賴愛京,馮 英,王金萍,徐衍剛,劉 輝

(1.新疆地震局烏什地震臺(tái),烏什 843400;2.中國地震應(yīng)急搜救中心,北京 100049)

烏什地震臺(tái)多分量鉆孔應(yīng)變觀測資料干擾的初步分析

賴愛京1,馮 英1,王金萍2,徐衍剛1,劉 輝1

(1.新疆地震局烏什地震臺(tái),烏什 843400;2.中國地震應(yīng)急搜救中心,北京 100049)

根據(jù)多分量鉆孔應(yīng)變的觀測原理,從理論和實(shí)際觀測中分析了水廠抽水、標(biāo)定、同機(jī)柜檢修儀器的相互影響、數(shù)采死機(jī)重啟數(shù)采、天氣突變打雷等對多分量鉆孔應(yīng)變觀測的影響。分析表明,鉆孔應(yīng)變觀測值波動(dòng)時(shí)間與各干擾時(shí)間基本吻合,因此認(rèn)為水廠抽水、同機(jī)柜檢修儀器、天氣突變打雷等對多分量鉆孔應(yīng)變觀測會(huì)造成一定程度的干擾。

烏什;多分量鉆孔應(yīng)變;干擾

0 引言

經(jīng)過4年多的建設(shè),烏什地震臺(tái)已建成以地殼形變觀測為主,集測震、磁電、地下流體等觀測的綜合數(shù)字化的國家二類地震臺(tái)站,其中RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀于2009年3月21日架設(shè)完畢,經(jīng)過近一年的運(yùn)行,目前該儀器運(yùn)行正常,可以清楚地記錄到固體潮,但數(shù)據(jù)曲線經(jīng)常因各種干擾發(fā)生畸變,出現(xiàn)數(shù)據(jù)突跳、掉格等現(xiàn)象,因此分析、總結(jié)各種干擾對觀測資料的影響是很有意義的。

1 臺(tái)站情況及觀測儀器簡介

1.1 臺(tái)站簡介

烏什地震臺(tái)位于新疆維吾爾自治區(qū)天山南麓的阿克蘇地區(qū)烏什縣,臺(tái)站屬國家級前兆臺(tái),位于烏什縣西郊的七女墳旁,處在柯坪斷塊的東北部,北東向的闊克沙勒斷裂分布在臺(tái)站北部,臺(tái)區(qū)基巖大面積出露,巖性為石英質(zhì)砂巖。隨著“十五”前兆數(shù)字化改造的完成,烏什地震臺(tái)現(xiàn)有前兆數(shù)字化觀測項(xiàng)目:TJ-Ⅱ型體積式鉆孔應(yīng)變儀、SSY-Ⅱ型洞體應(yīng)變伸縮儀、DSQ型水管傾斜儀、LN-3A型水位儀、SZW-1A型水溫儀、FHD-2型地磁儀、ZD9A型大地電場、PET型重力儀、WYY-1型氣象三要素測量儀和RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀,形成了較全面、系統(tǒng)的前兆監(jiān)測能力[1]。

1.2 儀器簡介

烏什地震臺(tái)多分量鉆孔應(yīng)變使用的觀測儀器是中國地震局地殼應(yīng)力研究所研制的電容式鉆孔應(yīng)變儀,儀器型號(hào)為 RZB-2[2];儀器于2009年3月21日安裝完畢,同時(shí)開始試運(yùn)行,儀器測量系統(tǒng)由井下探頭、地面儀器、配套的井下定向裝置與下井安裝設(shè)備等4部分組成。應(yīng)變儀是一臺(tái)內(nèi)裝有多個(gè)微變位移量傳感元件的地下形變觀測儀器。在地下巖石間的內(nèi)應(yīng)力作用下,應(yīng)變儀中第i個(gè)傳感元件將敏感到巖石體的應(yīng)變量,觀測儀器測定到巖體間的應(yīng)變是隨時(shí)間的變化量[2]。

1.3 鉆孔狀況

儀器架設(shè)在地震臺(tái)院內(nèi)改造(加深)的一口觀測井內(nèi),該鉆井2006年完工,開口孔徑150mm,終孔孔徑130mm,測繩測量井深93.5m,模擬探頭測量孔深95m,井下水面至井口距離為8.9m,巖石性質(zhì)以砂巖為主,鉆孔描述為裂隙、含水層、破碎,柱狀圖及巖芯保存良好[3]。該觀測井距離一條流經(jīng)烏什縣北側(cè)的托什干河約12km,距省道S306公路直線距離約150m,距縣自來水廠約220m。

1.4 儀器架設(shè)情況

儀器于2009年3月21日架設(shè)調(diào)試完畢,儀器探頭架設(shè)在地震臺(tái)院內(nèi)的一口觀測井內(nèi),數(shù)采及主機(jī)安裝在辦公室內(nèi),觀測井到觀測室電纜長約75m,電纜采用埋地方式。傳感器探頭下到93.5m處,水位氣壓探頭下到18m處,井溫探頭下到55m處[3]。儀器探頭下放到井內(nèi)預(yù)定位置后,用425#水泥75kg、石英砂10kg和膨脹水泥3kg攪拌均勻,對探頭進(jìn)行澆注,同天安裝鉆孔應(yīng)變探頭和輔助觀測(鉆孔水位、氣壓和溫度)。整個(gè)儀器安裝較順利,儀器采用UPS不間斷電源供電,供電系統(tǒng)基本穩(wěn)定。

1.5 儀器的日常處理

2009年儀器試運(yùn)行期間,由于沒有并入十五項(xiàng)目,無法采用十五前兆分析軟件對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,值班人員每天登錄RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀數(shù)采網(wǎng)頁下載EPD數(shù)據(jù),采用地殼所給的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,使用MapSIS分析軟件查看數(shù)據(jù)波形,沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理,自2010年1月1日起,RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀原始觀測數(shù)據(jù)并入備用服務(wù)器,利用中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理軟件通過備用服務(wù)器收取數(shù)據(jù),采用十五前兆分析處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,處理方法及原理與體應(yīng)變一致。

2 各種干擾對資料的影響情況

2.1 距離觀測點(diǎn)270m處的自來水廠抽水對多分量鉆孔應(yīng)變的影響

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大,地震觀測的許多測項(xiàng)都受到了干擾,本文中的多分量鉆孔應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)和體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)同樣受到抽水的影響。通過對水廠提供的抽水資料和體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)、多分量鉆孔應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)作對比分析,發(fā)現(xiàn)多分量鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)和體應(yīng)變數(shù)據(jù)出現(xiàn)干擾的時(shí)間與抽水時(shí)間比較吻合[4]。由于體應(yīng)變較多分量鉆孔應(yīng)變早幾年安裝,也曾對體應(yīng)變的干擾作過調(diào)查研究,如圖1所示,因市電不穩(wěn),水廠水泵不能連續(xù)工作,抽水?dāng)嗬m(xù)進(jìn)行,體應(yīng)變觀測值也打破緩慢的壓性上升趨勢,呈現(xiàn)一節(jié)一節(jié)的臺(tái)階跳動(dòng),夜間02:35市電不穩(wěn),停記了2min,數(shù)據(jù)下降了0.5×10-9,變化不是太明顯,然后數(shù)據(jù)繼續(xù)壓性上升,04:56停電觀測數(shù)據(jù)由 264.3×10-9下降到 261.2×10-9,07:40—11:01來電,水廠恢復(fù)抽水,觀測數(shù)據(jù)恢復(fù)到263.5×10-9后開始緩慢上升,11:02—12:23停電,停止抽水,觀測數(shù)據(jù)下降了9.6×10-9,12:24—15:55來電,繼續(xù)抽水,觀測數(shù)據(jù)回升,15:56—17:26分停電,停止抽水,17:27—19:56來電,抽水,19:57—19:58停電,停止抽水,19:59—20:29來電,抽水,20:30—20:41停電,停止抽水,20:42來電,抽水。由圖1可以清晰地看出,每當(dāng)水廠停止抽水時(shí),體應(yīng)變的觀測值總有一個(gè)向下的張性變化,原有的潮汐變化被打破[5]。所以自鉆孔儀器安裝以來,一直與體應(yīng)變進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)鉆孔應(yīng)變受抽水干擾和體應(yīng)變受干擾較為一致,且干擾的時(shí)段也一致,水廠2009年改變抽水時(shí)間,夏季采用2個(gè)抽水泵工作,其中一個(gè) 24小時(shí)抽水,另一個(gè)在 8:30—10:00、13:30—15:30和19:30—22:00的3個(gè)用水高峰時(shí)段抽水,即在這3個(gè)時(shí)間段2個(gè)抽水泵同時(shí)工作,此期間對應(yīng)變數(shù)據(jù)固體潮形態(tài)造成較大干擾,尤其是冬季一個(gè)泵24小時(shí)全天抽水,另一個(gè)泵抽水時(shí)間為8:30—23:00,23:00至次日08:30停止工作,供水量為3000m3左右。水廠抽水帶來地下水位動(dòng)態(tài)的變化,造成多分量鉆孔應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)的變化,其干擾時(shí)刻與水泵的工作時(shí)間基本同步,全天抽水地下水層處于穩(wěn)定狀態(tài),鉆孔應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)處于一種動(dòng)態(tài)平衡之中,干擾也就不明顯,具有完整的固體潮變化。一旦這種平衡被打破,特別是抽水處于斷續(xù)工作期間[5],對體應(yīng)變和多分量鉆孔應(yīng)變的干擾最為明顯,如圖2所示。

2.2 數(shù)采死機(jī)重啟數(shù)采對多分量鉆孔應(yīng)變的影響

烏什臺(tái)RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀自架設(shè)以來,采用FTP進(jìn)入數(shù)采下載數(shù)據(jù),因數(shù)采存在故障,存在無法進(jìn)入數(shù)采下載數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,重啟數(shù)采后恢復(fù)正常工作;重啟數(shù)采對北南分量、東西分量和北東分量影響較大,造成這三個(gè)分量缺記并掉格,對北西分量、懸空元件及其輔助觀測影響較小,如圖3所示。

2.3 發(fā)電對多分量鉆孔應(yīng)變的影響

因2009年7月2日19:25—21:30市電停電,20:04使用臺(tái)站大發(fā)電機(jī)發(fā)電給儀器供電,造成鉆多分量孔應(yīng)變數(shù)據(jù)受到干擾,多分量鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)的影響時(shí)間為19:25—21:33,如圖4所示。

圖1 烏什臺(tái)2007年8月26日體應(yīng)變和輔助觀測鉆孔應(yīng)變的分鐘值曲線圖

圖2 2009年5月1日體應(yīng)變和多分量鉆孔應(yīng)變的NS向、EW向分鐘值曲線圖

圖3 2009年6月30日多分量鉆孔應(yīng)變數(shù)采死機(jī)重啟數(shù)采時(shí)的分鐘值曲線圖

圖4 2009年7月2日多分量鉆孔應(yīng)變分鐘值曲線圖

2.4 雷電對多分量鉆孔應(yīng)變的影響

刮風(fēng)、打雷、下暴雨等天氣變化會(huì)對多分量鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)造成不同程度的干擾。2009年8月7日16:40左右打雷,17:00強(qiáng)雷電、暴雨天氣后,觀測數(shù)據(jù)曲線有畸變,出現(xiàn)大的臺(tái)階和突跳干擾,如圖5所示。

圖5 2009年8月7日多分量鉆孔應(yīng)變及其輔助觀測分鐘值曲線圖

2.5 同一機(jī)柜檢修其他儀器的相互影響

RZB-2型鉆孔應(yīng)變儀數(shù)采和水位、水溫等儀器數(shù)采置于同一機(jī)柜,檢修儀器存在相互影響,2010年3月23日烏什臺(tái)水溫儀出現(xiàn)故障,數(shù)據(jù)無法收取,24—25日檢修水溫儀器的過程中,插拔電源對同機(jī)柜的體應(yīng)變沒有影響,對靜水位和多分量鉆孔應(yīng)變有影響,且同一儀器不同元件干擾程度還有所差別[4],其中多分量鉆孔應(yīng)變NS向和NE向元件干擾較大,如圖6所示。

圖6 2010年3月24—25日鉆孔應(yīng)變及其輔助觀測分鐘值曲線圖

3 結(jié)束語

本文對烏什臺(tái)RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀的干擾特征進(jìn)行了分析,總結(jié)了影響RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀觀測數(shù)據(jù)的一些因素,有助于我們在今后的工作中對RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀及其他前兆數(shù)字化儀器的不同干擾進(jìn)行識(shí)別,提取可靠的觀測數(shù)據(jù)信息,積累經(jīng)驗(yàn),為地震短臨預(yù)報(bào)提供可靠的判定依據(jù)和指標(biāo)。

[1] 賴愛京,徐衍剛,馮英,等.水廠抽水對烏什地震臺(tái)體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)的干擾分析[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào),2009,(2):54-57.

[2] 趙楠,江沛春,張光華,等.六安地震臺(tái) TJ-2鉆孔體應(yīng)變資料初析[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào),2010,(1):79-83.

[3] 北京震苑迪安防災(zāi)技術(shù)研究中心.TJ-2體應(yīng)變儀器使用說明書[S].中國地震局地殼應(yīng)力研究所,2007(3):1-10.

[4] 高福旺,李麗,牛安福,等.對體應(yīng)變干擾因素的識(shí)別及排除[J].地震,2004,24:90-97.

[5] 唐九安,王勇,劉福生.北京昌平地震臺(tái) TJ-1體積鉆孔應(yīng)變儀潮汐參數(shù)動(dòng)態(tài)特征及其穩(wěn)定性研究[J].華北地震科學(xué),2001,12:34-40.

Analysis of Interferences to Wushi Seismic Multi-component Borehole Strain Observation

LAI Ai-jing1,FEN G Ying1,WAN GJin-ping2,XU Yan-gang1,LIU Hui1
(1.Earthquake Administration of Wushi City,Wushi 843400,China;
2.National Earthquake Response Support Service,Beijing 100049,China)

According to the principle of the multi-component borehole strain observation,the interferences of water work pumping,calibration,repairing of equipments in the same cabinet,digital acquisition system restarting,abrupt change of weather and thunder to the multi-component borehole strain observation are analyzed.Analysis shows that the fluctuations in borehole strain observations are basically consistent with the interferences;So that,the water works pumping,repairing equipment in the same cabinet,thunder and other weather changes lead to the interferences to the multi-component borehole observations to a certain degree.

Wushi;multi-component borehole strain;interference

P315.62

A

1003-1375(2010)04-0051-06

2010-04-20

新疆地震科學(xué)基金(200908)資助

賴愛京(1968-),女(漢族),工程師,主要從事地震監(jiān)測工作.E-mail:xjlaij68@163.com.