樊 冬， 吳 坤，李驚生，尹傳兵

（1.安徽省淮北地震臺(tái)，安徽 淮北 2350002；2.安徽省蒙城地震臺(tái)，安徽 亳州 233527）

密封措施對(duì)降低洞體形變觀測(cè)氣象類因素干擾的效果與分析

樊 冬1， 吳 坤2，李驚生1，尹傳兵1

（1.安徽省淮北地震臺(tái)，安徽 淮北 2350002；2.安徽省蒙城地震臺(tái)，安徽 亳州 233527）

結(jié)合2010年5月初的一次密封措施，以天為單位統(tǒng)計(jì)各月內(nèi)影響淮北地震臺(tái)洞體形變觀測(cè)的氣象因素類型及其變化情況，分析造成干擾的主要?dú)庀笠蛩仡愋图懊芊庑Ч?，結(jié)果表明：影響淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)的主要?dú)庀箢愋蜑榇箫L(fēng)、氣壓和降水，密封能有效降低大風(fēng)和氣壓因素造成的干擾。

洞體形變觀測(cè)；風(fēng)擾；氣壓；降水；密封

0 引言

數(shù)字化洞體形變觀測(cè)所產(chǎn)出的大量觀測(cè)資料中，不但包含地殼應(yīng)變變化信息，還包含氣象類因素 （如氣壓，降雨，溫度，濕度，大風(fēng)，雷擊）干擾信息，給地震前兆異常識(shí)別帶來了困難[1]。淮北地震臺(tái)經(jīng)過四十多年的觀測(cè)實(shí)踐，在洞體形變觀測(cè)干擾因素的識(shí)別和排除方面積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)，主要干擾淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)氣象類因素為大風(fēng)、氣壓和降水[2]。文章結(jié)合2010年5月初對(duì)觀測(cè)山洞內(nèi)部硐室的一次密封，進(jìn)一步研究密封后主要?dú)庀箢愐蛩貙?duì)淮北臺(tái)形變觀測(cè)的影響，分析比較密封前后干擾的變化，為實(shí)際工作中降低洞體形變觀測(cè)的干擾提供實(shí)用、可靠的辦法，進(jìn)而為更好的識(shí)別地震前兆異常提供可靠觀測(cè)資料。

1 臺(tái)基概況

淮北臺(tái)形變觀測(cè)山洞所在相山山體寒武系和奧陶系灰?guī)r出露，第四系覆蓋以沖積和坡積的砂礫石、紅色粘土為主，植被為冠木林、喬木林及雜草等，覆蓋厚度大于50 m；洞體為奧陶系灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀近于直立，裂隙發(fā)育，山洞進(jìn)深100多米，硐溫日變化小于0.03℃，年溫差小于0.5℃[3]。山洞位于相山背斜南翼，距郯廬斷裂帶西側(cè)約120 km，距S202省道3.5 km，距濉河?xùn)|岸4.3 km，距南部塌陷區(qū)大于9 km，周邊無重大干擾源，觀測(cè)環(huán)境滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。于2005年09月底完成 “十五”優(yōu)化改造，安裝有DSQ型水管傾斜儀、SS-Y型銦瓦伸縮儀和SSQ-2I型石英水平擺各一套，每套儀器均有NS、EW兩個(gè)測(cè)項(xiàng)，且DSQ儀和SSY儀采用共墩方式安裝。為提高觀測(cè)資料的內(nèi)在質(zhì)量，降低干擾，最大限度減少山洞內(nèi)外空間的氣流微交換，2010年05月初臺(tái)站組織人員，對(duì)硐室最內(nèi)部未利用部分空間添加兩道磚砌實(shí)墻進(jìn)行封堵，于此同時(shí)，對(duì)于硐室預(yù)留的下水道，在過墻彎管處進(jìn)行注水密封[4]?；幢迸_(tái)形變觀測(cè)山洞構(gòu)造、儀器布設(shè)及封堵位置具體見圖1。

2 密封前后干擾情況

在干擾淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)的因素中，除供電、儀器故障、維修維護(hù)和人為因素干擾之外，影響最多的就是氣象因素。多年觀測(cè)表明，主要干擾淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)的氣象類因素又?jǐn)?shù)大風(fēng)、氣壓和降水三大因素最為顯著。由于其影響機(jī)理和儀器工作原理的不同，觀測(cè)曲線較正常形態(tài)也出現(xiàn)了不同的變化。大風(fēng)的影響主要導(dǎo)致固體潮曲線疊加高頻擾動(dòng)，其周期與采樣率同步，出現(xiàn)毛刺加粗現(xiàn)象；氣壓影響主要導(dǎo)致固體潮短周期畸變?yōu)橹?，表現(xiàn)為固體潮曲線變化與氣壓變化時(shí)間上同步、趨勢(shì)相似；強(qiáng)降雨的影響主要導(dǎo)致觀測(cè)曲線出現(xiàn)長(zhǎng)周期趨勢(shì)性漂移，降雨強(qiáng)度越大恢復(fù)正常形態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，固體潮曲線仍然光滑無畸變[1-2]。

圖1 淮北臺(tái)形變觀測(cè)山洞示意圖Fig.1 Schematic of the ground deformation observation cave of Huaibei seismic station

2.1 大風(fēng)干擾

與SSY不同，風(fēng)擾對(duì)DSQ、SSQ-2I影響相似，尤其對(duì)DSQ影響更為明顯；對(duì)同一儀器的不同分向來說，風(fēng)擾對(duì)DSQ儀的EW分項(xiàng)的影響較NS分項(xiàng)更加顯著、對(duì)SSQ-2I儀的NS分項(xiàng)影響較EW分項(xiàng)更加顯著。選取相似風(fēng)擾條件下（5～6級(jí)風(fēng)力、風(fēng)向均為NE向）的2009年12月25日和2010年12月30日兩天資料作對(duì)比，可見風(fēng)擾所造成的干擾幅度和強(qiáng)度有明顯降低（圖2），說明2010年5月初的密封對(duì)減少風(fēng)擾能夠起到很好的效果。

2.2 氣壓干擾

地表氣壓在幾十分鐘左右發(fā)生的短時(shí)快速擾動(dòng)，對(duì)SSY儀影響最顯著，氣壓擾動(dòng)幅度越大，同步擾動(dòng)幅度也越大。相同幅度的氣壓變化，對(duì)SSQ-2I儀、DSQ儀的干擾相對(duì)較小。選取封堵前2010年04月11日08:55～09:14氣壓短時(shí)相對(duì)小幅變化（1.9 hpa），和封堵后2010年12月15日04: 34～05:26氣壓短時(shí)相對(duì)大幅變化（2.1 hpa）作對(duì)比（圖3），發(fā)現(xiàn)密封應(yīng)對(duì)氣壓擾動(dòng)的效果顯著。

2.3 降水干擾

強(qiáng)降水對(duì)DSQ、SSY儀影響表現(xiàn)為，兩個(gè)分項(xiàng)在時(shí)均值曲線上呈大幅度、對(duì)稱性的漂移變化，對(duì)SSQ-2I儀影響表現(xiàn)為兩個(gè)分項(xiàng)出現(xiàn)相同形態(tài)的漂移，幅度較DSQ、SSY儀小。對(duì)比封堵前2009年07月05日至09月05日兩月期間兩次強(qiáng)降水、封堵后2010年08月15日至10月15日兩月期間兩次強(qiáng)降水情況（圖4），發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水對(duì)淮北臺(tái)數(shù)字化地形變觀測(cè)的影響未發(fā)生顯著變化。

圖2 密封前后風(fēng)擾對(duì)淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)影響對(duì)比Fig.2 Effect comparison of wind disturbance to cave deformation observation in Huaibei seismic station before and after taking hermetic solution

上述分析表明，在2010年5月密封前后一年內(nèi)，主要干擾淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)的氣象因素類型未發(fā)生根本變化，不同干擾因素對(duì)不同儀器的影響形態(tài)也顯著區(qū)別，密封對(duì)降低大風(fēng)和氣壓因素的干擾起到了較好效果，而對(duì)減少降水的影響卻未發(fā)生顯著變化。

3 成因分析

查詢淮北臺(tái)2011年5月到2013年6月三套洞體形變觀測(cè)儀器DSQ、SS-Y和SSQ-2I的運(yùn)行日志，詳細(xì)記錄影響淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)的氣象類因素，以天為單位統(tǒng)計(jì)各月內(nèi)造成主要干擾的氣象類因素變化情況，分析如下。

3.1 風(fēng)擾分析

由淮北臺(tái)形變觀測(cè)月風(fēng)擾天數(shù)變化圖5可知，在這連續(xù)50個(gè)月的統(tǒng)計(jì)區(qū)間內(nèi)，月風(fēng)擾天數(shù)峰值都出現(xiàn)在每年的3月至5月之間和9月至11月之間，這主要原因是受春、秋兩季的季風(fēng)影響，以及來自北方的強(qiáng)冷空氣頻繁活動(dòng)，黃淮區(qū)域南部地勢(shì)平緩，因此多受影響。密封有效降低了大風(fēng)對(duì)淮北臺(tái)三套形變觀測(cè)的影響，尤其是密封后的第一年內(nèi)，DSQ儀兩分向月風(fēng)擾天數(shù)有顯著減少；對(duì)DSQ儀的NS向和SSQ儀EW向來說，月均風(fēng)擾天數(shù)分別由較密封前的14.2 d和5.5 d減少為密封后的4.3 d和3.4 d明顯減少；而DSQ儀EW向的月均風(fēng)擾天數(shù)在密封后的第二年、第三年出現(xiàn)了增多趨勢(shì)，可能是洞體所在山體成南北走向，該儀器的EW向基線長(zhǎng)度低于NS向，以及皖北地區(qū)春秋季節(jié)盛行偏東的風(fēng)向有關(guān)，長(zhǎng)期情況下，當(dāng)硐室內(nèi)微環(huán)境穩(wěn)定后，該分向?qū)︼L(fēng)擾的響應(yīng)較為靈敏，因此風(fēng)擾的方向性得以凸顯。

圖3 密封前后氣壓對(duì)淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)影響對(duì)比Fig.3 Effect comparison of air pressure disturbance to cave deformation observation in Huaibei seismic station before and after taking hermetic solution

3.2 氣壓干擾分析

由淮北臺(tái)形變觀測(cè)月氣壓干擾天數(shù)變化圖6可知，氣壓對(duì)淮北臺(tái)三套形變觀測(cè)的影響均表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，密封有效的降低了氣壓對(duì)淮北臺(tái)形變觀測(cè)的干擾；對(duì)每套儀器來說，密封前后月氣壓擾動(dòng)天數(shù)無顯著變化；對(duì)比各套儀器的NS、EW兩個(gè)分向，氣壓影響幾乎同步，也無顯著差異。

3.3 降水干擾分析

由淮北臺(tái)形變觀測(cè)月降水干擾天數(shù)變化圖7知，密封前后，降水對(duì)淮北臺(tái)三套形變觀測(cè)的影響未表現(xiàn)出顯著變化。受山洞所在山體巖石構(gòu)造特性限制，各套儀器受降水因素干擾的程度相當(dāng)，降水量越大、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)山體荷載的影響就重，其干擾天數(shù)就越多；對(duì)比各儀器的NS、EW兩個(gè)分向，降水影響也無顯著差異。可見密封不能有效的應(yīng)對(duì)降水的影響。

圖4 密封前后強(qiáng)降雨對(duì)淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)影響對(duì)比Fig.4 Effect comparison of strong rainfall disturbance to cave deformation observation in Huaibei seismic station before and after hermetic solution

4 結(jié)論

影響淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)的氣象類因素主要為大風(fēng)、氣壓和降水，密封前后，氣象類主要干擾因素類型未發(fā)生根本變化，不同干擾因素對(duì)不同儀器的影響形態(tài)有顯著區(qū)別。

（1）大風(fēng)對(duì)淮北臺(tái)DSQ儀干擾最明顯、SSQ-2I儀次之、SSY儀最少，密封能夠有效降低大風(fēng)對(duì)洞體形變觀測(cè)的干擾，尤其是對(duì)傾斜類儀器效果更為顯著。因傾斜類、應(yīng)變類儀器的工作原理不同，風(fēng)擾存在顯著的差異性。長(zhǎng)期來看，受洞體所在山脈和季風(fēng)等條件限制，風(fēng)擾對(duì)淮北臺(tái)傾斜類儀器的影響具有明顯的方向性。

（2）氣壓對(duì)淮北臺(tái)SSY儀干擾最明顯、SSQ-2I儀次之、DSQ儀最少，密封能夠明顯降低氣壓對(duì)洞體形變觀測(cè)的干擾，尤其是對(duì)應(yīng)變類儀器效果最為顯著。另外密封措施應(yīng)對(duì)氣壓的干擾效果，并不因儀器的工作原理不同而存在顯著差異。長(zhǎng)期來看，氣壓對(duì)各儀器分向的影響也無方向性。

（3）降水對(duì)淮北臺(tái)硐體形變觀測(cè)的干擾相當(dāng)，密封前后，降水影響未發(fā)生顯著變化，在傾斜儀、應(yīng)變儀及其分向的區(qū)別上，無明顯差異存在，受限于洞體地理、地質(zhì)條件，密封不能有效的減少降水的影響。

圖5 淮北臺(tái)洞體形變觀測(cè)月風(fēng)擾天數(shù)變化圖Fig.5 Change map of wind disturbance days of cave deformation observation in Huaibei seismic station per month

圖6 淮北臺(tái)形變觀測(cè)月氣壓干擾天數(shù)變化圖Fig.6 Change map of air pressure disturbance days of cave deformation observation in Huaibei seismic station per month

圖7 淮北臺(tái)形變觀測(cè)月降水干擾天數(shù)變化圖Fig.7 Change map of rainfall disturbance days of cave deformation observation in Huaibei seismic station per month

[1]趙小賀，盧雙芩，馮志軍，等.洞體形變數(shù)字化觀測(cè)干擾分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2009，30（4）：55-62.

[2]樊冬，鮑從民，李驚生，等.應(yīng)對(duì)數(shù)字化地形變觀測(cè)干擾分析與實(shí)踐[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（4）：47-53.

[3]鮑從民.安徽省數(shù)字化形變儀器及其觀測(cè)資料的綜合分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2009，30（4）：47-54.

[4]陳耿琦,于天龍，尹傳兵，等.DSQ型水管傾斜儀安裝中的一些技術(shù)問題[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2007，27（專刊）：153-155.

Analysis and Discussion of the Hermetic Solution Effect to Reduce the Meteorological Factors Disturbance of Cave Deformation Observation

FAN Dong1，WU Kun2，LI Jingsheng1，YIN Chuanbing1
（1.Huaibei Seismic Station of Anhui Province，Huaibei 235000，China；2.Mengcheng Seismic Station of Anhui Province，Bozhou 233527，China）

Combining the hermetic solution in early May 2010，this paper statistics the meteorological factors types and their changes per month by days，and analyzes the types of main meteorological factors causing disturbance and the hermetic solution effect.The results show that:the strong wind，air pressure and rainfall are the main factors that effect observation data，and the disturbance of air pressure and strong wind on observation data was reduced after taking the hermetic solution.

Cave deformation observation；Wind disturbance；Air pressure；Precipitation；Hermetic solution

P315.725

A

1001-8662（2014）03-0069-07

10.13512/j.hndz.2014.03.012

樊 冬， 吳 坤，李驚生，等.密封措施對(duì)降低洞體形變觀測(cè)氣象類因素干擾的效果與分析 [J].華南地震，2014，34（3）：69-75.[FAN Dong，WU Kun，LI Jingsheng，etal.Analysis and Discussion of the Hermetic Solution Effect to Reduce the Meteorological Factors Disturbance of Cave Deformation Observation[J].South china journal of seismology，2014，34（3）：69-75.]

投稿日期：2013-12-25

安徽省合同制項(xiàng)目課題（項(xiàng)目編號(hào)：201339）

樊 冬（1985-），男，助理工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)、形變觀測(cè)與研究工作.

E-mai:1312723090@qq.com.