SS-Y型伸缩仪环境干扰的异常研究＊.docx

? ? SS-Y型伸缩仪环境干扰的异常研究＊ ? ? 张 娜 龚燕民 1) 保定地震监测中心站，河北保定071051 2)易县地震台，河北易县071000 引言 SS-Y型伸缩仪是我国自行研制的适用于观测地壳应变和固体潮水平分量连续变化的仪器，目的是研究地震孕育过程中水平应变的变化规律[1]。SS-Y型伸缩仪观测资料不仅能反应地壳应变信息，而且还包括各种自然因素信息（气压、温度、降雨、湿度、雷电和大风等）[2-3]，以及各种环境干扰信息（荷载干扰、抽水干扰等）。很多学者对SS-Y型伸缩仪观测数据受各种干扰因素的影响形态进行了异常分析[3-5]，其中樊冬等[4]对气压干扰进行了系统分析，认为伸缩仪观测曲线与气压变化呈正相关；赵希磊等[6]分析环境潮湿对洞体应变观测仪器的危害及成因；张娜等[7]和屈曼等[8]针对伸缩仪观测资料受周围荷载干扰进行了模拟定量分析；杨婕等[9]发现在强降水影响下，山体岩石体积发生膨胀，产生不均匀变形，进而影响伸缩仪的变化趋势。以往对环境干扰造成的荷载干扰的异常分析，只是针对伸缩仪观测资料短临时段的异常形态进行分析，本文笔者依据易县地震台2014—2021年伸缩仪观测数据资料环境荷载干扰变化，利用三维模型定量分析，系统地总结归纳伸缩仪观测资料受环境干扰造成的应变量级的变化，为今后同类台站出现类似异常情况提供有力依据。 1 易县地震台伸缩仪及周围环境干扰概况 易县地震台（以下简称易县台）伸缩仪安装在距离易县台1 km的易县华盖山的观测硐室，此形变山洞呈北东东走向，长200 m，共有7个洞室，海拔为350 m，是19世纪50年代人工开凿的军队备用山洞。形变山洞顶部覆盖层厚约40 m，岩性底部为闪长岩，洞室洞温13.0±0.3℃，保温效果很好。易县台伸缩仪在2000年进行了更新，型号由SSY-Ⅱ型升级为SS-Y型，2013年11月29—30日进行仪器更换，将原电涡流传感器更换为差动变压传感器，位移由43.79μm变为37.1μm，共有NS、EW、NE 3个测项，仪器更换后NS测向基线长变为10.17 m，EW测向基线长变为15.85 m，NE测向基线长变为15.38 m。 易县台SS-Y型伸缩仪观测数据周围主要的环境干扰是采石场、挖土及房屋荷载干扰（图1）。 图1 伸缩仪周围环境干扰示意图Fig.1 Schematic diagram of environmental disturbance around extensometer （1）采石场概况：易县台形变山洞周围共有两处采石场。1#采石场位于易县台山洞东边，距离形变山洞最近处为1.856 km，位于保定市易县梁各庄镇半壁店村，开采主要采取原始爆破形式，现已停止开采。2014年成立巨石矿业公司，2019年以来每天开采量为2000 t，采石量巨大；2#采石场位于易县地震台站北偏东10°的保定市易县梁各庄镇凤凰台村2 km处，2019年开始以夜间开采为主。他们以整个山体中轴为中心，山体东面主要以挖土为主，山体西面主要以采石为主。 （2）挖土及房屋荷载干扰概况：①易县台形变山洞北偏西177 m处新出现了一处别墅，2019年11月开始打地基，2020年3月开始建造，8月完工，房屋为22 m×12 m×10 m的3层别墅；② 2020年3月和8月在距离山洞洞口100 m左右进行了两次梯田土方改造；③2021年3月8日在易县台形变山洞的西北方向，距离山洞大概135 m处，利用挖土机进行平整土地、植树，历时34天。 2 伸缩仪观测数据环境干扰异常分析 2.1 三维模拟定量分析方法介绍 本文根据邱泽华[10]文章中的三维模型进行定量计算，即忽略载荷变化的形状和面积，只重视重量的变化，这里把采石场总采石的重量作为重量变化，计算荷载对应变观测的影响，只需对x水平方向求导即可，具体公式为： 式中，F为集中力，λ和G为拉梅常数，x，y和z为位移距离。 2.2 易县台伸缩仪观测数据异常分析 我们对2014年以来易县台SS-Y型伸缩仪观测数据受环境干扰的异常数据进行分析，并利用邱泽华[10]文章中的三维模型进行模拟定量计算，共出现5次短临异常，具体如下：间伸缩仪NS向累积上升幅度达到3 707.2×1 0?10，同洞室的水管倾斜仪NS测向出现同步异常变化，曲线持续S倾（图2）。通过对2016年与2017年易县地震台形变山洞周围环境地质图的对比，可清晰地看出，1#采石场采石量明显比以前增加了很多，特别是2012年以后整个环境被破坏的很严重。经三维模型定量计算，算得此次开采造成载荷应变量为26.2×10?8，与此次异常在同一量级上，大概相当于此次量 图2 易县地震台伸缩仪、水管仪倾斜仪2017年4月20日—5月10日观测数据分钟值曲线Fig.2 Minute value curve