固体潮对泾县地震台洞内静力水准系统的影响研究

  固体潮对泾县地震台洞内静力水准系统的影响研究
作者：许少峰  何晓业   陈晓东





     地球是个受各种力作用的复杂运动星体，地球上任意一点不仅仅受到重力的作用。地球在引潮力的作用下，固体地球会发生周期性的变化，即固体地球潮，随之会产生重力、倾斜、应变等地球物理场的变化。随着科技的进步，在高精度大地测量尤其是高精度粒子加速器准直测量研究中，固体潮的影响不容忽视。例如在粒子加速器准直测量中用于监测点之间的相对形变监测的高精度静力水准系统。由于倾斜固体潮呈周期性的在HLS读数中呈现，因此，必须对HLS数据进行调和分析，得到当地的潮波模型以及倾斜潮的准确影响，进而对HLS读数中包含的倾斜固体潮部分进行潮汐改正以得到更高的监测精度。HLS系统的两个监测点位置之间的高程差变化可实时地由穿昂起检测得到。HLS系统已被广泛应用于高精度形变监测工程中。由于HLS中有液体存在，用其来监测固体潮，考虑到水管中也体会发、温度不均匀等诸多因素都会对检测精度造成影响，故需将仪器安装在噪声小、湿度以及温度都比较恒定的环境中，因此，地震台的山洞便是最佳选择。泾县地震台型变监测洞体周围噪声干扰小，而且洞体分东西和南北向两端，呈L型走向。

1、HLS数据获取及安装参数

       静力水准系统于2012年安装完成，鉴于安装处其人员走动频繁，噪声较大，洞体 环境以及HLS系统稳定需要一定时间，所需时间虽传感器钵体尺寸以及水管气管尺寸的不同而不同，通常为几小时到若干天不等。为了调和分析的准确性，故选取部分期间数据进行相关预处理以及调和分析。

2、数据预处理以及调和分析

2.1南北段传感器数据调和分析

       鉴于易读性，挑选南北段收尾传感器读数差的部分数据。一般情况下，传感器高程差收到的影响因素中，不仅包含周期性的倾斜固体潮的影响，还存在传感器周围局部温度漂移、钵体中液体蒸发、地震台周边天气变化（如降雨）导致的山体应力改变，甚至传感器标定误差以及一些尚未发现的因素。

然后对数据进行预处理，首先需要对由温度变化造成的液位高程变化进行补偿。其次，进行多元线性回归，将监测数据中一些较明显的粗大误差剔除，并进行线性插值。

       根据Eterna软件的计算要求，将HLS的高程差根据反三角含税换算成倾斜角（单位为豪角秒，mas）的变化值，并利用T-soft软件对倾斜角进行切比雪夫多项式拟合，得到相对倾斜角变化，利用Etherna软件的调和分析，得到了当西的实际倾斜潮汐，转化为HLS的相对位置之间的相对高程变化，在检测倾斜潮汐的两个多月时间，泾县地震台山洞内南北向相距18.1m距离范围内，由地倾泻潮汐导致的两地相对高程变化量最大可达约±1μm。

2.2东西段传感器数据调和分析

       采用和南北段数据相同的调和分析方法，对东西段传感器数据调和分析，得到的东西向实际倾斜潮汐模型。采用与南北段传感器数据相同的转化方法，得出在洞体内东西向大约22.1m的距离范围，由地倾斜潮汐导致的两位置相对高程变化量最大可达±0.8μm。对比可知，由于HLS的安装位置不同，仪器拜访方位角等参数的不同，调和分析得到的潮汐参数都是不同的。

       上述分析结果说明利用HLS进行固体潮监测是可行的，并且验证了倾斜潮汐因经纬度、海拔等参数的不同而不同。此外，在地球表面和地球内部，地球对引力潮的响应也是不同的。因此，在较大范围的高精度（μm级）粒子加速器，尤其像在CERN的大型粒子加速器的准直工作中，采用高精度HLS来实时监测点之间的相对位置变化时不可缺少的。

3、结语

        利用HLS的数据调和分析，得到了监测点之间的倾斜角变化量，对于几百米范围内直线加速器来说，倾斜潮汐并不一定会影响加速器的运行，一般情况下，监测点之间的地面形变为：地面实际形变=原始HLS读数差-固体潮汐量-海洋负荷潮-无章扰动

        本文对泾县地震台HLS南北向监测点之间的高程差进行潮汐改正，选取部分潮汐改正前后对比图，再对进行潮汐改正后的数据进行频谱分析。

       从频谱分析结果可以看出，生育的高程差中仍然有周期性形变存在。通过分析，引起地面形变的因素，不仅仅有周期性潮汐的影响，还会有非潮汐的周期性大地地面形变、地下水水位升高或降低导致的周期性地面形变，以及其他尚不可知的原因。此外，一下几个方面都会对数据的调和分析结果产生影响，这些都需要在以后的工作中作深入研究。

1）在调和分析的过程中，利用理论公式进行温度补偿，可能没有完全将温度的影响去除，反而可能导致将某段时间的潮汐影响过滤掉，势必影响调和分析后的相关潮波振幅因子以及相位之后等参数的精度，进而导致调和分析后的当地倾斜潮汐结果和实际影响有一定误差。

2）水管以及气管使用的是塑胶管，膨胀系数比水大，且HLS钵体间距也不是均匀分布，所以温度的拒不变化对HLS传感器读数的影响会更加凸显，故以后在实际工程应用中布设系统时会充分考虑这些因素，例如此阿勇和钵体材料一致的钢质水管等。

3）海洋潮汐作为负荷潮，也会对沿海大陆有附加的倾斜影响，鉴于泾县的地理位置距沿海较远，考虑到影响较小，也鉴于目前HLS传感器的精度限制，本文没有考虑海洋负荷潮的影响，但随着粒子减速器准直精度的逐渐提高，今后对海洋负荷潮深入研究是必要的。






本文章转自爱学术（aixueshu.com），如有侵权，请联系删除