2019, Vol. 40
表1(Table 1)
2. 中国安徽 235000 淮北地震台;
3. 中国合肥 230031 安徽省地震局;
4. 中国安徽 237000 金寨地震台
2. Huaibei Seismic Staion, Anhui Province 235000, China;
3. Anhui Earthquake Agency, Hefei 230031, China;
4. Jinzhai Seismic Staion, Anhui Province 237000, China
SS-Y型铟瓦伸缩仪（简称SS-Y仪）可以精密测量地壳岩体两点间水平距离的相对连续变化，能够为研究地震孕育过程提供重要数据（中国地震局科技监测司，1995;吕宠吾等，2001;武汉地震科学仪器研究院，2006;杨江等，2012;樊冬等, 2014, 2017）。安徽省泾县地震台（下文简称泾县台）和淮北地震台（下文简称淮北台）相距约400 km，2006年先后安装SS-Y仪，并均以相同方式与DSQ型水管倾斜仪共墩一起布设在密封腔体内。2套SS-Y仪连续稳定运行至今，为安徽地区地震形变观测研究积累了大量资料。
笔者在地震监测工作中发现，虽然泾县台和淮北台同为以形变观测为主的地震台站，且SS-Y仪同年安装运行，但泾县台SS-Y仪观测资料质量相对较差，有必要对此现象进行深入考察和分析。笔者选取2个台站SS-Y仪2017年度观测数据，从台站之间的观测环境、观测资料内在质量和降水、气压因素影响差异等方面进行对比，并分析造成2个地震台观测资料质量差异的可能原因。
1 台站观测环境对比泾县台形变观测山洞位于皖南山区泾县城郊湖山坑，海拔约50 m，山洞进深约60 m，洞顶覆盖层厚20—50 m，洞体岩性为震旦系石英砂岩（表 1）。淮北台形变观测山洞位于皖北平原淮北市区，海拔约160 m，山洞进深约130 m，洞顶被覆厚度大于50 m，洞体岩性为奥陶系灰岩（表 1）。泾县台观测山洞总长、密封门数量均比淮北台少。
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表 1 泾县台、淮北台形变观测山洞概况与SS-Y仪基线长度对比 Tab.1 Comparison of the general situation of observation of SS-Y and deformation cave between Jingxian and Huaibei Seismic Station |
泾县、淮北台2006年安装SS-Y仪进行洞体应变观测2个台站SS-Y仪基线长度不同（表 1），其中：淮北台NS分量为54 m，EW分量为17 m; 泾县台NS、EW分量均为18 m。泾县台山洞走向为相对简单的L型，进深短，抗外界干扰能力较弱; 淮北台山洞走向相对复杂，有一个密闭的“口”字，NS、EW分量布设于山洞最里侧，抗外界干扰能力较强。对比可知，淮北台观测山洞地质和构筑条件全面优于泾县台。2个台站形变观测山洞布设见图 1。
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图 1 泾县台、淮北台形变观测山洞仪器布设 Fig.1 Instrument layout for deformation observation cave at Jingxian and Haibei seismic stations |
选取2017年度泾县台、淮北台SS-Y仪观测数据，统计数据连续率、完整率、年变幅及年零漂等指标，对观测数据进行一般性评价，并以相对噪声水平M1和M2波潮汐因子相对中误差作为指标，评价观测数据内在质量。观测资料质量评价结果见表 2。
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表 2 泾县台、淮北台SS-Y仪2017年度观测资料质量评价结果 Tab.2 Quality evaluation of SS-Y observation data at Jingxian and Huaibei seismic stations in 2017 |
由表 2可知：①泾县台数据连续率低于淮北台，调查发现，2017年度，泾县台SS-Y仪因故障出现3次长时间数据缺记现象，淮北台运行率较高; ②泾县、淮北台EW分量完整率均比NS分量低，调查发现：泾县台EW分量靠近山洞外侧，进洞干扰较多; 淮北台因仪器故障更换前置盒、放大器等; ③泾县台NS、EW分量年变幅显著大于淮北台（约为淮北台2倍），应由台基差异所致; ④泾县台NS分量年零漂最小、EW分量最大，且2台NS分量均表现为压性变化、EW分量均表现为张性变化，可见应变趋势具有一致性。
2.2 内在质量以相对噪声水平M1和M2波潮汐因子相对中误差作为资料内在质量评价指标（周志等，2016），从http://www.dccdnc.ac.cn/index.jsp下载2017年月质量通报数据，绘制泾县、淮北台SS-Y仪相对噪声水平M1、M2波潮汐因子相对中误差对比曲线，见图 2（泾县台EW分量当年2月仪器故障、NS和EW分量9月因外线路故障长时间缺数，使用相邻两月数据均值作为当期数据）。因观测山洞地质特性的差异，泾县、淮北台相对噪声水平M1、M2波潮汐因子中误差均值和均方差存在显著差异，具体数值见表 2。
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图 2 泾县台、淮北台SS-Y仪观测数据2017年度M1、M2波潮汐因子相对中误差对比 (a)M1; (b)M2波潮汐因子相对中误差 Fig.2 Comparison M1、M2 of SS-Y observation data at Jingxian and Huaibei seismic stations in 2017 |
由表 2、图 2可知：①淮北台NS分量M1均值、均方差较泾县台小，表明基线越长，长期稳定性越好; ②泾县、淮北台NS分量M2波潮汐因子相对中误差均值小于EW分量，且数值接近，说明干扰越少，观测资料内精度越高，且淮北台NS分量M2波潮汐因子相对中误差均方差在4个分量中最小，表明该台NS分量M2波潮汐因子相对中误差比较稳定，数据内在质量较高。
3 气象因素影响地形变观测资料包含大量气象类因素的干扰信息，如气压、降雨、温度、湿度、大风等干扰，给地震形变观测异常识别带来困难，而洞体应变观测气象干扰因素主要为降水和气压（张文来等，2006;鲍从民等，2009;赵小贺等，2009;樊冬等, 2012, 2014, 2017）。
3.1 降水影响选取泾县、淮北台SS-Y仪2017年观测数据，对日均值进行小波4阶分解（其中：1阶分解，对应周期2—4天; 2阶分解，对应周期4—8天; 3阶分解，对应周期8—16天; 4阶分解，对应周期16—32天），与台站周边降水数据（泾县台因仪器故障缺8月降水数据）进行对比，分析应变观测数据是否受降水影响，结果见图 3。
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图 3 泾县台、淮北台SS-Y仪2017年观测数据小波4阶分解结果对比 (a)泾县台; (b)淮北台 Fig.3 Comparison for 4 order wavelet decomposition of SS-Y observation data at Jingxian and Huaibei seismic stations in 2017 |
由图 3可知，泾县台、淮北台SS-Y仪受降水影响的周期为2—8天，且在2—4天时段内影响显著，即从降水开始到对SS-Y观测产生影响约有1天延时效应，到影响基本结束，一般需要8天时间。对比发现，日降水量大于15 mm便可对泾县台SS-Y仪产生影响，而大于25 mm才会对淮北台SS-Y仪产生显著影响，可能由2个台站观测山洞基岩岩性不同所致。分析认为：泾县台观测山洞基岩为砂岩，淮北台基岩为灰岩，砂岩孔隙度、渗透率均大于灰岩（陈颙等，2009）; 泾县台地处皖南山区，雨量充沛，观测山洞覆盖小，渗透快，日降水量15 mm即可使覆盖层含水饱和，进而影响SS-Y仪观测; 淮北台位于皖北平原，雨量相对少，且洞顶覆盖层厚，渗透慢，日降水量25 mm以上才能使覆盖层含水饱和，进而影响SS-Y仪观测。
3.2 气压影响2017年3月23日—24日泾县台、淮北台均出现SS-Y仪与气压同步扰动现象，将该时间段SS-Y仪观测数据与气压分钟值数据进行小波4阶分解（db=4），其中：1阶分解，对应周期2—4 min; 2阶分解，对应周期4—8 min; 3阶分解，对应周期8—16 min; 4阶分解，对应周期16—32 min，结果见图 4、图 5。
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图 4 2017年3月23日—24日气压数据小波4阶分解结果对比 (a)泾县台; (b)淮北台 Fig.4 Comparison for 4 order wavelet decomposition of air pressure data from March 23 to 24, 2017 |
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图 5 2017年3月23日—24日SS-Y仪观测数据小波4阶分解结果对比 (a)泾县台; (b)淮北台 Fig.5 Comparison for 4 order wavelet decomposition of SS-Y observation data from March 23 to 24, 2017 |
对比图 4、图 5可知，在周期2—4 min高频段内，气压对泾县台SS-Y仪观测数据影响显著，对淮北台SS-Y仪影响不显著; 在周期4—16 min中低频段，气压对淮北台SS-Y仪观测数据影响集中。分析认为，泾县台SS-Y仪EW、NS分量基线短，对高频段信号响应灵敏; 淮北台SS-Y仪NS分量基线长达54 m，对中低频段气压扰动信号同步性更好。另外，皖南地区山多且陡，短时间、小范围的气压扰动即可对地表形变产生影响，进而影响SS-Y仪观测; 皖北平川旷野，需长时间、大范围的气压扰动才可对地表形变产生影响，进而影响SS-Y仪观测。
4 结论通过对2017年度泾县、淮北台SS-Y仪观测数据进行对比分析，得到以下结论。
（1）观测山洞进深大，被覆厚，有助于减少外部环境干扰。
（2）SS-Y仪安装位置应远离洞口，减少人为干扰和仪器故障，有助于提高观测资料的连续率、完整率。
（3）台基地质条件越好，SS-Y仪年变幅越小; 年零漂指标反映，泾县、淮北台SS-Y仪观测数据曲线变化趋势具有一致性。
（4）SS-Y仪基线长，观测山洞地质条件良好，观测资料长期稳定性和内精度更优。
（5）降水对SS-Y仪影响周期为2—8天，由于观测山洞地理、地质环境不同，降水对泾县、淮北台产生的影响存在差异，地处皖北地区、岩性为灰岩的淮北台，比地处皖南地区、岩性为砂岩的泾县台，需更大日降水量才能对SS-Y仪产生显著影响。
（6）对于周期2—16 min范围的气压扰动信号，泾县台SS-Y仪对中低频段和2—4 min的高频段气压响应显著，而淮北台SS-Y仪对4—16 min的中低频段气压响应同步性较好，对2—4 min的高频段气压响应不显著。
总之，降水、气压因素在不同的地理、地貌、气候环境下，对SS-Y仪观测的影响存在显著差异。观测山洞良好的地质条件是SS-Y仪观测的坚实基础，减少仪器故障，避免人为干扰，降低环境影响，提高仪器运维能力，是保证观测资料内在质量、长期稳定性的必要条件。
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