左 艷，王 琳，孫麗娟，張 闖，閆 寒

（1.撫順地震臺，遼寧 撫順 113006；2.營口地震臺，遼寧 營口 115101；3.撫順市應(yīng)急服務(wù)中心，遼寧 撫順 113006）

0 引言

洞體應(yīng)變儀觀測是精密測量地殼兩點(diǎn)之間相對水平變化的一種觀測方法[1]，洞體應(yīng)變監(jiān)測是形變觀測的主要手段，目前SSY型洞體應(yīng)變儀因其格值穩(wěn)定、固體潮記錄清晰，已然成為一種重要的地震前兆監(jiān)測手段，為自動測量地殼形變的一種精密儀器[2]，為地震前兆資料的積累和研究提供可靠的觀測數(shù)據(jù)[3]。經(jīng)過多年觀測運(yùn)行，撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀運(yùn)行情況、觀測精度及干擾因素等問題是分析預(yù)報人員非常關(guān)心的問題，因此，對撫順地區(qū)洞體應(yīng)變儀觀測的質(zhì)量及干擾因素分析是十分必要的，對于提高形變觀測資料質(zhì)量和提取可靠的地震前兆異常信息意義重大[4]。

1 撫順地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景及觀測條件概況

撫順處于密山—敦化斷裂與伊蘭—伊通斷裂之間如圖1所示，該地區(qū)屬濱太平洋斷裂體系位于下遼河斷陷盆地與遼東隆起帶的交接處、NE向撫順新生代斷陷盆地內(nèi)，是兩種不同運(yùn)動性質(zhì)斷塊的分界地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，主體構(gòu)造線呈NE—NEE方向。主要斷裂構(gòu)造為北NE向的渾河深大斷裂，該斷裂在古生代、中生代、新生代都有過強(qiáng)烈活動。其次是章黨—哈達(dá)斷裂等，還發(fā)育有一系列NW—NWW向不同規(guī)模的斷裂和弧形斷裂。這些斷裂控制了本區(qū)構(gòu)造格局及區(qū)內(nèi)的地震活動。鄰區(qū)有鐵嶺—開原斷裂、牛居—油燕溝斷裂、遼中斷裂、臺安斷裂、太子河斷裂等。

撫順地區(qū)共有3個SSY型洞體應(yīng)變儀觀測臺站，如圖1、表1所示，分別是撫順地震臺、北大嶺地震臺和南山城地震站。

圖1 撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀地理位置分布Fig.1 Geological location of the SSY extension instruments in Fushun

2 觀測背景

2.1 撫順臺山洞

撫順臺的觀測洞室是七十年代建造的撫順市人防戰(zhàn)備坑道。其地理位置處于撫順市東北郊，在撫順臺南偏東2km處，所在區(qū)域?qū)龠|寧東部丘陵地帶，是山區(qū)與平原的結(jié)合部。附近地形表現(xiàn)為東有河流，南臨公路，北部是開闊山溝，西連丘陵山脈。山體表面植被為高棵樹木。位于陰山東西復(fù)雜構(gòu)造帶東段與新華夏構(gòu)造體系第二巨型隆起帶的交接部位，南約4～5km處有渾河深大斷裂通過。洞室附近主要巖石分布是二長混合巖、角閃斜長混合巖、煌班巖脈。觀測洞室的垂直覆蓋厚度24m，側(cè)覆蓋厚度18m；常年溫度10.0℃左右，日變溫度≤0.02℃，年變溫度≤0.5℃，濕度為80%。其間鐵皮門3道，塑鋼密封門6道。儀器墩材質(zhì)為花崗巖，安放儀器缽體的主墩5個，均設(shè)有防震槽。

干擾源：距離洞室東50m處有一河流，2006年距撫順臺觀測山洞東南不到200m的撫順發(fā)電廠有兩臺300MW三期熱電工程以及坐落在觀測洞室山頂輸電塔工程。

2.2 北大嶺山洞

北大嶺山洞所在山體最高處海拔220m，山上植被以刺槐及灌木為主。洞室地面海拔約120m，洞體呈大體東西走向，長約330m，寬高各約4m，主洞室已被覆，50m的支洞未被覆，下伏基巖為花崗片麻巖。山洞的側(cè)覆蓋與頂覆蓋隨山洞的進(jìn)伸不斷增厚，覆蓋厚度在32.7～46.2m。

當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)贉貛В募痉置?，春秋多風(fēng)、雷害，夏冬多降水，小氣候特點(diǎn)是輻射霧。極值溫度在-35℃與+35℃左右。

該山洞根據(jù)施工要求，做到防水、硬化地面、防滲漏水，并要求留排水暗溝并與主洞排水溝相連，地面橫截面坡度為2%，絕對不能形成倒流反水。

洞口設(shè)防盜鐵門一道，向內(nèi)設(shè)有四道船艙密封門，船艙門內(nèi)框凈尺寸為1.7m×0.8m，門厚要求大于120mm，鐵板厚度不小于3mm，其內(nèi)夾保溫板，無論何種材質(zhì)均要加裝密封條，確保無氣流通過且做到保溫。塑鋼密封門16道，采取一左一右間隔設(shè)置以減少氣流影響，封堵均為三七墻。儀器墩材質(zhì)為花崗巖，安放儀器主體的主墩7個，均設(shè)有防震槽。

北大嶺山洞的主要自然干擾源是5級以上大風(fēng)、7級以上遠(yuǎn)震以及強(qiáng)降雨和雷電引起的干擾。

2.3 南山城地震站

南山城站定點(diǎn)地形變觀測所在位置屬遼東丘陵山區(qū)，四面環(huán)山，植被為高棵喬木，有季節(jié)小河流。

該地區(qū)地層為鞍山群北大嶺亞組、毛燕亞組混合質(zhì)斜長角閃巖、黑云片麻巖；處在渾河深大斷裂南盤與新賓弧形斷裂東翼交匯處。洞室?guī)r性為花崗片麻巖，質(zhì)密不透水，節(jié)理不發(fā)育，有小斷裂存在。洞體主覆蓋垂直厚度49.4m，側(cè)覆蓋厚度33.7m。洞室內(nèi)常年溫度6.8℃，日變溫度≤0.01℃，年變溫度≤0.3℃，濕度100%；水泥密封門7道，塑鋼密封門4道。儀器墩材質(zhì)為花崗巖；其中水平擺墩2個，尺寸均是1.1×0.9×0.4m，設(shè)有5cm防震槽；水管儀主墩2個、間墩55個（每1.5m一個），主墩四周都設(shè)有5cm防震槽。

觀測環(huán)境干擾較小，人為干擾幾乎沒有，自然的風(fēng)、雷害、短時量大降雨較為常見。

表1 撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀主要技術(shù)指標(biāo)

3 運(yùn)行質(zhì)量指標(biāo)

3.1 資料的連續(xù)率與完整率

2006年撫順臺洞體應(yīng)變儀進(jìn)行了“十五”升級改造，因此對2007—2018年撫順臺洞體應(yīng)變儀進(jìn)行了連續(xù)率和完整率統(tǒng)計如圖2-3和表2所示，由于2006年初裝，2007—2008年儀器運(yùn)行還不是很穩(wěn)定，所以連續(xù)率和完整率都比較低，2010年和2013年由于儀器故障，數(shù)據(jù)缺記較多，其他年份儀器運(yùn)行比較穩(wěn)定，連續(xù)率和完整率都大于99%，提供了連續(xù)、可靠的資料。

圖2 撫順地區(qū)應(yīng)變儀2007—2018年連續(xù)率統(tǒng)計Fig.2 Continuous rate of extension instruments from 2007 to 2018 in Fushun

如圖2-3和表2所示，北大嶺山洞2011年安裝了洞體應(yīng)變儀，因此2012—2013年資料連續(xù)率較低，其他年份該儀器運(yùn)行非常穩(wěn)定，連續(xù)率和完整率都大于99%，資料連續(xù)可靠。

如圖2-3和表2所示，南山城洞體應(yīng)變儀2007年初裝，因此2008年連續(xù)率、完整率較低，另外由于該儀器每年都遭遇雷擊，嚴(yán)重影響了該資料的連續(xù)性，有7年資料完整率低于99%。

圖3 撫順地區(qū)應(yīng)變儀2007—2018年完整率統(tǒng)計Fig.3 Integrity rate of extension instruments from 2007 to 2018 in Fushun

表2 撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀2006—2018年連續(xù)率與完整率

3.2 潮汐因子中誤差

運(yùn)用基于最小二乘法Venedikov固體潮調(diào)和分析法對SSY型洞體應(yīng)變儀觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，計算出M2波振幅因子相對中誤差，如圖4、表3所示，撫順臺洞體應(yīng)變儀M2波振幅因子相對中誤差除去2007年受儀器初裝影響，精度較低外，2008—2018年運(yùn)行比較穩(wěn)定，精度在0.0130～0.0197之間，北大嶺洞體應(yīng)變儀精度在0.0093～0.0103之間，該儀器運(yùn)行最穩(wěn)定，精度也最好。南山城洞體應(yīng)變儀運(yùn)行最不穩(wěn)定，精度在0.0123～0.0252之間，精度也最低。

圖4 撫順地區(qū)應(yīng)變儀2007—2018年潮汐因子中誤差Fig.4 Characteristics of mean error of amplitude factor of extension instruments from 2007 to 2018 in Fushun

表3 撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀2006—2018年運(yùn)行質(zhì)量指標(biāo)

3.3 相對噪聲水平

相對噪聲水平是用來判斷洞體應(yīng)變觀測資料長期穩(wěn)定性的一項(xiàng)定量指標(biāo)。其噪聲水平數(shù)值越低，表明儀器提取的信號越接近于真實(shí)狀況。從總體看如圖5、表3所示，撫順地區(qū)3套洞體應(yīng)變儀M1相對噪聲水平指標(biāo)，撫順臺（除去2007—2008年受初裝儀器影響） 與北大嶺達(dá)到國家I類臺標(biāo)準(zhǔn)，地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范要求地應(yīng)變I類臺噪聲水平M1小于0.05″，而南山城地震站SSY型洞體應(yīng)變儀穩(wěn)定性較差。

圖5 撫順地區(qū)應(yīng)變儀2007—2018年相對噪聲水平Fig.5 M1 relative noise level of extension instruments from 2007 to 2018 in Fushun

4 干擾因素分析

撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀同震響應(yīng)記錄情況相對較弱，2015年以來，撫順臺SSY型洞體應(yīng)變儀僅記錄到地震24次，南山城SSY型洞體應(yīng)變儀記錄到地震49次，北大嶺SSY型洞體應(yīng)變儀記錄到地震62次。

如圖6所示，撫順地區(qū)3套SSY型洞體應(yīng)變儀極易受到自然環(huán)境（降雨、雷電、風(fēng)擾、氣壓）和人為干擾（進(jìn)洞維修儀器、調(diào)零、標(biāo)定、電壓不穩(wěn)）的影響。在日常觀測中發(fā)現(xiàn)，自然環(huán)境干擾很多情況并不是孤立存在的，在降雨的過程中經(jīng)常伴隨著氣壓的改變，2015年以來，自然環(huán)境干擾中，南山城洞體應(yīng)變儀干擾次數(shù)最多67次，撫順臺干擾次數(shù)45次，北大嶺干擾次數(shù)最少33次。人為干擾事件中，南山城25次，撫順臺與北大嶺各8次，系統(tǒng)故障事件中，南山城達(dá)到98次，撫順臺15次，北大嶺8次。

圖6 撫順地區(qū)SSY型洞體應(yīng)變儀2015—2018年事件分布特征Fig.6 Events of the SSY extension instruments from 2015 to 2018 in Fushun

5 結(jié)語

通過分析撫順地區(qū)三臺套SSY型洞體應(yīng)變儀的連續(xù)率、完整率、潮汐因子中誤差及相對噪聲水平，北大嶺洞體應(yīng)變儀由于安裝最晚，洞室條件較好，因此該儀器資料連續(xù)率、完整率、精度最高，撫順臺由于洞室主覆蓋和側(cè)覆蓋厚度較薄，因此精度比北大嶺較低，另外由于撫順臺SSY目前仍然是“九五”的傳感器和前置盒，損壞以后無備用件更換，因此影響了資料的連續(xù)率。南山城地震站地處遼寧東部山區(qū)，偏遠(yuǎn)閉塞，交通不便，地殼形變的觀測環(huán)境十分理想，但保障條件卻十分困難，最為惡劣的是農(nóng)村供電不穩(wěn)定，易受雷擊，雖然已多次做防雷，但效果不是很明顯，南山城因?yàn)槔纂娫斐蓛x器多次損壞，為了防止儀器遭雷擊損壞，在雷雨天氣進(jìn)行了停止供電，因此也造成了該資料的連續(xù)率較低，另外多次進(jìn)洞進(jìn)行維修儀器，也降低了資料的精度和完整率。