營口地震臺(tái)分量鉆孔應(yīng)變（YRY、RZB）數(shù)據(jù)對(duì)比分析

王 琳，李 鵬，張 闖，朱曉秋，高 昕，王寶鵬

（1.營口地震臺(tái)，遼寧 營口 115100 ； 2.貴陽基準(zhǔn)地震臺(tái)，貴州 貴陽 550018；3.撫順地震臺(tái)，遼寧 撫順 113006；4.大連地震臺(tái)，遼寧 大連 116011）

0　引言

我國是世界上最早使用鉆孔應(yīng)變觀測方法研究地應(yīng)力變化并進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的國家[1-3]。分量式鉆孔應(yīng)變儀是一種觀測地殼應(yīng)變，研究地球物理過程和地球動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)觀測儀器。它安裝在鉆孔中，使用特種水泥作為耦合介質(zhì)，具有較高的觀測精度和穩(wěn)定性，可以記錄到清晰的固體潮汐和地震孕育過程中地層的伸縮變形。地殼在形變過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中并引發(fā)地震，所以地震與地殼形變的關(guān)系最為直接，因此地殼應(yīng)力應(yīng)變觀測一直以來受到地震監(jiān)測預(yù)報(bào)人員的重視，是地震監(jiān)測預(yù)報(bào)的重要手段。經(jīng)過幾十年的努力和發(fā)展，如今真正實(shí)現(xiàn)了從鉆孔應(yīng)力到鉆孔應(yīng)變觀測的轉(zhuǎn)變。在“十五”項(xiàng)目中[1]，我國鉆孔應(yīng)變觀測技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并在多次破壞性地震前記錄到了有效的前兆信息。地震的孕育發(fā)生過程實(shí)際上也是地應(yīng)力變化的過程，通過對(duì)儀器所記錄到的固體潮變化信息和所記錄到的地震特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提取震前應(yīng)力應(yīng)變異常信息，從而探索地震應(yīng)變波幅值、階變變化與實(shí)際地震的震源物理性質(zhì)的關(guān)系，無疑能為早日揭開地震活動(dòng)的面紗提供一些基礎(chǔ)信息。

營口地震臺(tái)是全國鉆孔應(yīng)變觀測臺(tái)站中極少數(shù)擁有兩臺(tái)分量鉆孔應(yīng)變同時(shí)運(yùn)行的臺(tái)站，兩臺(tái)儀器同時(shí)運(yùn)行已4年多，觀測資料基本完整，我們要以臺(tái)站使用的預(yù)處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)有的觀測資料進(jìn)行對(duì)比觀測分析，總結(jié)兩種儀器的觀測特征和異常信號(hào)區(qū)別，從而提高觀測質(zhì)量和鉆孔應(yīng)變?cè)诜治鲱A(yù)報(bào)中的重要作用。

營口地震臺(tái)現(xiàn)在有兩套不同型號(hào)的分量鉆孔應(yīng)變儀器同時(shí)運(yùn)行，均納入“十五”數(shù)據(jù)庫，是遼寧省地震系統(tǒng)唯一同時(shí)同地進(jìn)行正常觀測的兩臺(tái)分量鉆孔應(yīng)變儀器。通過對(duì)比分析2013-2015年?duì)I口臺(tái)的YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀和RZB-2分量鉆孔應(yīng)變儀觀測數(shù)據(jù)，分析儀器運(yùn)行和異常變化特征和區(qū)別，對(duì)典型異常信息特征和形態(tài)進(jìn)行歸納，提高數(shù)據(jù)的可靠性，保證觀測的信度，為遼寧省及周邊地區(qū)震情跟蹤和研判提供科學(xué)依據(jù)。

1　基本信息

遼寧省營口地震臺(tái)是地震觀測綜合臺(tái)，屬于全囯形變觀測基本臺(tái)（囯家一類臺(tái)），位于大石橋市官屯鎮(zhèn)石硼峪村。目前，營口地震臺(tái)是全國鉆孔應(yīng)變觀測臺(tái)站中極少數(shù)擁有兩臺(tái)分量鉆孔應(yīng)變同時(shí)運(yùn)行的臺(tái)站，兩臺(tái)儀器同時(shí)運(yùn)行已3年多，觀測資料基本完整，我們要以臺(tái)站使用的預(yù)處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)有的觀測資料進(jìn)行對(duì)比觀測分析，總結(jié)了兩種儀器的觀測特征和數(shù)據(jù)變化區(qū)別，從而提高觀測質(zhì)量和鉆孔應(yīng)變?cè)诜治鲱A(yù)報(bào)中的重要作用。

2　營口臺(tái)兩套分量鉆孔應(yīng)變儀器概況

營口地震臺(tái)的兩套分量鉆孔應(yīng)變儀器放置在營口臺(tái)的臺(tái)區(qū)內(nèi)，兩個(gè)鉆孔直線距離約80m。

YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀是于2006年6月1日開始施工打井，6月22日鉆孔竣工，井孔深38.71m，井孔高程80m，井孔斜度小于1.5o，巖芯90%以上完整，符合鉆孔儀器安裝要求。（鉆孔位于洞口儀器室9.5m， 2006年6月2日開始施工，6月22日竣工，井深38.71m。成井后下護(hù)井管至36.41m處，測量井斜不大于1.5o，水位上升平均2mm/小時(shí)，巖石完整，無裂隙和節(jié)理，滿足鉆孔的技術(shù)要求（圖1）。

圖1　分量鉆孔應(yīng)變儀鉆井結(jié)構(gòu)圖Fig.1　 Drilling structures of YRY-4 and RZB-2 component borehole strainmeter

2006年7月6日完成YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀器探頭和輔助觀測安裝。安裝初期工作狀態(tài)穩(wěn)定，日漂移小于10-8/日，固體潮清晰，有較好的日變形態(tài)，四分量年變化呈下降趨勢。2007年6月1日納入遼寧省前兆臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行正式觀測。由于本臺(tái)的鉆孔應(yīng)變?cè)谌珖吞?hào)儀器安裝中，屬于安裝運(yùn)行較早的儀器， 2009年3月19日至今第3路數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)畸變，噪聲較大； 2010年5月6日第2路數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)出現(xiàn)畸變，與廠家溝通后，分析認(rèn)為是由于儀器探頭故障引起的。第1路、第4路數(shù)據(jù)和鉆孔輔助觀測工作相對(duì)穩(wěn)定，工作正常。由于此儀器的觀測環(huán)境和鉆孔均符合國家規(guī)范，此手段儀器隨著安裝技術(shù)的逐步成熟和數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，資料仍有可用性，因此學(xué)科組建議保持繼續(xù)觀測。

營口臺(tái)的RZB-2儀器的測點(diǎn)是2012年10初選址，位置是營口地震臺(tái)院內(nèi)，距觀測室10m，10月15日開始打井施工，11月9日竣工。井深64m，鉆孔垂直度良好，井斜不大于3o，成井后下護(hù)井管Φ159mm，長16.5m，測量井垂直度為89.5o，井斜為0.5o，完全滿足設(shè)計(jì)要求。井漏測量：該井靜水位1.8m，將水降至9m時(shí)，進(jìn)行觀測長達(dá)15小時(shí)，水位在8.97m，僅上升3cm，平均每小時(shí)上升2mm，完全滿足設(shè)計(jì)要求（圖1）。

2012年11月10日由中國地殼研究所安裝人員檢測井孔，井深64m，孔深65m，水位線位于地面以下6.2m，套管深度17m，測量段為完整花崗巖，符合安裝要求。于11月11日按要求將RZB-2型分量式鉆孔應(yīng)變儀探頭放置于井下，RZB-2型分量式鉆孔應(yīng)變儀安裝深度63.5m，使用特種水泥灌封到55m處。由于井溫與水位對(duì)鉆孔應(yīng)變觀測會(huì)產(chǎn)生影響，因此在分量式鉆孔應(yīng)變儀安裝完成后，仍需在鉆孔內(nèi)安裝JJW-2高精度井溫探頭和SQY-1A水位氣壓探頭作為應(yīng)變觀測的輔助測項(xiàng)。井溫探頭安裝深度為50m，水位氣壓探頭安裝深度為18m。11月12日通過調(diào)試，投入試運(yùn)行。

營口臺(tái)的兩套分量鉆孔應(yīng)變處于同一基巖，均為完整花崗巖，觀測分量方向基本相同，YRY第一分量與北端夾角為88o，第二分量133o，第三分量178o，第四分量223o，每個(gè)分量夾角均為45o。RZB第一分量與北端重合，第二分量45o，第三分量90o，第四分量135o，每個(gè)分量夾角也為45o，其觀測數(shù)據(jù)應(yīng)有很好的對(duì)比性（圖2）。

圖2　YRY-4和RZB-2分量鉆孔應(yīng)變觀測分量示意圖Fig.2　 YRY - 4 And RZB -2 component borehole strain observation component diagram

3　分量鉆孔應(yīng)變觀測技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

營口臺(tái)的YRY-4型分量鉆孔應(yīng)變儀是中國地震局在80年代組織攻關(guān)，研制出的四種高靈敏度、高穩(wěn)定性鉆孔應(yīng)變儀器中的一種，可同時(shí)測量體積應(yīng)變和形狀應(yīng)變。4個(gè)電容徑向位移傳感器采用“張衡地動(dòng)儀”八方式布置。第1路分量順時(shí)針遞加45o就是第2、第3、第4路方位。探頭與地層耦合采用水泥固結(jié)方式。

YRY-4型分量式鉆孔應(yīng)變儀的主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）分辨力： 優(yōu)于5×10-11漂移： 小于10-8/日

（2）通頻帶： 0～20Hz

（3）動(dòng)態(tài)范圍：大于 95dB

（4）一次量程： 大于5×10-6應(yīng)變；接續(xù)量程：大于5×10-5應(yīng)變

（5）非線性度： ≤1%

（6）標(biāo)定方法：電壓標(biāo)定（自動(dòng)），標(biāo)定重復(fù)性誤差： ≤1%

（7）輸出：數(shù)字輸出（五位半）

（8）供電： 交流220V±20% 或直流12V，探頭功耗＜1瓦。

（9）探頭安裝深度：40m

營口臺(tái)安裝的RZB型電容式多分量鉆孔應(yīng)變儀研制于1975年，1981年投入試驗(yàn)觀測，1985年12月通過了國家地震局鑒定，在同類儀器中具有國際先進(jìn)水平。測量系統(tǒng)由井下探頭和地面主機(jī)、數(shù)采等設(shè)備組成。井下探頭內(nèi)水平安裝4個(gè)位移傳感器。傳感元件采用三極板差動(dòng)式電容傳感器，其三塊平行金屬極板構(gòu)成了兩個(gè)差動(dòng)變化的電容器。傳感器如圖所示被安裝在鋼桶（井下探頭）內(nèi)，隨著探頭外筒的壓縮、拉伸，極板間距會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，其電容量便隨之改變。通過測量電容量的差動(dòng)變化就可以精確的感知探頭外殼的形變情況。

RZB-2型電容式鉆孔應(yīng)變觀測系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）地殼應(yīng)變觀測： 四分量工作元件

（2）應(yīng)變靈敏度： 10-10

（3）測量動(dòng)態(tài)范圍： 140db，折合應(yīng)變?yōu)椤?×10-3

（4）一次調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍：120db，折合應(yīng)變?yōu)椤?×10-4

（5）輸出格值線性： ± 1 %

（6）標(biāo)定信號(hào)精度： ± 0.5 %

（7）探頭密封性能： 500m水深

（8）數(shù)據(jù)采集器：符合國家十五臺(tái)網(wǎng)入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可存儲(chǔ)200天數(shù)據(jù)，有供傳輸聯(lián)網(wǎng)用的RS232和RJ45接口，可進(jìn)行無線/有線網(wǎng)絡(luò)傳輸

（9）供電：電源符合國家防雷、放浪涌標(biāo)準(zhǔn)，自帶蓄電瓶切換電源

（10）輔助觀測手段：自帶水位、氣壓和井溫等輔助觀測手段

通過對(duì)兩套分量鉆孔應(yīng)變儀器的觀測指標(biāo)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩套分量鉆孔應(yīng)變儀器均采用電容傳感器固定于探頭內(nèi)，測量的動(dòng)態(tài)范圍和性能指標(biāo)RZB-2優(yōu)于YRY-4,原因是由于本臺(tái)YRY-4是十五項(xiàng)目初期安裝的儀器，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)采樣率RZB-2儀器均進(jìn)行了較大改進(jìn)。YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀由于數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備的限制，應(yīng)變儀的通頻帶并未充分利用。目前的記錄信息主要在每分鐘一個(gè)點(diǎn)的低頻段，反映潮汐信息已經(jīng)足夠，但缺少高頻的地震信息記錄。RZB-2儀器安裝初期采用的分鐘值采樣入庫，根據(jù)中國地震局的“十一五”項(xiàng)目要求，必須采用秒采樣入庫，因此在2013年3月更新數(shù)采，從3月4日開始采用秒采樣數(shù)據(jù)入庫，RZB鉆孔應(yīng)變儀秒數(shù)據(jù)能夠記錄到豐富的地殼動(dòng)態(tài)應(yīng)力場活動(dòng)信息（圖3），且具有很寬的頻響特性，低頻可觀測到固體潮，高頻可以觀測到地震應(yīng)變波等，可見，營口臺(tái)的RZB電容式鉆孔應(yīng)變觀測系統(tǒng)的觀測精度和信噪比較高，可觀測到清晰的固體潮汐和同震響應(yīng)，數(shù)據(jù)有效可靠。

圖3　2013年09月24日營口臺(tái)RZB應(yīng)變儀映震曲線Fig.3　 Earthquake-reflecting curves of RZB strainmeter at Yingkou Seismic Station on Sep.24th，2013

4　分量鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

4.1　YRY-4分量鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

營口地震臺(tái)YRY-4鉆孔應(yīng)變儀自觀測至今，數(shù)據(jù)整體呈下降趨勢，為壓型變化（圖4）?，F(xiàn)儀器的第二和第三分量數(shù)據(jù)畸變，我們與廠家溝通后，廠家認(rèn)為此儀器在全國同類儀器中安裝較早，當(dāng)時(shí)安裝方法不是很成熟，有可能會(huì)出現(xiàn)受外界影響時(shí)，單分量變化的故障，而且第2，3分量故障后，第3分量的數(shù)據(jù)趨勢未發(fā)生改變。

圖4　營口地震臺(tái)YRY-4分量鉆孔應(yīng)變?nèi)站登€Fig.4　 Daily mean value curves of YRY-4 component borehole strain instrument at Yingkou Seismic Station

圖5　營口地震臺(tái)YRY-4分量鉆孔應(yīng)變輔助觀測日均值曲線Fig.5　 Daily mean curves of YRY-4 component boreholestrain auxiliary observation at Yingkou Seismic Station

圖6　營口地震臺(tái)YRY-4分量鉆孔應(yīng)變2016年3月整點(diǎn)值曲線Fig.6　 YRY-4 component borehole strain of Yingkou Seismic Station in March 2016.

YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀2、3路數(shù)據(jù)畸變，但總體趨勢沒有改變，從整點(diǎn)值數(shù)據(jù)上來看（圖6），1、4路數(shù)據(jù)日變和月變固體潮清晰、完整，如排除故障通道，YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀的觀測質(zhì)量仍較好。

鉆孔應(yīng)變輔助水位在每年的1月開始轉(zhuǎn)折變化，直至3月底開始轉(zhuǎn)向，分析認(rèn)為，是由于冬季氣溫及降水影響，曲線下降，在春天融雪時(shí)，引起井下水位上漲，曲線迅速上升（圖5）。2011-2014年此變化幅度較小，是由于這幾年年初本地區(qū)降水減少導(dǎo)致。

基于分量鉆孔應(yīng)變儀的自檢特性，根據(jù)整體變化趨勢，排除故障影響，利用對(duì)四分量鉆孔應(yīng)變儀進(jìn)行“自檢”[4-7（]圖7），相關(guān)系數(shù)見YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀相關(guān)系數(shù)表（表1）。自儀器2、3分量數(shù)據(jù)出現(xiàn)畸變后，尤其是第3路數(shù)據(jù)幾乎無法記錄到清晰的固體潮，自檢的相關(guān)系數(shù)均小于0.9，數(shù)據(jù)的相關(guān)性較差。因此，在營口分量鉆孔應(yīng)變的四分量中排除第3路數(shù)據(jù)的干擾，采用計(jì)算其相關(guān)性，矯正后的相關(guān)系數(shù)仍接近1（圖8），表明本觀測數(shù)據(jù)1、4路數(shù)據(jù)較為真實(shí)可靠，排除儀器故障影響數(shù)據(jù)可靠性的可能較高。

表1　YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀相關(guān)系數(shù)表

圖7　營口地震臺(tái)YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀自檢曲線Fig.7　 Self-check curves of YRY-4 component borehole strainmeter at Yingkou Seismic Station

圖8　營口地震臺(tái)YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀矯正自檢曲線Fig.8　 Correction of self-check curves of YRY-4 component borehole strainmeter at Yingkou Seismic Station

4.2　RZB-2分量鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

營口地震臺(tái)的RZB-2分量鉆孔應(yīng)變儀運(yùn)行初期，數(shù)據(jù)采用分鐘值采樣。2013年1月26日由于數(shù)采故障，造成停記。2013年2月4日由廠家寄回新數(shù)采，更換后恢復(fù)工作。2013年2月05日開始分鐘值入庫，3月4日12時(shí)開始秒值入庫，但每天23時(shí)37分-59分，由于數(shù)采原因，數(shù)據(jù)缺失，造成斷計(jì)率較高。2013年2月05日數(shù)據(jù)入庫時(shí)起，各分量數(shù)據(jù)每天均有不同程度臺(tái)階。2013年5月23日起，數(shù)采由于不適用十五數(shù)據(jù)庫秒采樣，數(shù)據(jù)采集困難，自5月27日-9月16日，數(shù)據(jù)斷記。9月16日由儀器廠家來臺(tái)重新更換數(shù)采，并升級(jí)數(shù)采及探頭采集系統(tǒng)，9月17日恢復(fù)正常工作。升級(jí)后的儀器日變清晰，能記錄到固體潮，鉆孔溫度恒定。2014年6月18日，數(shù)采遭雷擊，6月24日重新更換數(shù)采，但RZB數(shù)采遭受雷擊后造成儀器數(shù)據(jù)傳輸線路被擊毀。廠家人員來臺(tái)維修，由于鉆孔為井下儀器，井下線路無法進(jìn)行維修，所以只能啟用備用線路，如果備用線路再被雷電擊毀，那么此儀器將無法修復(fù)，廠家給我們的建議是在遇雷雨天氣要提前關(guān)機(jī)，待天氣轉(zhuǎn)好后再正常運(yùn)行。因此造成2014年儀器斷記情況的增多，影響觀測質(zhì)量（圖9）。2015年6月29日儀器廠家修改了觀測單位，由10-8改為10-10，儀器出現(xiàn)大幅度臺(tái)階（圖10）。2015年7月至今儀器運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)連續(xù)。選取2016年3月整點(diǎn)值曲線（圖11），可以看到清晰的固體潮，質(zhì)量較好。

RZB-2分量式鉆孔應(yīng)變儀的輔助觀測自安裝之日起，數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，故障和斷記較多，2014年遭雷擊后，一直無法正常工作，直至2015年10月13日重新更換探頭后恢復(fù)正常。此次探頭放置到距離井孔16m。但2017年3月9日，此探頭又出現(xiàn)故障，輔助觀測數(shù)據(jù)異常，初期分析由電源工作不穩(wěn)引起，但數(shù)據(jù)一直異常。5月9日與廠家聯(lián)系，廠家認(rèn)為是由于探頭故障引起數(shù)據(jù)異常，5月23日更換探頭，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，探頭進(jìn)水，現(xiàn)將探頭郵寄回廠家維修，等待廠家回復(fù)，數(shù)據(jù)自5月23日起錯(cuò)誤，6月19日更換新探頭，距離井孔15m，16時(shí)49分恢復(fù)正常工作（圖12）。

由于RZB-2分量式鉆孔應(yīng)變儀輔助觀測故障較多，因此年變趨勢變化不明顯。

圖9　營口地震臺(tái)RZB-2分量鉆孔應(yīng)變?nèi)站登€（2013年—2015年6月29日）Fig.9　 Daily mean curves of RZB-2 component borehole strain at Yingkou Seismic Station（2013—2015.06.29）

圖10　營口地震臺(tái)RZB—2分量式鉆孔應(yīng)變?nèi)站登€（2015年6月30日—2017年）Fig.10　 Daily mean curves of RZB-2 component borehole strain at Yingkou Seismic Station（2015.06.30—2017）

圖11　營口地震臺(tái)RZB-2分量式鉆孔應(yīng)變2016年3月整點(diǎn)值曲線Fig.11　 RZB-2 component borehole of Yingkou Seismic Station, the whole point curves in March 2016

圖12　營口地震臺(tái)RZB分量鉆孔應(yīng)變輔助觀測日均值曲線（2013--2017年）Fig.12　 Daily mean curves of RZB component of RZB component of Yingkou Seismic Station（ 2013-2017）

同樣，基于分量式鉆孔應(yīng)變自檢特性[4-7]，根據(jù)整體變化趨勢，排除故障影響，利用對(duì)四分量鉆孔應(yīng)變儀進(jìn)行“自檢”（圖13），相關(guān)系數(shù)見RZB分量鉆孔應(yīng)變相關(guān)系數(shù)表（表2）。由于2013—2014年6月18日之前此儀器運(yùn)行不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，自檢相關(guān)系數(shù)較低，2015—2016年運(yùn)行較穩(wěn)定，但由于2015年修改數(shù)據(jù)單位，自檢相關(guān)系數(shù)為0.872943，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。

圖13　營口地震臺(tái)RZB-2分量鉆孔應(yīng)變自檢曲線Fig.13　 Self-check curves of RZB-2 component borehole strainmeter at Yingkou Seismic Station

表2　RZB分量式鉆孔應(yīng)變相關(guān)系數(shù)表

4.3　分量鉆孔應(yīng)變儀數(shù)據(jù)干擾分析

4.3.1YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀數(shù)據(jù)畸變

2009年7月10日開始，在營口臺(tái)辦公區(qū)，距離辦公樓20m處打地?zé)峋?口，井深100m，7月18日結(jié)束鉆井施工。當(dāng)鉆井接觸到巖層時(shí)，距地表約20m左右，營口地震臺(tái)各數(shù)字儀器觀測曲線均出現(xiàn)不同程度波動(dòng)（圖14）。尤其是YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀，井孔距離地源熱井孔約100m，干擾較為突出，每日打井施工開始時(shí)數(shù)據(jù)曲線變化加速，尤其是鉆井接觸到基巖時(shí)的干擾比較明顯。自7月10日起數(shù)據(jù)曲線大幅變化，當(dāng)日打井停止工作時(shí)數(shù)據(jù)開始恢復(fù)。

圖14　YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀2009年7月10--19日干擾曲線Fig.14　 Interference curves of YRY-4 component borehole strainmeter from 10 to 19 July，2009

自2011年12月23日15時(shí)起YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀的4個(gè)分量均不同程度出現(xiàn)大幅度畸變（圖15）。該變化至12月25日仍未完全結(jié)束，漂移幅度分別為：1路21834×10-10，2路539×10-10，4路7338×10-10。觀測人員于24日對(duì)儀器電源及臺(tái)區(qū)附近觀測環(huán)境進(jìn)行初步檢查，并無明顯的電源干擾和人為干擾。12月24日，此儀器的設(shè)計(jì)及安裝者池順良和池毅老師也對(duì)此大幅度的畸變產(chǎn)生疑義，當(dāng)晚與營口臺(tái)觀測人員進(jìn)行溝通，雙方針對(duì)有可能對(duì)儀器產(chǎn)生影響的的情況進(jìn)一步排除：是否有對(duì)應(yīng)地震、是否進(jìn)行大量抽水作業(yè)、電源工作情況、儀器工作環(huán)境是否變化等，逐一排除。結(jié)合營口臺(tái)的SSY伸縮儀、DSQ水管儀、SQ2數(shù)字水平擺、模擬水平擺SQ-70儀器的工作情況，對(duì)可能產(chǎn)生干擾的情況進(jìn)行排查，均沒有發(fā)現(xiàn)干擾和異常情況，沒有時(shí)間上的同步性，此情況在運(yùn)行期間只出現(xiàn)1次，沒有明顯的震例對(duì)應(yīng)，對(duì)其可能影響數(shù)據(jù)的干擾也進(jìn)行了逐一排查，分析認(rèn)為，此數(shù)據(jù)異常是由于儀器本身原因造成。

圖15　營口地震臺(tái)YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀2011年12月異常曲線Fig.15　 Abnormal curves of YRY-4 component borehole strainmeter in December 2011

2015年5月19日— 6月10日本臺(tái)在臺(tái)區(qū)內(nèi)打一口流體觀測井，在施工過程中，對(duì)營口臺(tái)觀測儀器的工作有一定的影響，YRY分量鉆孔應(yīng)變儀數(shù)據(jù)出現(xiàn)同步小幅畸變，數(shù)據(jù)波動(dòng)與打井時(shí)震動(dòng)頻率基本一致（圖16）。

圖16　營口地震臺(tái)YRY異常跟蹤曲線分析（2015年5月24日—29日）Fig.16　 Analysis of YRY abnormal tracking curve of Yingkou Seismic Station（20150524—20150529）

4.3.2RZB-2分量式鉆孔應(yīng)變儀數(shù)據(jù)畸變

2013年9月23日—24日NS、EW分量曲線畸變，9月24日發(fā)生巴基斯坦7.8級(jí)地震，但對(duì)應(yīng)輔助觀測，發(fā)現(xiàn)畸變與氣壓變化時(shí)間基本同步，疑似由于氣壓干擾影響，并非地震前兆（圖17）。

圖17　營口地震臺(tái)RZB-2分量式鉆孔應(yīng)變儀秒數(shù)據(jù)曲線（2013年9月22日—25日）Fig.17　 Data curve of RZB-2 component borehole strain gauge in Yingkou Seismic Station （22—25 September 2013）

2015年5月19日—6月10日營口地震臺(tái)流體觀測井的施工過程中，干擾最大的為RZB分量式鉆孔應(yīng)變儀，該儀器為井下觀測，距離施工地點(diǎn)5m，施工期間尤其是鉆孔鉆探作業(yè)期間，對(duì)RZB鉆孔儀數(shù)據(jù)造成了較大干擾，數(shù)據(jù)異常與施工時(shí)間基本同步，因此判斷為打井干擾（圖18）。

圖18　RZB整點(diǎn)值數(shù)據(jù)受打井干擾異常跟蹤曲線圖（2015年05月—06月）Fig.18　 The anomaly tracking curves of the RZB point data interfered by digging wells（ 201505—201506）

2015年6月29日儀器廠家修改了觀測單位，由10-8改為10-10，儀器出現(xiàn)大幅度臺(tái)階（圖 19）。

圖19　2015年01—09月RZB鉆孔整點(diǎn)值數(shù)據(jù)曲線圖Fig.19　 The point value data curves of RZB drill（201501—201509）

4.3.3氣壓對(duì)分量鉆孔應(yīng)變的影響

氣壓干擾對(duì)本臺(tái)的觀測資料影響比較容易識(shí)別，而且氣壓干擾的影響范圍比較廣，特點(diǎn)是時(shí)間較短，觀測資料曲線變化與氣壓變化基本同步（圖20），很少會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間的趨勢性影響。大氣壓力的劇烈變化，通過對(duì)地表的作用，會(huì)引起地面傾斜，當(dāng)然影響是很小的。氣壓干擾對(duì)鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)影響較小，除水位有較明顯的同步變化外，其他各觀測分量僅有小幅的同步波動(dòng)（圖21）。

圖20　2007年10月2日YRY氣壓與水位同步變化曲線Fig.20　 On October 02, 2007, YRY air pressure and water level synchronously change curve

圖21　2015年04月23日YRY與RZB鉆孔氣壓干擾曲線圖Fig.21　 YRY and RZB borehole air pressure disturbance curve on April 23，2015

4.3.4分量鉆孔應(yīng)變同震變化

營口地震臺(tái)YRY-4和RZB-2分量鉆孔應(yīng)變儀在同期運(yùn)行的4年間，我們對(duì)鉆孔應(yīng)變的同震和階躍變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表3），并做了應(yīng)變映震統(tǒng)計(jì)表發(fā)現(xiàn)兩套儀器的映震能力較接近，2013—2016年兩套儀器有同震變化的分別為：YRY-4為119個(gè)，RZB-2為74個(gè)，除2013年RZB-2儀器故障較多，造成記錄地震較少外，其他3年期間，記錄地震總數(shù)基本相同（圖22）。

表3　分量鉆孔應(yīng)變映震統(tǒng)計(jì)表

圖22　2016年03月02日印尼蘇門答臘7.8級(jí)地震同震曲線Fig.22　 Coseismic curves of Indonesia’ s Sumatra 7.8 earthquake on March 2nd，2016

5　結(jié)論

在整理兩套儀器的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)兩套儀器的故障較多，造成了數(shù)據(jù)的不連續(xù)，尤其是RZB-2儀器，在運(yùn)行初期，數(shù)據(jù)因數(shù)采原因和雷擊故障，造成數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，在今后的儀器觀測中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此儀器的管理。但是從兩臺(tái)儀器數(shù)據(jù)對(duì)比中發(fā)現(xiàn)兩套儀器由于安裝角度不同，因此數(shù)據(jù)不能單一的按照分量來對(duì)比觀測，而是需要考慮每分量數(shù)據(jù)的方向性差異。對(duì)于兩套儀器的分析研究僅是儀器觀測中發(fā)現(xiàn)的一小部分，還存在著不同的看法和認(rèn)識(shí)，所以，在今后的觀測中有待進(jìn)一步的深入研究。

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