孟令升，孟令蕾，石 偉，曹 雷（.碾子山地震臺(tái)，黑龍江 齊齊哈爾 6000；.哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 500；.黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 50090；.黑河地震臺(tái)，黑龍江 黑河 600）

黑河數(shù)字化水溫儀受強(qiáng)雷暴干擾的研究

孟令升1，孟令蕾2，石 偉3，曹 雷4
（1.碾子山地震臺(tái)，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150021；3.黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 150090；4.黑河地震臺(tái)，黑龍江 黑河 164300）

目前地震監(jiān)測(cè)儀器已經(jīng)進(jìn)入到數(shù)字化時(shí)代，而數(shù)字化儀器很容易受雷電等因素的干擾，造成數(shù)據(jù)的畸變。黑河臺(tái)數(shù)字水溫儀數(shù)據(jù)波形出現(xiàn)了明顯的畸變，但很快恢復(fù)到正常動(dòng)態(tài)范圍，針對(duì)此現(xiàn)象做了跟蹤分析處理，認(rèn)為是由數(shù)字化水溫儀器受強(qiáng)雷暴干擾所致。借此希望為識(shí)別和排除地震前兆異常提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

數(shù)字化；雷暴；干擾

0 引言

地震監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備自“九五”項(xiàng)目開(kāi)始，從模擬觀測(cè)時(shí)代進(jìn)入了數(shù)字觀測(cè)時(shí)代，數(shù)字觀測(cè)儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)也隨之而來(lái)的受到了很多因素的影響。如電子元器件、供電線路、雷電等都會(huì)對(duì)儀器的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響[1]。而前兆觀測(cè)中的儀器干擾因素不剔除，會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。分析預(yù)報(bào)人員一旦發(fā)現(xiàn)了觀測(cè)資料出現(xiàn)異常，如果沒(méi)有能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)是其他干擾所致的前兆異常，就會(huì)產(chǎn)生誤判。筆者在分析使用黑河地震臺(tái)流體資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了水溫?cái)?shù)字化儀器的數(shù)據(jù)畸變現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)反復(fù)的核實(shí)求證，認(rèn)為黑河臺(tái)數(shù)字化水溫儀觀測(cè)的數(shù)據(jù)畸變是受雷暴干擾引起的，借此希望為今后的數(shù)字化前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)的異常排除積累經(jīng)驗(yàn)。

1 黑河地震臺(tái)基本情況

黑河地震臺(tái)位于黑河市五道豁洛，黑河市城西4.5km，距黑呼公路1.5km處。黑河地震臺(tái)流體觀測(cè)井在黑河地震臺(tái)院內(nèi)，位于大興安嶺海西期褶皺帶阿里山—愛(ài)輝復(fù)背斜的愛(ài)輝褶皺束的北東端。黑河地區(qū)山丘起伏連綿，河流縱橫交錯(cuò)，小興安嶺猶如一道綠色的屏障自西北向東南貫穿全市，使地勢(shì)呈現(xiàn)出中部高、兩側(cè)低，北部高、南部低的特點(diǎn)。

（1）黑河井2007年正式投入觀測(cè)，觀測(cè)層屬海西期黑云斜長(zhǎng)花崗巖，巖石堅(jiān)硬新鮮，出露完整性好。觀測(cè)井井深200.5m，屬花崗巖裂隙水，水井的物理和化學(xué)性質(zhì)滿足地下流體觀測(cè)井要求（圖1），周?chē)鷽](méi)有大的干擾，觀測(cè)環(huán)境良好，數(shù)據(jù)產(chǎn)出質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，總體運(yùn)行情況很好，水位可以較清晰記錄到固體潮。水位探頭投放位置為8.5m，水溫探頭投放位置為190m（圖2）。水溫觀測(cè)采用SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)，儀器性能如下：采樣率為分鐘值，分辨率為0.0001℃，短期穩(wěn)定性：短期漂移小于0.0001℃/日，長(zhǎng)期穩(wěn)定性：長(zhǎng)期漂移小于0.01℃/年。

圖1 黑河觀測(cè)井柱狀圖Fig.1 Histogram of Heihe observation well

圖2 黑河井流體觀測(cè)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the well fluid observation in Heihe

（2）黑河地震臺(tái)供電系統(tǒng)（圖3），采用市電380V，通過(guò)鎧裝電纜 180 m埋地0.4m引入配電室，變壓220V，再經(jīng)過(guò)鎧裝電纜15m埋地0.2m接入機(jī)房UPS；再通過(guò)鎧裝電纜接入儀器室，提供各設(shè)備用電。

圖3 黑河地震臺(tái)供電系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of power supply system at Heihe Seismic Station

防雷地網(wǎng)采用鍍鋅管、條樁柱結(jié)構(gòu)連接,埋深0.6m，設(shè)避雷針兩處（圖4）。

圖4 黑河地震臺(tái)防雷布局圖[4]Fig.4 Layout of lightning protection at Heihe Seismic Station

2 雷暴干擾特征分析

黑河臺(tái)的水溫?cái)?shù)據(jù)年動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，年變幅≤0.05℃（圖5）。但在2016年10月16日19時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)趨勢(shì)性上升（圖6），從7.4438℃上升至7.5466℃，上升幅度為0.1028℃，一線工作人員當(dāng)天就發(fā)現(xiàn)了此次水溫的顯著變化趨勢(shì)，密切跟蹤。

2016年10月17日7時(shí)水溫開(kāi)始下降，到10月18日11時(shí)下降到7.4518℃，基本恢復(fù)到10月16日19時(shí)前的正常水平，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約40小時(shí)。

在此期間，黑河地震臺(tái)附近的天氣情況：2016年10月16日氣溫0～5℃，小雨，伴有雷暴；10月17日氣溫-3～3℃，雨夾雪；10月18日氣溫-7～1℃，小雪。即在16日16時(shí)開(kāi)始，黑河地震臺(tái)附近的氣象資料顯示氣壓降低，氣溫降低，并有雷雨出現(xiàn)，且有雷暴伴生。以此印證了水溫受此天氣變化而出現(xiàn)的畸變現(xiàn)象（圖7）。

圖5 黑河水溫日均值曲線Fig.5 The daily mean value curve of water temperature in Heihe

圖6 黑河水溫分鐘值曲線Fig.6 The minute value curve of water temperature in Heihe

圖7 黑河水位與水溫對(duì)比曲線圖Fig.7 Comparison curves of water level and water temperature in Heihe

通過(guò)對(duì)黑河臺(tái)水位數(shù)據(jù)分析，同井水位變化做了對(duì)比，水位數(shù)據(jù)能看到明顯的潮汐現(xiàn)象（圖7），2016年10月16日到10月18日只變化了2cm，變化幅度很小，符合該井水位的動(dòng)態(tài)范圍，且井水位的正常變化動(dòng)態(tài)不足以導(dǎo)致水溫大幅度的畸變。但水位在16日19時(shí)，即水溫畸變的開(kāi)始時(shí)間，水位記錄到一個(gè)明顯的突跳（圖7），此單點(diǎn)式的突跳一般都是電壓信號(hào)導(dǎo)致的探頭感應(yīng)式突跳，非水位變化引起的，以此推斷，在18時(shí)至19時(shí)出現(xiàn)了雷暴干擾。

雷暴是伴有雷電現(xiàn)象的中小尺度對(duì)流性天氣系統(tǒng)。雷暴是由發(fā)展旺盛的積雨云引起的閃電、雷鳴現(xiàn)象的局地風(fēng)暴，是水蒸氣激烈上升行程的積雨云中，凝結(jié)有巨大數(shù)量的小水滴盒冰晶，它們之間高速碰撞使云體帶上電荷。雷暴的能量很大，千分之幾到十分之幾秒的雷電放出的電能，可達(dá)到數(shù)十億到上千億瓦特。強(qiáng)大的電磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓能潛入室內(nèi)危及各種微電子設(shè)備，輕則引起系統(tǒng)失靈，重則導(dǎo)致系統(tǒng)或元器件永久損壞[5]。

黑河臺(tái)記錄氣壓從2016年10月16日17時(shí)開(kāi)始加速下降，降水量增加，經(jīng)過(guò)氣象三要素?cái)?shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)10月16日到10月18日出現(xiàn)明顯降雨過(guò)程，降雨量為19.2mm（圖8）；同時(shí)寬頻帶地震計(jì)脈動(dòng)曲線分析，出現(xiàn)許多毛刺，說(shuō)明下雨的同時(shí)伴有雷暴（圖9）。

圖8 黑河水溫與氣壓、降雨量對(duì)比曲線圖Fig.8 Comparison curves of water temperature，air pressure and rainfall in Heihe

圖9 黑河臺(tái)地震計(jì)波形數(shù)據(jù) （2016.10.16 18時(shí)—24時(shí)）Fig.9 The seismometer waveform data of Heihe Seismic Station （2016.10.16 18-24）

綜上所述，此次水溫突跳是由雷暴引起的，從氣象三要素和寬頻帶地震計(jì)上的資料都得到了印證。雷暴的發(fā)生，時(shí)間上吻合，并且由于水位沒(méi)有大幅度的變化，根據(jù)水溫預(yù)報(bào)地震的原理：地下水是引起地殼表面局部地?zé)岙惓５闹匾蛩?，在一次孕震過(guò)程中，由于震前應(yīng)力大幅度增加或減弱的作用，造成地下微裂隙的張開(kāi)或閉合，由此引起震前水溫的變化，此次水溫突跳很快恢復(fù)，證明不是地下應(yīng)力調(diào)整的結(jié)果，排除了地震前兆異常的可能[3]。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)黑河地震臺(tái)數(shù)字化水溫儀2016年10月16日19時(shí)異常分析可以看出，雷暴對(duì)水溫測(cè)值的干擾非常明顯，變化幅度大，影響持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易與前兆異常混淆。因此在發(fā)現(xiàn)水溫異常時(shí)，應(yīng)綜合氣象三要素、寬頻帶地震計(jì)等多種手段資料綜合分析，排除雷暴因素影響。

（2）在建設(shè)地震觀測(cè)臺(tái)站時(shí)，應(yīng)提前做好防雷設(shè)施建設(shè)工作，在日常工作中，也應(yīng)加強(qiáng)防雷設(shè)施的維護(hù)[2]。近年來(lái)，黑龍江省地震局采取多項(xiàng)措施對(duì)臺(tái)站外部避雷和內(nèi)部避雷進(jìn)行了整體改造，新增了雷電預(yù)警系統(tǒng)，確保了監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

（3）黑河地區(qū)屬于多雷區(qū)，年平均雷暴日在20～40天，因此在以后的工作中應(yīng)加強(qiáng)雷暴干擾的分析研究，這將對(duì)提高分析預(yù)報(bào)水平起著十分重要的作用。

致謝：在撰寫(xiě)論文期間，黑龍江省分析預(yù)報(bào)中心的石偉同志對(duì)此論文提出了寶貴意見(jiàn)，在此表示衷心的感謝。

[1] 邱永平. 地震前兆數(shù)字化儀器受到強(qiáng)雷暴干擾研究[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2003，24（5）: 100-105.

[2] 國(guó)家地震局預(yù)測(cè)預(yù)防司. 地下流體地震預(yù)報(bào)方法[M].北京: 地震出版社，1997.

[3] 汪成國(guó)，趙剛高，守權(quán)，等. 新30井?dāng)?shù)字化水位、水溫遠(yuǎn)場(chǎng)大震同震響應(yīng)初析[J]. 內(nèi)陸地震，2011，25（4）: 354-359.

[4] 邱鳳萍，劉彥斌，胡寶慧，等. 黑龍江省地震臺(tái)站防雷分析及改造[J]. 防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2016，32（3）： 82-86.

[5] 蘭斌. 雷暴天氣現(xiàn)象的淺析[J]. 內(nèi)蒙古氣象，2006（3）: 82-86.

Study on Interference in Heihe Digital Water Thermometer by Severe Thunderstorm

MENG Ling-sheng1，MENG Ling-lei2，SHI Wei3，CAO Lei4
（1. Nianzishan Seismic Station， Heilongjiang Qiqihaer 161000，China; 2. Harbin Earthquake Prevention and Disaster Reduction Technology Center，Heilongjiang Harbin 150021，China; 3. Earthquake Administration of Heilongjiang Province， Heilongjiang Harbin 150090， China; 4. Heihe Seismic Station of Heilongjiang Province， Heilongjiang Heihe 164300，China）

At present, the seismic monitoring instrument has entered into the digital age. However, the digital instrument is easy to be interfered by thunder which leads to data distortion. Data wave of Heihe digital water thermometer changed obviously but resumed to be normal soon. Relevant analysis was performed accordingly, and it was considered that such condition was made by the interference of severe thunderstorm in digital water thermometer. Hereby the experiences in recognition and exclusion of seismic precursor anomalies are provided for reference.

digitization; thunderstorm; interference

P315.72

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.02.006

1674-8565（2017）02-0033-04

2017-01-21

2017-03-05

孟令升（1989-），男，黑龍江省依蘭縣人，2012年畢業(yè)于華北科技學(xué)院，本科，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測(cè)與流動(dòng)地磁觀測(cè)等方面的工作。E-mail：576157878@qq.com