资料完整性、稳定性、可靠性分析资料的完整性、稳定性、可靠性是衡量观测资料质量的重要指标。观测资料只有达到观测技术标准要求时，其应用价值才高，才能更好地判断出观测资料的正常动态背景，以利于识别异常。为此，有必要对观测资
7、料进行完整性、稳定性、可靠性分析。3.1 观测资料完整性分析统计 2002年至 2006年铁岭台水管仪分钟值、整点值的连续率，铁岭台水管仪连续率均达到技术标准 99%以上。2003 年雷击及 2005年 N端钵体炸裂造成断记对当年度连续率有一定影响。表 1 铁岭台水管仪连续率统计结果3.2 观测资料稳定性、可靠性分析为了真实地反映铁岭地震台水管仪观测值的稳定性和可靠性，在排除观测资料受干扰部分的基础上，计算了观测资料精度指标：M2 波潮汐因子均方差 M 均小于0.02，相对噪声水平 M1均小于 0.02，达类台标准。表 2 铁岭台水管仪潮汐参数水管仪 2002 2003 2004 2005 2
8、006M 0.0026 0.0025 0.0024 0.0025 0.0027水管仪 2002年（%） 2003年（%） 2004年（%） 2005年（%） 2006年（%）连续率 99.67 99.48 99.90 99.21 99.98第 2期 铁岭地震台数字化水管仪资料分析 49M1（） 0.0012 0.0011 0.0010 0.0041 0.00124 地震波记录情况分析水管仪有较高灵敏度，不仅能清晰记录到固体潮汐变化，而且能记录到地震波的变化。本文对 2006年全球 7级（共计 14次，主要分布在环太平洋地震带等地） 、全国6级（共 5次，分布在台湾、南海） 、辽宁及附近地区 4
9、级以上地震（共 3次）震时本台水管仪记录的地震波情况进行了统计，结果见表 3。表 3 2006年铁岭台水管仪记录地震波情况铁岭台水管仪记录到的多次国内外远震，在震前均出现了长周期形变波，然而也不是所有的强震前兆波都能记录到，这与发震的地点、构造有很大关系，比如说同纬度（即观测站与发震地点的纬度）的地震能记录到的曲线波动更明显一些；观测站与发震地点处于同一构造板块时，震前都可能记录到长周期形变波。2006 年 2月 23日06时 19分莫桑比克 7.5级地震前，水管仪北南向记录曲线不平滑，出现小幅度波动。发震前 2天记录曲线波动幅度明显增强，并且固体潮有些畸变，震前 1天渐趋于平静至震前（图 6
10、） 。图 6 莫桑比克地震前水管仪记录曲线铁岭台水管仪 2002年以来，在 3次近震（2003 年 8月 16日内蒙巴林左旗 Ms5.9级地震、2004 年 3月 24日内蒙东乌珠穆沁旗 Ms5.9级地震以及 2006年 3月 31日吉林前郭 Ms5.0级地震）前均有明显的异常显示。相关内容已在“铁岭台数字形变异常与全球 7级 全国 6级 东北 5级 辽宁 4级记录次数 14 5 1 3百分比（%） 100 50 0 050 形变学科通讯 2007 年地震的关系探讨” （形变学科通讯2006 年第 2期）一文中有详细分析，这里不再一一列出。5 结论通过对铁岭台数字化水管仪 2002年至 200
11、6年资料分析研究可知：水管仪观测值受气象因素有一定影响，人为影响主要体现在仪器调零、标定等。除此以外，固体潮记录曲线清晰、光滑、完整，大小潮潮幅变化显著，资料连续性、稳定性、可靠性都很高。对全球 7级、全国 6级以上地震基本能记录到清晰的地震波，目前多次记录到远震前驱波，表现在震前固体潮阶跃式或波动式变化，并常伴有台阶、突变等现象。近几年，水管仪在 3次地震前均有一定的短期异常显示，值得我们继续关注。参考文献1 王玉莹等.内蒙两次 5.9级地震与前兆异常特征的关系研究 J.东北地震研究，2004，No4，1621.2李冬梅等.山西侯马台记录到的强远震前兆波特征浅析J.大地形变测量与地球动力学，2002，No3,7577.3李永振等.铁岭台数字形变短期异常与地震的关系探讨J. 形变学科通讯，2006，No2，5661.4李永振等.内蒙 8.16地震与铁岭台数字形变关系研究J.形变学科通讯，2005，No2，4144.5李永振等.铁岭台数字形变记录的远震前驱波研究R.铁岭市 2007年度地震趋势研究报告，2006，No1，9197.
