地震前兆仪器标定技术及运用之研究

地震前兆仪器标定技术及运用之研究

朱星晔

吉林省地震局敦化地震台吉林敦化133700

摘要：地震前兆仪器标定系统是地震仪器的重要组份，其功能是校正和检查地震仪器观测系统，以使地震观测系统更具准确性。鉴于我国地震前兆仪器标定工作落实不到位，导致地震前兆仪器观测系统频现故障。为此，本文主要探究地震前置仪器标定技术及其应用。

关键词：地震前兆仪器；标定技术；应用

前言

地震前兆是指发生地震前的异常现象，即：在地应力的作用下，岩体应力应变的积累与加强使得地震源与其附近事物发生明显变化、异常行为和地球物理异常等。地震前兆仪器融合了流体、形变和电磁等学科，且其现已发展到了网络化、自动化的分钟级或秒级采样，从而为地震分析报告提供了多角度、可靠详细的前兆数据。地震前兆仪器是一种探索性的科学测量仪器，其正常观测运行要求高效开展定期标定工作，以保证测量数据的可靠性和准确性。其中，标定包含确定仪器的输入-输出关系并赋予其分度值、确定仪器的静态特性指标、消除仪器误差三层含义。下面，笔者首先从装置系统、测量系统的检定两个方面介绍地震前兆仪器标定系统的原理，然后再进一步探讨标定系统的应用。

一、标定系统的原理

（一）装置系统检定

下面，笔者以地震地电阻率观测装置为例，探讨如何检查观测装置的稳定性。

目前，国内外地震学家高度关注地震地电阻率前兆观测问题，且根据四十余年的震例研究发现，在发生强震前，震中附近的地电阻率呈下降走势及其降幅为百分之几到百分之十几，且异常持续时间达2-3年；震后，地电阻率变化的转折明显且有所回升。可见，在地震监测中，地电阻率观测的意义重大。地电阻率观测装置稳定性检查俗称查漏电，其中ZD8M常以自动方式或人机结合方式检查供电线的漏电影响。图1所示为人机结合方式下的地电阻率查漏电原理图。

图1地电阻率查漏电原理图

结合图1，若采用人机结合方式，则需做好以下检查前的准备工作：将假负载RLA、RLB接在供电电源输出端，并在观测室对假负载的中点接地，同时断开电机坑处对应的电极。

（二）测量系统检定

通常来讲，地震前兆仪器测量系统涉及仪器的检定、量的检定两个方面。地震前兆洞体形变学科摆式仪器标定系统由标定器、标定线路、控制和供电等组成。例如，DSQ型水管仪是一种自动测量地壳倾斜变化的精密仪器，其具有结构合理、性能稳定、功能齐全和使用范围广等优点。标定装置由标定筒（内部充满水）、标定棒（经螺旋机构上下运动）组成，同时装有步进电机（经电缆线连在DSQ型水管仪上）和齿轮转动，从而实现自动标定。DSQ型水管仪采用的标定方法是静态标定法，即先由标定棒调节液体体积，再以人工方式调节液面变化，继而求取电信号变化量△U在单位高度改变时的数量值。

图2水管仪标定控制流程图

如图2所示，内置标定程序的8031单片机控制水管仪标定全过程，即：先由面板控制系统将升、降及定值位移量的△h标（预先给出的标定棒移动量）操作等指令发送给8031单片微机，再由单片机利用输出缓冲器将步进脉冲发送给光电隔离器进行隔离，然后利用电缆线和达林顿驱动发送给步进电机，并在带动步进电机后，由齿轮传动驱动标定棒进行升降移动。

二、标定技术的应用

下面，笔者以SS-Y型伸缩仪、DSQ型水管仪为例，探讨地震前兆仪器标定技术的应用。

（一）SS-Y型伸缩仪标定

SS-Y型伸缩仪是一种精密测量地壳岩体两点之间水平距离相对变化的仪器，其适用来观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，并为研究地震孕育过程的水平应变的变化规律、地球弹性提供了重要数据。SS-Y型伸缩仪是一款中国地震局地震研究所于1988年推出的新型应变观测仪，其凭借高灵敏度、温度系数小、稳定性好、精度高且不会引起水银污染山洞等优点而被广泛应用在地壳变形观测测量中。为了高效标定SS-Y型伸缩仪，本文提出以下标定方法：首先，开启“标定电源”的开关；其次，选定启动标定和待标定的测向；第三步，待标定启动后，先点亮电机电源的指示灯，并发出“嘟”声，其后标定电机先转动两圈测到U1（第一个标定测试值），再反转四圈测到U2（第二个标定测值），直到接连发出十声“嘟”声后得到U10（第十个标定测试值），最后待标定结束“嘟”声发出后，得到U11（返回测量点电压值）；第四步，电机电源的指示灯在标定结束后熄灭，其后关闭“标定电源”的开关；第五步，打开标定记录，并查阅标定结果。

（二）DSQ型水管仪标定

DSQ型水管仪是一种用于自动测量地壳倾斜变化的精密仪器，其既可用来测定缓慢倾斜变化、倾斜固体潮与捕捉临震前兆信息，又可用在地球动力学与精密工程测量等方面。DSQ型水管仪采用了差动变压器式位移传感器，并结合应用了现代微电子技术，因此具有结构合理、性能稳定可靠、功能全和使用范围广等优点。DSQ型水管仪标定涉及标定电压差、灵敏度调节两个方面的内容。依据形变学科可知，DSQ型水管仪的标定电压差应为1000mv。例如，在某地震台的DSQ型水管仪中，其标定电压差、灵敏度调节方法为：

1.标定电压差调节：首先，打开设置页面，并选择在调试中降低20mm；其次，依据调试结果可知，整个调试过程是一次数据的上升过程，且W分向的电压差约为1150mv，则需先调节到约1000mv，再调试；第三步、先按公式分别算得四个分向的△S（需要调节量），再深入山洞，并在放大盒检测口上接上万用表，然后用平口启子对放大盒接口进行调节，最后再按△S负向调节信号；第四步，待调节好后，再调试。

2.标定灵敏度调节：待调节好DSQ型水管仪标定电压差后，需按下列步骤调节标定灵敏度：首先，根据调试结果，确定EW向的精度不够急需调节；其次，按W分向靠近E分向的方法调节精度；第三步，先按公式（为调节目标值）算得E方向的△，再深入山洞，并用平口启子对放大盒接口进行调节，然后再按△S负向调节E信号；第四步，待调试好后，再调试。

三、结束语

历来，中国地震局都承担着地震监测预报的重大任务。为了为地震监测预报提供充足的地球物理观测资料，中国地震局在地震前兆台站部署了大量的地震前兆观测仪器，用以观测、收集所需的地震前兆信息。为了提高地震前兆监测数据的产出质量，深入研究地震前兆仪器标定技术具有现实价值。为此，本文以SS-Y型伸缩仪、DSQ型水管仪为例，探讨了如何开展地震前兆仪器标定工作，以充分发挥这两种重要的地震前兆仪器的功用。

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