摘 要：分析武汉狮子山台2015年三套形变仪的观测资料，发现三套仪器对地震、人为干扰、自然环境事件均有很好的响应。对观测资料异常类型的识别可以为形变研究提供一定的参考价值。
关键词：形变仪；异常分析；固体潮曲线
引言
武汉狮子山台于2004年建台，位于武汉市洪山区华中农业大学校内的狮子山山洞内。山洞洞顶覆盖层厚度为25m，洞内常年温度为18℃左右，湿度为85%。形变观测主要是监测地壳的运动和变形，而定点形变可以监测地倾斜、地应变和周边断层的变形等。狮子山洞在新构造分区中属于鄂东南-赣北掀斜升降区的武昌-阳新掀升区。狮子山台北部分布有北西西走向的襄樊-广济断裂和北西走向的青峰黄陂断裂，南部分布有近东西向的乌龙泉断裂，西侧有近南北向的五通断裂和长江破裂带，东侧有梁子湖断裂[1]。2007年狮子山台安装了三套形变观测仪器：水管倾斜仪（DSQ）、垂直摆倾斜仪（VS）、洞体应变仪-铟瓦棒伸缩仪（SS-Y）。研究形变资料和分析其异常情况有助于分析台站周边地壳和断裂的变形情况，为未来地震的孕育和发生提供前兆信息。
1 资料选取
文章选取了狮子山台2015年1月1日-2015年12月31日三套形变仪器的资料，对资料进行了系统的分析。三套仪器的连续率、完整率分别是：DSQ连续率99.9180，完整率99.8056；VS连续率99.9528，完整率99.5372；SS-Y连续率99.9517，完整率99.7441。连续率指的是仪器记录的原始固体潮曲线值的连续情况，通常连续率缺失是由电源故障、标定、仪器自身故障这些因素引起的。完整率是指仪器预处理后固体潮曲线的完整情况，通常完整率的缺失除了电源故障、校准、仪器故障这些因素外，还可能是由人为干扰、雷电干扰、场地环境等因素引起的。电源故障会导致仪器直接断记；水管仪校准会表现为数据缺失，垂直摆仪和倾斜仪校准表现为台阶和突跳；仪器自身故障如若是数采故障则表现为数据错误或缺失的曲线异常，探头故障则为数据错误的曲线异常；调零数据曲线会出现脉冲状的突跳和台阶；人为进洞查看仪器、场地施工干扰等表现为小的噪声曲线。
2 资料分析
DSQ、VS、SS-Y形变仪的正常固体潮曲线是一日两潮，曲线呈两个完整波峰波谷的形态，类似于正弦波，反映了潮汐规律。
通过对三套形变仪器2015年固体潮曲线资料的分析，发现异常的变化类型主要是地球物理事件，有少量的人为干扰、自然环境。地球物理事件主要是指仪器记录到的地震事件，在固体潮曲线上表现为噪声大、突跳，大地震有明显的尖锐的突跳且噪声形态持续时间长。人为干扰主要因素有：仪器调零、校准、进洞更换UPS、检修仪器。自然环境是由降雨影响，固体潮曲线形态随着降雨量的增加呈现上升或下降的过程，降雨停止后，曲线开始回落恢复正常固体潮曲线形态。
2.1 水管倾斜仪
水管倾斜仪（DSQ）的资料显示，2015年一共记录到73个地震事件，记录最小震级为2015年06月10日云南3.0级地震。记录极远震时曲线表现为噪声大，持续时间长，特大地震如8级以上的极远震噪声持续时间长达8小时。记录到人为干扰事件9次，其中调零6次，校准3次。DSQ北南向受VS调零干扰明显，表现为小台阶，东西向受VS调零干扰影响较小。北南和东西两分量均受同洞SS-Y仪器调零干扰明显，表现为噪声大、大的突跳。标定时间段内的曲线表现为数据缺失。进洞更换UPS电源时间较长，一般为2-3小时，曲线表现为台阶和突跳，经过去台阶和去突跳处理后，曲线表现为噪声大似的干扰形态。
2.2 垂直摆倾斜仪
垂直摆倾斜仪（VS）的资料显示，2015年共记录到59个地震事件。能记录到5.0级以上的台湾地震且均表现为台阶和突跳，记录到最小震级地震为云南3.0级地震和九江3.7级地震。共记录到26次人为干扰事件，其中调零21次，记录的调零事件表现为明显的大的突跳和台阶，校准表现为脉冲和台阶。VS受同洞DSQ调零干扰明显，表现为突跳，无台阶。
VS调零次数较多主要是跟降雨量有关。垂直摆主要是测量地球内部运动引起的地倾斜变化，灵敏度为0.001″，能精确测量出地面倾斜的微小变化。狮子山台台站基岩为泥盆系石英砂岩，当降雨时，雨水很容易渗入到石英砂岩中，使地面发生倾斜，形变观测对降雨，尤其是暴雨响应灵敏，当连续降雨量超过趋动降雨量时，形变观测受降雨干扰变化就会同步表现出来[2]。
2015年9月5日受降雨影响，VS数据曲线明显偏离正常固体潮曲线趋势，北南向极速上升，东西向极速下降。2015年10月5日-7日受持续降雨影响，北南向和东西向均缓慢上升变化。降雨停止后，数据曲线恢复正常固体潮形态。
2.3 洞体应变倾斜仪
SS-Y 型铟瓦棒伸缩仪，测量的是地表两点间水平距离的相对变化量，即一端固定，另一端随着地面运动而压缩或膨胀，测量的结果是相对于原始基线长度的压缩量或膨胀量[3]。该型号伸缩仪的灵敏度优于10mv/μm。SS-Y伸缩仪适用于观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，为研究地震孕育过程中的水平应变的变化规律提供数据[4]。
伸缩仪SS-Y在2015年共记录到9个地震事件，均为7级以上的地震。记录到9次人为干扰事件，其中调零4次，校准4次。调零和校准时数据曲线均表现为台阶和突跳。SS-Y受同洞VS调零干扰有明显地台阶。10月1日-10月15日受强降水（累积降雨量107.5mm）干扰，SS-Y数据曲线成上升趋势，上升幅度达1707×10-10mv/μm，16日降雨停止后，数据曲线恢复正常动态。
3 结束语
狮子山台形变仪器资料连续率和完整率均在99.5%以上，仪器运行正常，分析其资料具有可靠性。对其三套仪器的观测资料进行异常类型分析，可以发现DSQ型水管仪对地震事件的响应灵敏度最高，能记录到3.0级以上的国内地震和5.0级以上的国外地震，但易受同洞其他仪器调零干扰或场地环境干扰影响。说明其仪器的灵敏度很高，能记录到地面运动的微小变化。VS型垂直摆易受降雨环境的影响，和降雨的同步响应现象明显，且随着降雨量增大仪器零漂增大易出格，因此VS调零次数比其他两套形变仪的次数要多。SS-Y型伸缩仪对地震响应灵敏度不够好，只能记录7级以上的大地震，可能与SS-Y仪器的传递函数有关。可见，狮子山台的DSQ型水管仪记录地面运动的灵敏度最高，其固体潮数据资料对地壳形变分析最有研究价值。
参考文献
[1]林爱文.武汉地区断裂构造研究[J].武汉测绘大学学报，1992，17（3）：69-76.
[2]郑永通，张华，等.垂直摆倾斜仪干扰原因分析[J].华南地震，2015，35（2）：100-105.
[3]邓建刚，孙伶俐.麻城台应变潮汐观测资料质量评定与稳定性分析[J].大地测量与地球动力学，2013，33增刊（2）：16-20.
[4]赵凤花，周云耀，等.应用最小二乘法辨识SS-Y型伸缩仪的传递函数[J].大地测量与地球动力学，2010，30增刊（2）：109-111.
作者简介：章婷，女，湖北荆州人，湖北省地震局，助理工程师，硕士，主要研究方向为形变观测。
