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杨祺，杨玲英，曾宁
(云南省地震局，云南 昆明 650224)
洞体应变仪是精密测量地壳岩体两点间水平距离相对变化的仪器，适用于观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，可为地震孕育过程中水平应变变化规律和地球弹性研究提供重要数据[1]。昭通地震台(以下简称“昭通台”)形变观测始于20世纪70年代，观测资料具有连续、稳定、可靠的特点，为区域地壳应力变化和地震预报研究提供了大量的观测数据。以往研究洞体应变观测资料质量或者洞体应变观测干扰因素，多从仪器整体运行情况综合分析得出结论[2-3]，或者具体某类干扰因素对观测数据产生的实际影响[4-5]。本文则以M2波月潮汐因子精度为切入点，探究昭通地震台洞体应变观测资料内在质量及其干扰因素。
昭通台属于国家基本二类台，地处云、贵、川三省相邻的滇东北地区，昭通位于南北地震带东翼，境内地质断裂带构造纵横交错，有小江断裂带、峨嵋—金阳断裂带、汉源—甘洛断裂带、威宁—大关马边断裂带、巧家—五莲峰断裂带、洒渔河断裂带、迤车断裂带等，地震活动强烈[6]。自2003年以来，该地区共发生过M≥5.0级地震已达十多次。昭通台形变观测山洞建于1978年，台基岩性为晚古生代二叠纪玄武岩，山洞长110 ，宽1.5 m，高2.0 m，覆盖层约为40 m ，覆盖植被为灌木和杂木，洞内仪器墩稳定，峒室恒温性好，洞温日变幅小于0.03 ℃，年变幅小于0.5 ℃。
M2波月潮汐因子精度是评定应变固体潮观测数据内在质量的数据指标，M2波月潮汐因子精度越小，则应变固体潮观测数据内在质量越高，用当月洞体应变观测数据时均值进行Venedikov调和分析计算得到的M2波月潮汐因子相对中误差为其数值，地震行业标准规定洞体应变观测资料固体潮M2波月潮汐因子相对中误差应不大于0.050 0[7]，定义0.050 0为洞体应变M2波月潮汐因子精度的优秀指标。本文统计的昭通台2016～2020年M2波月潮汐因子精度数据来源于中国地震局地壳形变台网中心，数据真实可靠。
图1 昭通地区活动断裂带与历史地震分布
表1 昭通台洞体应变仪M2波月潮汐因子精度统计
图2 昭通台洞体应变M2波月潮汐因子精度
经分析得到以下认识：(1)昭通台洞体应变北南分量M2波月潮汐因子精度年均值为0.019 6～0.022 4，达到优秀指标要求，且北南分量M2波月潮汐因子精度均达到优秀指标0.050 0的精度要求，波动较小，稳定性较好。(2)东西分量M2波月潮汐因子精度年均值为0.053 1～0.092 0，未达到优秀指标0.050 0的精度要求，且东西分量M2波月潮汐因子精度围绕优秀指标0.050 0上下大幅波动，稳定性较差。(3)昭通台洞体应变相同月份北南分量M2波月潮汐因子精度均优于东西分量M2波月潮汐因子精度。(4)统计两分量M2波月潮汐因子精度相较于上一月M2波月潮汐因子精度同时上升变化或下降变化的次数为36次，两分量M2波月潮汐因子精度优劣变化同步概率为61.02 %，同步性一般。
统计结果显示，昭通台洞体应变M2波月潮汐因子精度并不稳定，存在上下波动、逐月下降和突然下降变化(图1)。M2波月潮汐因子精度是洞体应变观测质量最为核心的内在精度指标，很大程度上决定了洞体应变观测资料质量，研究洞体应变M2波月潮汐因子精度下降变化的干扰因素对提升观测资料资料明确的指示意义。
图3 昭通台洞体应变2016年2月传感器故障
3.1 仪器故障干扰
仪器运行情况一定程度上决定观测数据质量，良好稳定的观测仪器能够保证观测数据连续有效的产出。昭通台洞体应变东西分量M2波月潮汐因子精度2016年1～3月远差于优秀指标值，均值仅为0.186 7。核查原因为洞体应变仪东西分量2016年1～3月传感器故障，该故障可追溯至2015年12月1日，仪器故障期间观测数据多毛刺，固体潮汐日变形态不光滑(图3)。仪器运行发生故障，直接影响观测数据正常产出，进而影响M2波月潮汐因子精度，且故障情况越是严重，M2波月潮汐因子精度下降越是明显，如昭通台洞体应变东西2016年2月传感器故障情况更加严重，观测数据毛刺数量明显增加，M2波月潮汐因子精度显著下降至0.306 5。
3.2 气象干扰
洞体应变观测有气压、温度、降雨、降雪、湿度、气流扰动、雷电等气象干扰因素。气压、温度、湿度、气流扰动一般为短时微动态干扰，洞体应变观测数据几乎同步出现观测曲线波动、固体潮曲线畸变[8]，雷电则导致观测数据产生即时尖峰数据，数据预处理时尖峰数据会被缺数处理，以上几类气象干扰因素虽然不同程度上对洞体应变观测数据产生一定的影响，但由于干扰时间短、干扰幅度有限，不会导致洞体应变潮汐因子发生明显差异性变化。实际上昭通台洞体应变M2月潮汐因子精度影响因素未识别上述几类气象干扰因素也一定程度上印证了这一观点。降雨特别是连续强降雨能够较长时间增加观测台站所在区域地下水补给，显著改变区域应力状态，洞体应变仪对降雨特别是连续强降雨通常会有比较明显的反映，表现为观测曲线趋势性转折变化，观测曲线日变幅度、日变形态同时发生变化，导致洞体应变潮汐因子发生明显差异性变化进而拉低M2波月潮汐因子精度。如2016年6月昭通地区连续强降雨，受此影响，昭通台洞体应变观测北南分量趋势性转折持续张性变化，M2波潮汐因子精度从2016年5月的0.026 6下降至0.037 5，洞体应变观测东西分量趋势转折压性变化，M2波潮汐因子精度从2016年5月的0.063 2下降至0.074 3(图4)。
图4 昭通台洞体应变2016年6月连续强降雨影响(2016-06-01～2016-06-30)
3.3 人为干扰
洞体应变观测有调零、校准、进洞、维修仪器、安装仪器等人为干扰因素。调零、进洞、安装仪器一般为短时干扰，不会引起观测数据长时间剧烈变化，一般不会造成洞体应变M2波月潮汐因子精度明显变化。仪器校准变更仪器格值参数，启用的格值一定程度上决定观测数据的日变形态和日变幅度，且校准期间观测数据会受到到明显影响，仪器校准结果对M2波月潮汐因子精度通常会有明显影响，反复校准或者启用格值变化过大则会放大此类影响。如昭通台2017年12月对洞体应变进行仪器校准，北南分量反复校准11次方才校准成功启用新格值，M2波月潮汐因子精度由2017年11月的0.013 1下降至0.023 0，东西分量2次校准后启用新格值，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(图5)。因此M2波月潮汐因子精度在仪器校准时一定程度上都会受到影响，年中校准时一般都在雨季，校准干扰往往和降雨干扰叠加而不能得到有效识别，年末校准时无其他明显干扰，校准对M2波月潮汐因子精度的影响更加容易分析。维修仪器对M2波月潮汐因子精度的影响与维修能力及维修情况相关，维修故障仪器成功能显著提升仪器产出数据的内在质量，维修失败可能进一步拉低观测数据的内在质量，维修周期过长则导致故障仪器较长时间产出内在质量较差的观测数据。如昭通台洞体应变仪东西分量2015年12月～2016年3月传感器故障，期间多次维修仪器，2016年2月曾出现维修致使传感器故障更加严重进而拉低M2波月潮汐因子的情况，2016年3月10日维修前置放大盒子造成观测数据曲线趋势性改变，亦是导致当月M2波月潮汐因子精度计算结果较差，直到2016年3月25日更换传感器线圈方才修复仪器(图6)，M2月潮汐因子精度此后也得到显著提升(图2)。
图5 昭通台洞体应变2017年12月仪器校准影响(2017-12-01～2017-12-31)
图6 昭通台洞体应变东西分量2016年3月检修仪器
本文通过统计分析昭通台洞体应变M2波月潮汐因子精度，得出以下结论：
(1)昭通台洞体应变仪北南分量M2波月潮汐因子精度优于东西分量M2波月潮汐因子精度，北南分量M2波月潮汐因子精度达到优秀指标要求，内在质量较好，但东西分量M2波月潮汐因子精度围绕优秀指标0.050 0上下波动，内在质量偏低。
(2)昭通台洞体应变仪M2波月潮汐因子精度受多种干扰因素影响明显(如仪器故障、仪器校准、维修仪器、连续强降雨)，观测数据内在质量会产生较大波动。
(3)仪器故障、仪器校准、维修仪器几类干扰因素对洞体应变M2波月潮汐因子精度的影响具有普遍意义，对保障洞体应变观测数据内在质量具有明确的指示意义。
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