楊祺，楊玲英，曾寧

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引 言

洞體應(yīng)變儀是精密測(cè)量地殼巖體兩點(diǎn)間水平距離相對(duì)變化的儀器，適用于觀測(cè)地殼應(yīng)變和固體潮水平分量的連續(xù)變化，可為地震孕育過程中水平應(yīng)變變化規(guī)律和地球彈性研究提供重要數(shù)據(jù)[1]。昭通地震臺(tái)(以下簡稱“昭通臺(tái)”)形變觀測(cè)始于20世紀(jì)70年代，觀測(cè)資料具有連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，為區(qū)域地殼應(yīng)力變化和地震預(yù)報(bào)研究提供了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。以往研究洞體應(yīng)變觀測(cè)資料質(zhì)量或者洞體應(yīng)變觀測(cè)干擾因素，多從儀器整體運(yùn)行情況綜合分析得出結(jié)論[2-3]，或者具體某類干擾因素對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的實(shí)際影響[4-5]。本文則以M2波月潮汐因子精度為切入點(diǎn)，探究昭通地震臺(tái)洞體應(yīng)變觀測(cè)資料內(nèi)在質(zhì)量及其干擾因素。

1 臺(tái)站地震地質(zhì)背景

昭通臺(tái)屬于國家基本二類臺(tái)，地處云、貴、川三省相鄰的滇東北地區(qū)，昭通位于南北地震帶東翼，境內(nèi)地質(zhì)斷裂帶構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，有小江斷裂帶、峨嵋—金陽斷裂帶、漢源—甘洛斷裂帶、威寧—大關(guān)馬邊斷裂帶、巧家—五蓮峰斷裂帶、灑漁河斷裂帶、迤車斷裂帶等，地震活動(dòng)強(qiáng)烈[6]。自2003年以來，該地區(qū)共發(fā)生過M≥5.0級(jí)地震已達(dá)十多次。昭通臺(tái)形變觀測(cè)山洞建于1978年，臺(tái)基巖性為晚古生代二疊紀(jì)玄武巖，山洞長110 ，寬1.5 m，高2.0 m，覆蓋層約為40 m ，覆蓋植被為灌木和雜木，洞內(nèi)儀器墩穩(wěn)定，峒室恒溫性好，洞溫日變幅小于0.03 ℃，年變幅小于0.5 ℃。

2 M2波精度統(tǒng)計(jì)分析

M2波月潮汐因子精度是評(píng)定應(yīng)變固體潮觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量的數(shù)據(jù)指標(biāo)，M2波月潮汐因子精度越小，則應(yīng)變固體潮觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量越高，用當(dāng)月洞體應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)均值進(jìn)行Venedikov調(diào)和分析計(jì)算得到的M2波月潮汐因子相對(duì)中誤差為其數(shù)值，地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定洞體應(yīng)變觀測(cè)資料固體潮M2波月潮汐因子相對(duì)中誤差應(yīng)不大于0.050 0[7]，定義0.050 0為洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度的優(yōu)秀指標(biāo)。本文統(tǒng)計(jì)的昭通臺(tái)2016～2020年M2波月潮汐因子精度數(shù)據(jù)來源于中國地震局地殼形變臺(tái)網(wǎng)中心，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

圖1 昭通地區(qū)活動(dòng)斷裂帶與歷史地震分布

表1 昭通臺(tái)洞體應(yīng)變儀M2波月潮汐因子精度統(tǒng)計(jì)

圖2 昭通臺(tái)洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度

經(jīng)分析得到以下認(rèn)識(shí)：(1)昭通臺(tái)洞體應(yīng)變北南分量M2波月潮汐因子精度年均值為0.019 6～0.022 4，達(dá)到優(yōu)秀指標(biāo)要求，且北南分量M2波月潮汐因子精度均達(dá)到優(yōu)秀指標(biāo)0.050 0的精度要求，波動(dòng)較小，穩(wěn)定性較好。(2)東西分量M2波月潮汐因子精度年均值為0.053 1～0.092 0，未達(dá)到優(yōu)秀指標(biāo)0.050 0的精度要求，且東西分量M2波月潮汐因子精度圍繞優(yōu)秀指標(biāo)0.050 0上下大幅波動(dòng)，穩(wěn)定性較差。(3)昭通臺(tái)洞體應(yīng)變相同月份北南分量M2波月潮汐因子精度均優(yōu)于東西分量M2波月潮汐因子精度。(4)統(tǒng)計(jì)兩分量M2波月潮汐因子精度相較于上一月M2波月潮汐因子精度同時(shí)上升變化或下降變化的次數(shù)為36次，兩分量M2波月潮汐因子精度優(yōu)劣變化同步概率為61.02 %，同步性一般。

3 M2波月潮汐因子精度干擾因素分析

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，昭通臺(tái)洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度并不穩(wěn)定，存在上下波動(dòng)、逐月下降和突然下降變化(圖1)。M2波月潮汐因子精度是洞體應(yīng)變觀測(cè)質(zhì)量最為核心的內(nèi)在精度指標(biāo)，很大程度上決定了洞體應(yīng)變觀測(cè)資料質(zhì)量，研究洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度下降變化的干擾因素對(duì)提升觀測(cè)資料資料明確的指示意義。

圖3 昭通臺(tái)洞體應(yīng)變2016年2月傳感器故障

3.1 儀器故障干擾

儀器運(yùn)行情況一定程度上決定觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，良好穩(wěn)定的觀測(cè)儀器能夠保證觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)有效的產(chǎn)出。昭通臺(tái)洞體應(yīng)變東西分量M2波月潮汐因子精度2016年1～3月遠(yuǎn)差于優(yōu)秀指標(biāo)值，均值僅為0.186 7。核查原因?yàn)槎大w應(yīng)變儀東西分量2016年1～3月傳感器故障，該故障可追溯至2015年12月1日，儀器故障期間觀測(cè)數(shù)據(jù)多毛刺，固體潮汐日變形態(tài)不光滑(圖3)。儀器運(yùn)行發(fā)生故障，直接影響觀測(cè)數(shù)據(jù)正常產(chǎn)出，進(jìn)而影響M2波月潮汐因子精度，且故障情況越是嚴(yán)重，M2波月潮汐因子精度下降越是明顯，如昭通臺(tái)洞體應(yīng)變東西2016年2月傳感器故障情況更加嚴(yán)重，觀測(cè)數(shù)據(jù)毛刺數(shù)量明顯增加，M2波月潮汐因子精度顯著下降至0.306 5。

3.2 氣象干擾

洞體應(yīng)變觀測(cè)有氣壓、溫度、降雨、降雪、濕度、氣流擾動(dòng)、雷電等氣象干擾因素。氣壓、溫度、濕度、氣流擾動(dòng)一般為短時(shí)微動(dòng)態(tài)干擾，洞體應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)幾乎同步出現(xiàn)觀測(cè)曲線波動(dòng)、固體潮曲線畸變[8]，雷電則導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生即時(shí)尖峰數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)尖峰數(shù)據(jù)會(huì)被缺數(shù)處理，以上幾類氣象干擾因素雖然不同程度上對(duì)洞體應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的影響，但由于干擾時(shí)間短、干擾幅度有限，不會(huì)導(dǎo)致洞體應(yīng)變潮汐因子發(fā)生明顯差異性變化。實(shí)際上昭通臺(tái)洞體應(yīng)變M2月潮汐因子精度影響因素未識(shí)別上述幾類氣象干擾因素也一定程度上印證了這一觀點(diǎn)。降雨特別是連續(xù)強(qiáng)降雨能夠較長時(shí)間增加觀測(cè)臺(tái)站所在區(qū)域地下水補(bǔ)給，顯著改變區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)，洞體應(yīng)變儀對(duì)降雨特別是連續(xù)強(qiáng)降雨通常會(huì)有比較明顯的反映，表現(xiàn)為觀測(cè)曲線趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折變化，觀測(cè)曲線日變幅度、日變形態(tài)同時(shí)發(fā)生變化，導(dǎo)致洞體應(yīng)變潮汐因子發(fā)生明顯差異性變化進(jìn)而拉低M2波月潮汐因子精度。如2016年6月昭通地區(qū)連續(xù)強(qiáng)降雨，受此影響，昭通臺(tái)洞體應(yīng)變觀測(cè)北南分量趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折持續(xù)張性變化，M2波潮汐因子精度從2016年5月的0.026 6下降至0.037 5，洞體應(yīng)變觀測(cè)東西分量趨勢(shì)轉(zhuǎn)折壓性變化，M2波潮汐因子精度從2016年5月的0.063 2下降至0.074 3(圖4)。

圖4 昭通臺(tái)洞體應(yīng)變2016年6月連續(xù)強(qiáng)降雨影響(2016-06-01～2016-06-30)

3.3 人為干擾

洞體應(yīng)變觀測(cè)有調(diào)零、校準(zhǔn)、進(jìn)洞、維修儀器、安裝儀器等人為干擾因素。調(diào)零、進(jìn)洞、安裝儀器一般為短時(shí)干擾，不會(huì)引起觀測(cè)數(shù)據(jù)長時(shí)間劇烈變化，一般不會(huì)造成洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度明顯變化。儀器校準(zhǔn)變更儀器格值參數(shù)，啟用的格值一定程度上決定觀測(cè)數(shù)據(jù)的日變形態(tài)和日變幅度，且校準(zhǔn)期間觀測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)受到到明顯影響，儀器校準(zhǔn)結(jié)果對(duì)M2波月潮汐因子精度通常會(huì)有明顯影響，反復(fù)校準(zhǔn)或者啟用格值變化過大則會(huì)放大此類影響。如昭通臺(tái)2017年12月對(duì)洞體應(yīng)變進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，北南分量反復(fù)校準(zhǔn)11次方才校準(zhǔn)成功啟用新格值，M2波月潮汐因子精度由2017年11月的0.013 1下降至0.023 0，東西分量2次校準(zhǔn)后啟用新格值，M2波月潮汐因子精度亦是由2017年11月的0.028 8下降至0.038 6(圖5)。因此M2波月潮汐因子精度在儀器校準(zhǔn)時(shí)一定程度上都會(huì)受到影響，年中校準(zhǔn)時(shí)一般都在雨季，校準(zhǔn)干擾往往和降雨干擾疊加而不能得到有效識(shí)別，年末校準(zhǔn)時(shí)無其他明顯干擾，校準(zhǔn)對(duì)M2波月潮汐因子精度的影響更加容易分析。維修儀器對(duì)M2波月潮汐因子精度的影響與維修能力及維修情況相關(guān)，維修故障儀器成功能顯著提升儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)的內(nèi)在質(zhì)量，維修失敗可能進(jìn)一步拉低觀測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)在質(zhì)量，維修周期過長則導(dǎo)致故障儀器較長時(shí)間產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量較差的觀測(cè)數(shù)據(jù)。如昭通臺(tái)洞體應(yīng)變儀東西分量2015年12月～2016年3月傳感器故障，期間多次維修儀器，2016年2月曾出現(xiàn)維修致使傳感器故障更加嚴(yán)重進(jìn)而拉低M2波月潮汐因子的情況，2016年3月10日維修前置放大盒子造成觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線趨勢(shì)性改變，亦是導(dǎo)致當(dāng)月M2波月潮汐因子精度計(jì)算結(jié)果較差，直到2016年3月25日更換傳感器線圈方才修復(fù)儀器(圖6)，M2月潮汐因子精度此后也得到顯著提升(圖2)。

圖5 昭通臺(tái)洞體應(yīng)變2017年12月儀器校準(zhǔn)影響(2017-12-01～2017-12-31)

圖6 昭通臺(tái)洞體應(yīng)變東西分量2016年3月檢修儀器

4 結(jié) 論

本文通過統(tǒng)計(jì)分析昭通臺(tái)洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度，得出以下結(jié)論：

(1)昭通臺(tái)洞體應(yīng)變儀北南分量M2波月潮汐因子精度優(yōu)于東西分量M2波月潮汐因子精度，北南分量M2波月潮汐因子精度達(dá)到優(yōu)秀指標(biāo)要求，內(nèi)在質(zhì)量較好，但東西分量M2波月潮汐因子精度圍繞優(yōu)秀指標(biāo)0.050 0上下波動(dòng)，內(nèi)在質(zhì)量偏低。

(2)昭通臺(tái)洞體應(yīng)變儀M2波月潮汐因子精度受多種干擾因素影響明顯(如儀器故障、儀器校準(zhǔn)、維修儀器、連續(xù)強(qiáng)降雨)，觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)。

(3)儀器故障、儀器校準(zhǔn)、維修儀器幾類干擾因素對(duì)洞體應(yīng)變M2波月潮汐因子精度的影響具有普遍意義，對(duì)保障洞體應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量具有明確的指示意義。