浅谈地震台短水平井段观测成果的改进

浅谈地震台短水平井段观测成果的改进

1自适应的清原地震台可选用的观测方案单通道地震记录站的短径是地震短期预测的方法之一。结果表明，在中等强度地震的附近，单通道断裂站的短径差变化不应超过1mm。在1975年2月4日之前的75.3级地震中，黄金地震后的金山西震台站的短径差约为1.8mm。可以看出，这一巨大的异常现象非常罕见。因此,提高台站短水准测量成果精度,获得更加可靠的形变信息,一直是广大地震工作者的愿望。多年来,清原地震台在这方面做了不懈的努力,使得短水准测量成果精度比以前有了大幅度的提高。清原地震台台站短水准始建于1976年,分AB、BC两测段(图1),AB测段长0.40km、BC测段长0.28km,测线沿山腰布设,按当时制定的《地震台站观测规范》有关要求进行观测。1985年以前的观测结果(表1、图2)表明,其测量成果精度m站、mkm只能分别达到±0.06~±0.07mm和±0.30~±0.35mm,这一精度虽然已经达到规范规定的精度指标要求,但与当时的国内同行先进水平相比还是存在一定差距的。台站短水准属精密水准测量。同一切其它测量工作一样,它也不可避免地含有误差。有关研究已指出,精密水准测量的误差主要可分为仪器误差、观测误差和由于外界因素影响而产生的误差。对台站短水准,我们主要想得到的是点间的高差变化,只要选择适当的观测安排,这些误差有些是可以得到消除和减弱的,而有些是不能消除的。对不能消除的误差我们应尽可能地加以避免或减弱。1985年在辽宁省地震局的支持下,清原地震台在台站短水准观测项目的管理和观测环境改造等方面作了诸多努力,以后的实践结果表明,虽然观测仪器和观测人员没有变化,但观测成果精度的提高效果是显著的。2观测环境的重建2.1最佳视线长度的确定建台初期,根据当时的《地震台站观测规范》,我们将AB测段设为6站、BC测段设为4站,平均每站的距离约为70m(视线长度约为35m)。我们知道,影响水准测量精度的偶然因素有许多,但从它们的影响性质来说,可分为与视线长度有关与无关的两部分。而影响水准测量的系统误差是最复杂、最难以确切分析和确定的部分,如已采取足够的措施,应认为残余的系统误差影响是比较小的。国内外大量的理论分析和实验已给出的与视线长度有关的偶然误差的经验公式为:m偶=±(0.014+0.0014D)mm而残余系统误差大约在m系=±(0.010-0.023)mm范围之内,式中D为视线长度,以m为单位。对于S05级水准仪,视线观测的全中误差为:m视=m偶+m系由于在单向水准线路中一个测站上用基、辅分划测得的高差中数h=(h基+h辅)/2的中误差mh为上述的m视,因此把它作为水准测量的单位权中误差是合适的。取m站=mh/2√=mh/2mkm=m站(1000/2D)−−−−−−−−−√(1000/2D)表2、图3是据此得出的m站与mkm与视线长度之间的关系,有关研究已认为25m为最佳视线长度。1985年,AB、BC测段的测站数分别改为8站和6站,即平均站距从68m降为49m,改造后每站的视线长度与理论得出的最佳视线长度几乎完全一致,说明所做的改造是符合理论要求的。实践结果表明,从1986年起,清原台短水准的成果观测精度立即有了大幅度的提高(图2),m站和mkm都提高了2~3倍以上,且量值稳定,变化很小,说明测线改造中所选择的视线长度是适宜的,改造是成功的。2.2误差估计和误差分析折光误差在性质上是属于外界因素影响产生的主要误差之一,它是精密水准测量中的一项主要误差来源,它的大小与观测所处的气象条件、水准路线所处的地理位置和自然环境、观测时间、视线长度、测站高差及视线离地面的高度等有关,可以说影响多且复杂。虽然可用一些折光改正公式进行改正(如库卡梅基公式等),但精确的数值是难以测算的。有关研究表明,水准折光与视距的平方成正比,与高差和温度成正比,应采取有效措施将其削弱到最低程度。清原短水准测线是沿山坡修建的,始建时由于经费不足及对折光等的影响认识不深,测线修得较窄、拐弯处较多、坡度较大、凹凸不平。开始观测后逐步发现,地面水份蒸发等形成的“湍流”往往使观测成像抖动不稳,这是折光影响的表现。由于上、下午温度梯度的存在和变化,测线地面的空气将上升或下降,形成的“湍流”会使水准视线弯曲,从而产生系统误差。有关研究表明,斜坡面上的水准折光影响最为严重。1985年测线改造中对测线作了截弯取直、平整加宽等措施,尤其是BC测段的第五仪器站作了三次增高,使视线高度达到规范要求。测线改造后,“湍流”等现象明显减弱,观测速度明显加快,成果观测精度明显提高。2.3仪器脚架升沉的影响实践和经验表明,仪器脚架尖踏入地面后,要先升(约10分钟)后降,由于每站观测时间仅1~2分钟,所以上升是主要的。虽然观测中采取了“后前前后”的观测程序,但由于清原地区属高纬度地区,冬季、春季气温特别低,土壤冻结深度大,地面积雪多,是全国平均温度最低的短水准台站之一。测线改造前,仪器架设时脚架往往座落在冰土上的现象往往难以避免,仪器脚架的升沉造成观测读数超限、延长观测时间的现象时有发生,成为影响观测成果精度的主要因素之一。1985年的改造中,每个仪器站都修了水泥台,还在每个水泥台上修了保护亭,做到既能遮光又能避雨雪,保证了仪器不架设在冰雪上,极大地减弱了仪器脚架的升沉现象对观测的影响,既缩短了观测时间,又提高了观测成果精度。3其他措施除了上述观测环境的改造外,还在观测时间、光段、人员等方面做了努力,它们也是促成清原台短水准观测成果精度提高的重要因素。3.1清原台测定产物的观测时间,在一般含义的根据不同季节的日出、日落和中天时间定出各季节月份的观测时间。我们严格按照规定的时间定出清原台的水准观测时间,误差不超过十分钟。为提高观测成果精度,观测人员也保持相对稳定,不轻易换观测员。3.2间段短工况观测精度的提高根据多年的观测实践,针对清原台位于辽宁省东部高寒山区的特点,在遵守台站四季观测时间的前提下,夏季上午往测时间往前串,下午返测时间往后串;冬季上午往测时间往后串,下午返测时间往前串;春秋两季测量时间不前不后测中间,使上下午