宫静芝吕永青宋志英王振江杨顺达

1）中国山西045300昔阳地震台

2）中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站

3）中国山西035514五台地震科技中心

昔阳地震台水平摆强降雨干扰特征

宫静芝1），2）吕永青1），2）宋志英1），2）王振江1），2）杨顺达2），3）

1）中国山西045300昔阳地震台

2）中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站

3）中国山西035514五台地震科技中心

昔阳地震台石英水平摆倾斜仪受强降雨干扰，受地形、地质条件影响，干扰特征表现为：降雨发生后，NS分量向南倾斜，EW分量向西倾斜。

降雨干扰；水平摆；倾斜

0 引言

在地震监测过程中，气温、气压、降雨、湿度等外界因素对水平摆倾斜仪观测数据产生一定影响，客观分析干扰因素，提取较为可靠的地震前兆异常信息尤为重要。2013年11月起，昔阳地震台使用地震前兆台网（站）观测数据跟踪分析平台，对周、月、年地震观测数据进行跟踪分析，总结各种干扰记录的形态特征，寻找变化规律，为震兆异常和非震异常识别研究提供实测数据。在此以昔阳地震台水平摆倾斜仪记录为例，研究降雨对观测数据的影响特征。

1 台站背景

昔阳地震台（以下简称昔阳台）海拔960 m，位于山西断陷带以东太行山断块隆起处，赞皇隆起南部沁水凹陷过渡地带，沁水煤盆地东北边缘，以NNE向构造为主，同时存在NS向和NE向构造。昔阳台以北约380 m处为大寨断层，该断层走向N38°E，倾向NW，倾角70°，长8 km，沿断层线出露新生代玄武岩。台站西南向4.63 km处为郭庄水库，见图1。

昔阳台形变观测山洞1971年建成，2008年4月改造。形变山洞进深40.67 m，覆盖层厚15 m，洞口与仪器室之间设置4道船舱门、1道玻璃推拉门相隔，温度日变化小于0.1℃，年变化小于0.4℃，附近无干扰源，观测环境良好。

2 水平摆观测系统

1972年4月昔阳台JB-70金属摆倾斜仪投入观测，1988年4月1日停测，11月1日恢复观测，2008年因仪器老化停止观测，2011年11月改为“十五”数字化观测，架设SSQ-2I数字化石英水平摆倾斜仪，2012年7月正式运行，观测数据并入中国地震前兆台网中心系统。水平摆观测数据稳定，固体潮曲线圆滑，大潮、小潮分明，正常年变化为NS分量倾向北，EW分量倾向西（宋志英等，2013）。

图1　昔阳台与郭庄水库空间分布Fig.1 Distribution of Xiyang Seismic Station and Guozhuang reservoir

3 降水影响

昔阳地处温带、暖温带半干旱大陆性季风气候区，年平均降水量571.9 mm，6—9月降水集中，占全年降水量的80%，春秋少雨多风，冬季风雪较少。2012—2014年，昔阳台水平摆倾斜仪记录到几次较大趋势变化，且变化均发生在强降雨期间，见图2；具体的降雨量与对应的NS、EW分量变化统计见表1。由图2可见，强降雨发生后，水平摆倾斜仪记录的干扰特征表现为：NS分量向南，EW分量向西倾斜。

图2　2012—2014年昔阳台水平摆降雨干扰曲线Fig.2 Curve of rainfall interference with the horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station from 2012 to 2014

表1　降雨对昔阳台水平摆典型干扰Table 1 The typical interference effects of Xiyang horizontal pendulum by rainfall

4 资料分析

2014年7月19日—24日昔阳当地连续降水，水平摆观测数据曲线产生畸变，以此为例，分析降雨对水平摆干扰影响。由昔阳台气象三要素记录仪数据记录可知，2014年7月19日15时开始降雨，21日—24日连续降雨，石英水平摆倾斜仪NS向观测数据于7月20日22时52分向北加速倾斜，21日17时转折南倾，而EW分量变化不明显；22日6时左右，NS、EW分量同步加速向西南倾斜，期间固体潮日变化模糊，截至24日，NS分量累计南倾324×10-3＂，EW分量累计西倾206×10-3＂（表1）；至26日，NS、EW分量恢复至本次加速倾斜变化前具有清晰固体潮日变化的正常形态（图3）。

图3　昔阳台2014年7月17日—27日水平摆、降雨量分钟值曲线Fig.3 The horizontal pendulum，rainfall minute value curve at Xiyang Seismic Station form July 17 to 27，2014

在观测数据曲线出现趋势变化后，对水平摆倾斜仪运行状况、观测环境进行全面检查，发现观测仪器工作正常，观测环境未发生明显改变，观测洞室无明显进水痕迹，潮湿现象不严重。

综合多次水平摆观测数据趋势变化与每年同时期相应降雨量（表1）变化，发现二者存在明显相关性，但非简单的线性相关，不只取决于当日降水量，还与临近时段降水量有关，具体表现为：①固体潮畸变与降水相关性较强（基本同步，固体潮畸变延迟2—5小时），并具有一定持续性。表现为：初始降水量大，水平摆倾斜记录干扰明显；降水结束后，干扰不会马上减弱，而持续一段时间；②在连续降水影响下，水平摆倾斜记录曲线表现出间歇性上升、下降的起伏波动过程；③倾斜幅度及持续时间与降雨强度及持续时间有关。降雨引起水平摆曲线的突变扰动和加速形成，具有突发性，降雨停止一段时间后终止。降雨发生后，昔阳台水平摆倾斜仪NS分量现北倾后急速南倾，EW分量同样先东倾后西倾，整体漂移方向为NS分量南倾，EW分量西倾。若降雨量少、时间短，曲线向NE向倾斜变化不明显；④从干扰量级看，昔阳台水平摆NS分量受降雨干扰比EW分量大，与孙伶俐等（2010）的研究结果一致。

5 降雨干扰机理

降雨量小不会对水平摆观测数据产生影响，降雨量达20 mm以上有可能产生影响，且与每次降雨方式相关。夏季强对流天气容易造成降雨速度过快，积水未渗透岩隙就经地表流走了，且因夏季山体表面温度高，空气干燥，雨水蒸发快，一般不会对水平摆观测数据造成影响。若降雨持续时间较长，雨量较大，空气湿度大，蒸发量小，雨水渗入岩石内部并加载到山体中，使得观测仪器基岩受浸润、膨胀、挤压等作用，产生不均匀变化，对水平摆倾斜仪记录数据产生明显影响。当连续降雨量超过驱动降雨量时，水平摆观测受降雨干扰变化会同步表现出来（刘辉等，2000）。昔阳台形变山洞所处山脊走向近南北，山体北高南低，地势东高西低，降雨一般沿西南方向流，与降雨后仪器变化倾向一致。由于南北高差明显，东西相对平缓，降雨时NS分量变化幅度比EW向大。

昔阳台西南方向的郭庄水库，控制流域面积175 km2，总容量2 165m3，雨季受降雨补给，导致水体质量增加，水位的垂直变化对水库周围压强增大，从而使水平摆记录曲线发生畸变，特别是强降雨，变化更加明显，与郑永通等（2015）的研究结果一致。

6 结论

综上所述，昔阳台水平摆倾斜仪观测曲线受强降雨干扰特征表现为：①数据变化与降水具有一定相关性，但非简单线性相关，且干扰曲线形态复杂，降雨量越大，持续时间越长，倾斜量变化越大；②时间上具有同步效应，在降雨2—5小时后，水平摆NS分量向北，EW分量向东短暂加速，雨量较小时，NE向倾斜变化不明显，随后向SW加速，1—3天后速率逐渐减慢，1周左右恢复到原来水平；③NS分量变化幅度较大。

宋志英，吕永青，王振江，等.昔阳台SSQ-2I数字化石英摆倾斜仪精度及图像特征分析研究 ［J］.山西地震，2013，153（1）：28-30.

孙伶俐，罗俊秋，龙涛.大气降水对数字化地倾斜观测干扰特征分析［J］.大地测量与地球动力学，2010，30（A01）：105-110.

刘辉，华天元，尚乌生.降雨对乌什台地倾斜观测的影响［J］.内陆地震，2000，14（4）：345-349.

郑永通，刘其寿，杨佩琴，等.降雨对垂直摆倾斜仪的干扰与排除［J］.大地测量与地球动力学，2015，35（2）：353-355.

Abstract

The horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station is affected by terrain and geological conditions.It interferes with the heavy rainfall simultaneously.Its interaction characteristics are that NS component inclines to south，while EW component inclines to west after the rainfall.

The influence characteristics of Xiyang horizontal pendulum by heavy rainfall

Gong Jingzhi1），2），Lv Yongqing1），2），Song Zhiying1），2），Wang Zhenjiang1），2）and Yang Shunda2），3）
1） Xiyang Seismic Station，Shanxi province 045300，China
2） National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Shanxi Province 030025，China
3） Wutai Seismic Science & Technology Center，Shanxi Province 035514，China

rainfall interference，horizontal pendulum，tilt

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.013

宫静芝（1989—），女，山西省昔阳县人，2012年6月毕业于山西大学商务学院信息学院信息管理与信息系统专业，获学士学位，助理工程师，主要从事地震监测工作。E-mail：gongjingzhi1989@126.com