2020, Vol. 41
2. 中国江苏 226000 江苏省南通地震台;
3. 中国江苏 221008 江苏徐州地震台
2. Nantong Seismic Station of Jiangsu, Jiangsu Province 226000, China;
3. Xuzhou Seismic Station of Jiangsu, Jiangsu Province 221008, China
提取地震观测资料中有价值的地球物理事件信息，必须通过异常核实剔除干扰。而观测资料异常的现场核实是一项艰难而又重要的工作（冯琼松等，2016）。地球物理事件观测系统是一个开放系统，除仪器自身不稳定及故障外，更易受外界其他因素的影响。外界影响因素多样复杂，给地球物理事件观测资料异常变化原因的寻找及性质判定带来困难（高曙德等，2016）。
徐州地震台YRY-4分量钻孔应变仪2016年11月26日起4个分量数据曲线同时出现类似“漏斗”状呈向下凹陷的压性变化，变化幅度较小。2017年9月，该异常现象次数明显增多，变化幅度明显增大，10月29日异常消失。台站观测人员对该异常予以落实，以判定是否为地震前地球物理异常、外界干扰或仪器自身问题所致，并结合数据分析方法，对异常核实结果进行验证，提出对异常的一些认识。
1 台站和异常概述 1.1 台站背景资料徐州地震台（下文简称徐州台）是国家形变基本台，始建于1975年，位于江苏省徐州市南郊云龙山第八节东坡，海拔60 m，台基岩性为灰岩。该台周边主要分布以下断裂：东部为郯庐断裂带，西部为聊考断裂带，北部为丰沛断裂带，南部为符离集断裂带，形成近似于平行四边型的块体。废黄河断裂穿过徐州市区，是一条NWW向的张性断裂。
2007年4月18日，YRY-4型分量钻孔应变仪（下文简称分量钻孔应变仪）在徐州台观测场地2号井孔安装，仪器探头置于井下50.1 m深度处，各分量偏角为NS向42°、EW向87°、NE向132°、NW向177°（郝冉等，2016），同年7月1日正式入网（形变台网）运行。多年来，该应变仪工作状态连续稳定，固体潮记录清晰，数据精度较高，对国内外强震具有较好的映震能力（阳光等，2015）。
1.2 分量钻孔应变仪异常2016年11月26日，徐州台分量钻孔应变仪4个分量同时出现“漏斗”状向下凹陷的压性变化，变化幅度较小，不足以影响记录的固体潮趋势，见图 1。之后，此类异常时有发生，2017年9月起，异常变化次数明显增多，变化幅度明显增大（表 1）。
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图 1 2016年11月26日分量钻孔应变仪分钟值 Fig.1 Minute value diagram of component borehole strain gauge on November 26, 2016 |
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表 1 分量应变仪异常 Table 1 Statistics of component strain gauge anomalies |
以2017年9月25日至27日应变观测数据异常为例（图 2）。9月25日23时31分到次日01时36分，分量钻孔应变仪四分量同时出现“漏斗”状向下凹陷的压性变化，变幅分别为NS向504×10-10、EW向338×10-10、NE向291×10-10、NW向301×10-10，约为正常日变幅的1倍。变化结束后，观测曲线均恢复为原趋势，变化前后数据无台阶。9月27日09时35分到10时51分，分量钻孔应变仪四分量再次同时出现上述变化，变幅分别为NS向625×10-10、EW向450×10-10、NE向453×10-10、NW向607×10-10，为正常日变幅的1.5—2倍。变化结束后，观测曲线均恢复为原趋势，变化前后数据无台阶。计算9月25日至12月8日异常时段的幅度变化，结果见表 1，可以发现，NS向和NE向数据之和与EW向和NW向数据之和的比值约为4:3。12月13日数采出现故障，NS向NE向数据之和与EW向和NW向数据之和比值约为2:3。对比可知两时段比值相差较大，初步判断该异常非数采故障引起。
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图 2 9月25—27日分量应变仪分钟值 Fig.2 Minute value of component strain gauge from September 25 to 27 |
结合YRY-4型钻孔分量应变仪数据异常的规律性特征，寻找可能干扰源。通过实地走访，对徐州台周边环境变化进行调查，未发现在台站周边1 km范围内有打井、抽水、基建等干扰源出现。
2.2 台站周边观测环境调查在分量应变仪观测中，降雨是明显的干扰因素之一。分量应变仪敏感性较高，固体潮畸变能快速响应降雨造成的地下水位变化。在该异常时段内徐州地区虽有降雨，但雨量较小，未出现雷电和大风等恶劣天气，辅助观测无对应的显著变化，可排除观测环境和气象因素的影响。
2.3 观测系统工作状态检查检查分量应变仪工作状态，未发现异常现象。
2.4 自检相关系数k检验四分量应变仪具有检验观测数据真实性的自检功能（池顺良，2013）。YRY-4型钻孔分量应变仪自检正常的依据是，理想状态下，任意相互正交的2分量数据之和相等。分量钻孔应变仪4个观测元件在平面上等角度旋转45°布设，其自检关系可以表示为
| $ {S_1} + {S_3} = {S_2} + {S_4} + {\rm{常数}} $ | (1) |
式中：S1、S2、S3、S4分别表示1—4元件线应变观测数据。
利用公式（1）对四分量应变仪观测数据进行自检，成为检查数据可靠性的有效手段（池顺良等，2014）。因此，公式（1）又称为自检方程，是判断观测数据是否可靠的关键，甚至可以作为仪器验收标准。也就是说，四分量应变仪应严格满足自检条件。徐州台分量应变仪满足自建关系，S1 + S3和S2 + S4的相关系数k值约为0.997，结果见图 3。
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图 3 分量钻孔应变仪自检关系 Fig.3 Self-checking relationship of component borehole strain gauge |
计算得到9月25日—26日仪器自检相关系数k = 0.970 32，9月27日仪器自检相关系数k = 0.996 36，可见二者均与仪器自洽所得k相差较小，表明分量应变仪自洽性良好（图 4）。
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图 4 9月25—26日、9月27日分量钻孔应变仪自检相关系 (a)9月25—26日；(b)9月27日 Fig.4 Self-checking correlation coefficient chart of component borehole strain gauge on September 25-26, 27 |
计算并绘制9月25日—27日3天的仪器自检相关系数k值曲线，见图 5。所得自检相关系数k = 0.984 3，与在仪器正常运行时的k值相差较小，说明分量应变仪自洽性良好，不属于仪器失恰现象，故判断徐州台应变异常非仪器故障所致。
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图 5 9月25日—27日分量钻孔应变仪自检关系 Fig.5 Self-checking correlation coefficient chart of component borehole strain gauge on September 25-27 |
徐州台形变观测配置体应变仪、分量钻孔应变仪、钻孔倾斜仪和VP宽频带倾斜仪等4套仪器，工作正常可靠，均能够较好记录到固体潮。对比分析4种形变仪观测记录曲线，发现9月25日—27日体应变仪、钻孔倾斜仪和VP宽频带倾斜仪记录的固体潮正常（图 6）。
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图 6 徐州台形变观测曲线对比 Fig.6 Comparison of deformation observation curves at Xuzhou Seismic Station |
2017年11月5日，更换分量应变仪数据采集器（下文简称数采），后因故障（观测数据多次突跳）于11月12日换回原数采。新数采运行期间，分量应变仪未出现类似突跳异常现象，怀疑数据畸变由数采故障造成。为确定异常与数采故障无关，12月12日重新换上新数采，13日出现多次由数采故障造成的异常，见图 7。
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图 7 12月13日分量应变仪分钟值 Fig.7 Minute value of component strain gauge on December 13 |
计算12月13日徐州台四分量应变仪自检相关系数（图 8），可得k = 0.922 4，与仪器正常运行时的相关系数相差较大，说明仪器存在失恰现象。同时，此次异常变幅分别为：NS向140×10-10、EW向137×10-10、NE向117×10-10、NW向94×10-10，该数据异常由数采故障所致，明显小于9月25日—27日的变化幅度。因此，2017年9月25日—27日出现的应变观测数据异常与数采故障造成的数据异常表现不同，可见非数采故障所致。
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图 8 12月13日应变仪自检相关系数 Fig.8 Self-checking correlation coefficient of component strain gauge on December 13 |
通过对徐州台2016年11月—2017年YRY-4型分量钻孔应变仪出现的异常进行核实，得出以下结论：台站附近1 km范围内不存在打井、抽水、基建等干扰，且辅助观测未发现对应的显著变化，排除场地环境与观测环境的影响；通过检查仪器工作状态并计算自检相关系数k，判定仪器工作状态正常，非仪器故障导致异常；在异常时段，其他形变观测仪数据曲线显示固体潮记录正常；此次异常与12月数采故障造成的异常表现形式不同，表明异常非数采故障导致；查询多次此类异常消失前后15天的地震记录，发现异常时段无近震或较大远震发生，可见此类异常非地震前后的数据变化。
综上所述，徐州台分量应变仪观测多次出现的压性变化，非环境、仪器和其他干扰因素所致，也非地震异常，可能是由于地下地质构造发生变化造成的，应为地下应力的真实变化，今后需密切关注后续发展。
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