0 引言

关于中国地下流体数字化干扰分析的文献（车用太等，2003；谷元珠等，2003；中国地震局监测预报司，2007；张昱等，2013）较多，针对数字化水温记录的数据突跳干扰分析相对较少。众所周知，水温观测数据突跳是地下流体日常观测的常见现象，可能是1种仪器设备因素引起的干扰，如：供电电压不稳、仪器放置机柜的静电干扰、水温仪器探头故障等，均可能引起该现象的产生（付子忠，1988；张昱等，2010；李国佑等，2014；文勇等，2014），而将水温数据突跳作为地震前兆异常的研究则相对较少，甚至接近空白。

腾冲地震台（以下简称腾冲台）水温数字化观测于2007年6月完成“十五”改造，配备SZW-1A型高精度水温仪，观测精度优于0.000 1℃，自运行以来，工作性能稳定，数据连续率达99.99%。但是，水温观测数据出现数次连续突跳，远高于正常动态变化范围。需要对该数据突跳现象进行有效识别，判定是地震前兆异常，还是由仪器设备因素引起的干扰。为此，笔者通过水温对比观测实验，对可能引起水温观测数据突跳的影响因素进行一一排查，寻找突跳产生的真正原因，以便有效利用水温记录资料进行地震前兆分析。

1 实验基础

2008年以来，腾冲台水温观测数据出现数次连续突跳（图 1），多次开展异常核实均未能找到确切干扰源，此时，需要通过数字式温度计进行对比观测（李国佑等，2014），以确定数据突跳原因。为此，2015年2月27日，在同一观测井相同深度处放置1套相同型号的SZW-1A水温仪进行对比观测。收集整理2015年2月27日至12月31日期间，2套SZW-1A水温仪观测数据进行对比，发现共同采用UPS供电测量情况下，原水温仪观测数据分钟值仍出现较多连续性脉冲式突跳，而对比观测数据并未出现连续数据突跳现象，见图 2。对2组水温观测数据整点值曲线进行对比，分析发现，二者年动态变化趋势大致相同，见图 3。

由图 3可知，原水温仪观测数据于2015年10月29日、12月17日产生2个下降台阶，导致观测曲线整体产生2次阶降，但对观测数据趋势性变化并无明显影响，故在此不对数据台阶产生的原因进行探讨。对图 3中2组观测数据进行相关性分析，可知二者相关系数为0.971 3，表明2套水温观测仪在观测水温动态变化大趋势上具有较好的一致性，可见在温度大幅度变化过程中，温度变化在细节上有微小差异（不影响观测数据使用），而总体变化形态一致。因此，2套观测系统产出的水温数据记录是观测部位温度变化的真实反映，对比观测具有较好的可信度，可用于排查水温数据突跳影响因素。

2 对比观测实验

若水温观测数据突跳为地震前兆异常，那么在某些地震发生前，2套对比观测水温仪记录的数据动态曲线应同步出现数据突跳变化，而2015年对比观测实验结果（图 2）排除了该可能性，表明数据突跳是某种干扰所致。

2.1 对比实验

由经验可知，引起水温数据突跳的可能原因有静电干扰、供电电压不稳、仪器故障等，为此设定实验计划。为便于区分，将腾冲台原水温观测仪标记为水温仪a，对比观测水温仪标记为水温仪b，改变水温仪a可能引起水温观测数据突跳的某一因素，与水温仪b进行一段时间的对比观测，分析观测结果，进而逐一排查影响因素。具体实验步骤如下。

（1）对比观测实验1。2016年2月15日至4月30日，采用原UPS（记为UPS_a），对水温仪a进行直流稳压供电，直流电压稳定在12—13 V；通过具有稳压功能的UPS（记为UPS_b），对水温仪b进行交流供电，交流电压稳定在223 V左右。每天间隔约12 h，对UPS_a电源（水温仪a未连接UPS_a，由直流电压供电）进行2次供电电压测量，并记录，发现UPSa供电电压日变幅在1.2—28.4 V变化，波动较大。可见：UPS_a电源丧失稳压功能，需要更换新的具有蓄电和稳压功能的UPS，才能排查流体观测（包括水温观测）数据异常是否与电压不稳有关。

由实验1得出，不同稳压供电条件下，2套仪器对比观测实验结果（图 4中对比实验1区段）为：在电源稳压状态下，水温观测数据无突跳现象，表明水温仪a产生的数据突跳可能由交流供电电压不稳所致。若水温观测数据突跳为仪器摆放机柜产生的静电干扰，则无论是交流还是直流供电，均会出现数据突跳现象，故可初步排除腾冲台水温数据突跳由静电干扰引起的可能性。

（2）对比观测实验2。为验证实验1的结果，2016年5月1日至6月30日，将水温仪a移出机柜，通过无稳压功能的UPS_a进行交流市电供电，水温仪b供电条件不变，进行对比观测。每天间隔约12 h对UPS_a电源进行2次供电电压测量，并记录，发现供电电压日变幅在0.5—26.9 V变化，波动较大。

实验结果（图 4中的对比实验2区段）显示：水温仪a在移出机柜、变换为非稳压交流供电后，出现6次连续数据突跳；水温仪b在稳压供电条件下无数据突跳现象。可见，水温仪a观测数据突跳应由交流供电电压不稳引起。由此进一步证明，腾冲台水温观测数据突跳非机柜静电干扰引起，排除静电干扰。

（3）对比观测实验3。为验证上述实验结果，2016年7月1日至8月31日，将水温仪b同样采用UPSa进行供电，使2套水温仪供电条件相同。同样测量并记录供电电压，发现UPSa电源输出电压日变幅变化范围为0.8—25.7 V，波动较大。

实验结果（图 4中的对比实验3区段）显示：在相同非稳压交流电源供电条件下，水温仪a观测数据继续出现水温突跳现象，而对比观测的水温仪b则无此现象。该对比实验结果表明，非稳压供电电源并非引起水温观测数据突跳的原因，否定实验2部分结论。

（4）对比观测实验4。为验证实验3的结论，2016年9月1日至10月14日，将水温仪a与水温仪b连接到同一台具有稳压功能的UPS电源上，进行稳压供电对比观测实验。

实验结果（图 4中的对比实验4区段）显示：在同一稳压交流电源供电条件下，水温仪a数据突跳现象仍然存在，而水温仪b无此现象发生。结合实验3可知，稳压供电与非稳压供电条件下，水温仪a均出现数据突跳现象，表明供电电压是否稳定并非引起水温数据突跳的原因。

（5）对比观测实验5。由以上4组对比实验可知，水温仪b记录的水温数据动态始终未出现突跳现象，表明水温仪b的仪器探头与主机均工作正常，可见引起水温仪a观测数据突跳的原因可能是仪器探头或主机部件故障。为找出水温仪a故障所在，2016年10月14日进行第5组对比观测实验，将水温仪a与对比观测水温仪b的连接探头互换，主机内部对应的芯片进行互换，更改相应的仪器参数后进行对比观测实验。

实验结果（图 4中的对比实验5区段）显示：水温仪a在更换水温探头后仍出现连续数据突跳，而水温仪b更换探头后仍未出现数据突跳。可见：水温仪b的探头与主机工作正常，将水温仪a、b的探头互换，发现水温仪b无数据突跳现象，而水温仪a的主机仍产生数据突跳，说明水温仪a探头部件工作正常，引起腾冲台水温观测数据突跳的原因在仪器主机内部。

2.2 故障原因

通过以上5组对比观测实验，一一排查可知，水温观测仪主机内部故障，导致腾冲台水温观测数据产生突跳。SZW-1A数字式温度计是为地热前兆观测设计的专用石英温度计，具有高分辨率、高稳定性、高精度、宽量程、数字化自动观测等特点。SZW-1数字式温度计测温原理是，以石英晶体片作为测温元件（傅子忠等，1984），将温度变化的模拟量转化为频率的数字量，再将此频率信号进行转换，并显示其温度值。

SZW-1A数字式温度计测温原理与SZW-1温度计相同。探头完成测温工作后，将温度变化的模拟量转化为频率的数字量，通过探头与主机的连接线传到主机，在主机内部通过恒温晶体与主程序芯片模块进行转换，得到所测温度原始值，通过网络通信接口白盒子进行数据读取、转换，所测温度最终转换为前兆数据处理系统可操作的“十五”格式数据。由于数据突跳产生的部位在仪器主机，故推测水温观测数据突跳是在主机内测温信号由频率转换为温度值的过程中非正常转换产生的，而非正常转换的原因可能是程序失灵、数据放大倍数失灵或电压不稳、芯片松动等。

3 实验相关问题

（1）雷电影响。在对比观测实验过程中，仅在2016年4月24日至27日测区有雷电天气发生，雷电过后水温观测数据出现突跳现象，且后续仍出现几次数据突跳现象。观测曲线见图 5。

由图 5可知，腾冲台附近数次雷电过后，水温观测数据均出现连续突跳，分析认为，雷电通过供电线路进入水温仪主机，对水温观测产生干扰。但无雷电活动时段，水温观测数据也有突跳现象发生，频次相对较少，可见雷电并非引起水温数据突跳的决定因素。雷电对水温观测仪主机产生一定破坏，在水温数据突跳产生过程中起到促进作用，需要在今后观测中通过更多实例验证。

（2）非稳压供电影响。对比水温仪a在稳压与非稳压供电条件下的观测数据可知：非稳压供电条件下数据突跳次数较多，说明电压不稳在水温仪主机内测温信号由频率转换为温度值的过程中产生干扰，致使非稳压供电状态下产生更多数据突跳现象，见图 6。

（3）台阶变化原因。在水温对比观测实验过程中，水温仪a观测数据出现2次台阶变化，而对比观测的水温数据无同步变化，根据水温观测数据突跳原因判断，台阶变化同样由主机内数据转换模块工作不正常引起，见图 7。

4 结论

综上所述，可知腾冲台水温仪观测数据突跳、阶升阶降变化非地震前兆异常现象及机柜静电干扰所致，而是由水温仪主机模块工作不正常造成的。在今后地震监测资料分析中，对于腾冲台此类水温观测数据连续突跳、阶升阶降现象，应视为仪器故障。

非稳压供电条件下，水温观测数据突跳次数相对较多，供电电压不稳对水温数据突跳的产生有促进作用。今后应注意保持稳压供电，避免此类现象发生。

腾冲台水温观测数据突跳，是在水温观测仪主机内，测温信号由频率转换为温度值的过程中，因非正常转换产生的，而非正常转换的原因可能是程序失灵，数据放大倍数失灵或电压不稳、芯片松动等。这些因素无法进行一一排查，要彻底消除数据突跳，需对水温仪主机进行更换，建议水温探头同时更换。