0 引言

VP摆全称为宽频带倾斜仪，属于地形变中地倾斜观测手段的仪器，是近年来新研制的垂直摆倾斜仪，其对倾斜固体潮的观测精度达到0.002″。相比于传统的洞体摆式仪器，VP型宽频带倾斜仪在仪器观测频带宽度、机械结构、数字采集方式、智能化管理等方面具有较明显的优势[1]。国内一些台站通过对该仪器的资料分析发现，与同台观测的其他倾斜仪相比，VP型宽频带倾斜仪的灵敏度较高，记录的同震阶变幅度大，映震能力较强[2]。

2011年，中海达各项业务全面提升。在国家部分基础建设投资项目停工，行业受到较大影响的情况下，中海达高精度GNSS测量型产品仍然取得快速增长，2011年实现营业收入21042.61万元，比上年增长27.70%。

涉县地震台VP型宽频带倾斜仪于2015年8月安装，以石灰岩基墩座实。本文就涉县台VP型宽频带倾斜仪安装过程中发现的问题及解决办法进行讨论，同时对仪器运行的资料质量进行分析，为其他新装VP型宽频带倾斜仪台站参考。

1 山洞概况

涉县地震台位于邯郸涉县河南店镇河二村西，地理位置为晋、冀、豫三省交界处，海拔高度为500 m，地处涉县盆地南部边缘的低山丘陵地区，无较大断层通过台址(图1)。形变山洞洞体进深约120 m，引洞深约60 m(图2)，岩石为下古生界中奥陶系石灰岩，洞体覆盖层为15 m厚黄土。

  

图1 涉县地震台位置图

涉县台VP型宽频带倾斜仪安装于3 m×1.5 m密闭室内，在运行的VS垂直摆与其位于同一洞室内。根据《地震台站观测环境技术要求》[3]及《地震台站建设规范：地形变台站》的要求[4]，洞室宜有植被或黄土覆盖，覆盖厚度应≥40 m，水位年涨落为1～2 m的江、河岸距钻孔体应变观测仪器的最小距离≥1 km，铁路、三级以上公路距观测仪器的最小距离≥1 km，单段炮震>50 kg以上的采石、采矿爆破点距地应变观测仪器的最小距离≥2.0 km，抽(注)量>100 m3/d的抽(注)水井距地应变观测仪器的最小距离≥3.0 km，笔者对周围环境进行了详细调查，台站东南方向2 km为青红高速公路，东南方向1 km为县级公路，台站距11 kV高压线0.5 km、矿山2.5 km、电气化铁路2.5 km、发电厂10 km，距水位年涨落为1～2 m的清漳河1.5 km，村庄饮用抽水井在台站东北方向0.4 km，该抽水井抽水量>100 m3/d。通过调查分析，台站位置从环境可能产生干扰的情况来说基本符合规范要求，考虑到台站综合管理及生活便捷性未能有效避开饮用抽水井规范距离。

  

图2 涉县地震台山洞平面示意图

2 仪器安装

2.1 测量原理

VP型垂直摆倾斜仪采用摆的铅垂原理：垂直摆由柔丝、摆杆和重块3部分组成，摆在没有振动的条件下处于铅垂状态，当由于振动发生倾斜变化时，摆平衡位置发生变化，摆和支架之间的相对位置发生变化，电容式位移传感器的动片和定片之间的间距也相应的发生变化，通过传感器将这种变化转换成电信号。

2.2 基墩处理

山清水秀、绿意盎然，石柱县拥有丰富的自然资源和发展乡村旅游的天然优势，这里的万寿山、云中花都、千野草场、大风堡，游人如织、美不胜收……如今，黄水旅游度假区已成为重庆乃至周边省份游客的首选避暑胜地，石柱县也已成为最美中国旅游目的地之一。

2.3 仪器定向

温度和气流的微小变化都会对仪器的正常工作产生干扰。涉县台山洞洞室湿度较大，为防止潮湿气体进入摆系造成仪器摆丝损坏及精度降低，安装人员对仪器做密封处理，方式为沿密封盖与主体接触处用密封胶粘结(图3)；并对仪器周围用泡沫板进行密封覆盖，要求泡沫板的厚度要高、密度要大，用铁丝固定；最后完成对仪器的标定，结果符合规范要求。

陀螺寻北仪有不受外界磁场或其他环境干扰、能够进行水平角度测量与修正的优点，涉县台安装仪器时用陀螺寻北仪测定。测量方法为确定合适位置测定NS向，角度显示0°时，用记号笔沿寻北仪光线方向做一直线；再测定EW向，角度显示90°时用记号笔沿寻北仪光线方向做直线。放置好仪器后，通过调节仪器本体上的底脚螺丝，将仪器底盘2个方向上的气泡调平。

本文取VP型宽频带倾斜仪资料运行较为稳定的7月整时值与同时段气压资料，应用地震前兆信息系统EIS2000软件进行一元线性回归，得到的相关系数为0.108，可见涉县地震台VP型宽频带倾斜仪数据不受气压变化影响。

2.4 接线与松摆

VP型宽频带倾斜仪具有远程自动调零功能(通过网络指令)，可对仪器的“零位”进行远程调整，达到200 mV以内的调整精度[5]。涉县台新装VP型宽频带倾斜仪于2016年1月数据超量程，出现不能远程自动调零的故障。台站人员采取更换调零芯片、进入洞体通过人工短接前置盒内调零接线柱仍未复位；采纳专家建议将马达卸下检查，发现连接铁螺栓卡死，查明原因为铁螺栓上螺丝太紧。解决步骤：螺栓上加点钉子油，松动螺栓上螺丝，更换新马达，实现自动调零。

因避免摆系在运输过程中损坏，安装前仪器摆系处于锁紧状态。仪器装完后打开仪器外罩上的密封盖，沿逆时针方向转动锁摆机构，旋转到转不动时为止，摆即松开；松摆后仍需将密封盖盖上。

  

图3 仪器整体照片

2.5 密封仪器

涉县台安装宽频带倾斜仪摆系所测定为EW向和NS向的地倾斜变化，仪器在洞室内安装时，其中一个摆系的摆动方向为EW向，另一个摆系的摆动方向为NS向。仪器生产安装时，摆系的摆动方向与仪器三角形底盘中心一条边平行，只要令仪器底盘中表示摆动方向的这条边为EW向或NS向即可，其方向误差应小于0.5°。

3 资料分析

3.1 仪器中期故障

涉县台宽频带倾斜仪于2015年8月安装完毕，2016年1月数据出现异常，日变幅度<1 ms，但仍有固体潮汐。对设备进行检查，先用示波器检测主放、振荡(图4)，没有反应，再测检前放，示波器仍没有反应；拆开摆体，用万用表测量电阻，电阻大于1 000 Ω，而正常范围是小于40 Ω。由此判断，洞体内湿度较大以致摆体内钨丝氧化断开造成仪器出现故障。对钨丝焊接后数据恢复正常。

  

图4 电容传感器方框图

将仪器本体与电路盒之间的电缆线连接好，并将电路盒与外机箱、数采设备之间的电缆线(包括信号线、标定线和自动调零线)连接好。

3.2 仪器资料内在质量评价

VP型宽频带倾斜仪安装完成后，评价观测数据质量是否达标的指标为资料内在质量。学科评比规范规定：绝对误差α≤0.05[6]。影响VP型宽频带倾斜仪内在精度的因素主要是台址、基墩及仪器条件。为了对比涉县台新装VP摆与同洞室VS摆记录资料质量，应用中国地震前兆台网2011版软件提供的Venedikov调和分析法：首先对固体潮观测资料进行滤波，消去仪器漂移；再将全日潮、半日潮、1/3日潮的信号加以分离，有效提取所需的全日潮、半日潮、1/3日潮的固体潮信息；然后用数字滤波器构成观测方程，计算出固体潮谐波参数；最后用最小二乘法解观测方程，求出潮汐因子和相位差。对涉县台VP摆与同洞室VS摆2016年7—10月记录数据的EW分量按月时间段进行计算(因VP摆不能自动实现调零，故未取NS分量数据)，得到M2波潮汐因子、相位滞后的相关数据(表1～2)。

 

表1 VP摆资料调和分析结果

  

月份潮汐因子绝对误差相对误差相位滞后相位误差70.70630.00310.0044-59.28310.253980.71680.00440.0061-60.05150.349390.66150.04290.0648-57.32193.7120100.70630.00290.0041-59.67970.2374

 

表2 VS摆资料调和分析结果

  

月份潮汐因子绝对误差相对误差相位滞后相位误差70.73320.00270.0036-62.24400.208380.73030.00260.0036-62.62850.206090.72970.00220.0030-62.87480.1708100.73110.00200.0028-62.87320.1605

取VP型宽频带倾斜仪资料运行较为稳定的7月EW分量整时值与同时段水位资料，应用地震前兆信息系统EIS2000软件进行一元线性回归。水位观测井位于形变山洞东南方向体应变钻孔内，距VP摆仪器约100 m。计算方法为：设垂直摆数据为因变量y，水位数据为自变量x，依据2个变量之间的数据关系构建直线回归方程：y=a+bx。根据公式：

3.3 气压影响

学校的作息时间与农业生产相匹配，也分为一天三节，每周上6天课。因为没有统筹，许某上一天课就算一天工，周日不出工就没有工分。生产队开始只给他评了三级工——9分，因为“我们还是后生，做不了多少，体力没有多少，一级一般要担得100多斤，我们一般是三级，四、五级一般是老人或者是妇女。如果一个月有四个星期日你没参加生产劳动，就少了36分。”(XJA170325)可见教师与社员一样，对工分都是非常重视的。

涉县台放置仪器的机廓为整体石灰岩基岩，四周设宽约3 cm隔震槽，槽深约0.3 m，槽内为细沙。放置仪器平面必须平整光滑，安装人员对放置仪器脚处座墩做平整处理，用手指轻触垫块上表面无声响，说明达到要求。

含钛高炉渣通常可作为光催化降解原料；经水淬处理后可用来制作微晶铸石；可作高抗压强度的矿物聚合材料、建筑材料、微晶玻璃板材、管材和异型铸件、陶瓷墙、地砖和釉面砖[3]。为提取含钛高炉渣中的Ti，通常有酸处理高炉渣提钛工艺[4]，碱处理高炉渣提钛工艺，碳化-氯化、碳化-分选碳化钛技术，氧化-还原焙烧-浸出工艺，高炉渣制取硅钛合金的技术[5]，高炉渣中钛组分的绿色分离技术，亚熔盐法处理高炉渣技术[6]及磷酸盐改性-酸浸-重选技术[7]等。人们进行了大量的研究，也取得了一定的成果。本文目的是通过加压酸浸工艺研究分离含钛高炉渣中的杂质元素，使TiO2得到富集的钛工业原料。

3.4 水位影响

从表1可以看出，9月VP摆记录资料绝对误差较大，经查阅观测资料发现，由于9月仪器调零、校准造成比较多的缺数，以致数据不连续。通过比较VP摆与同洞室VS摆记录的绝对误差，可以看出，新装VP型宽频带倾斜仪并没有比同洞室VS垂直摆更加优越，相反其精度略差。此现象说明涉县台新装VP型宽频带倾斜仪稳定性、内精度较差，可能与涉县台所装仪器本身的质量及运行时间短有关。

 

(1)

得到相关系数r=0.950。由此可见，涉县地震台VP型宽频带倾斜仪数据与水位变化存在着高度相关性(图5)。

推动党风廉政建设与企业经营管理深度融合，切实规范国有企业领导人员廉洁从业行为，架起制度的“高压线”，堵住国资可能的“出血点”，才能推动国有企业持续健康发展。

  

图5 2016年7月VP摆EW分量与水位资料对比图

3.5 温度影响

取VP型宽频带倾斜仪运行较为稳定的7月整时值资料与同时段温度资料，应用地震前兆信息系统EIS2000软件进行一元线性回归，得到相关系数为0.067。由此可见，涉县地震台VP型宽频带倾斜仪数据与温度变化不存在相关性。

3.6 同震效应

对比VP型宽频带倾斜仪与VS摆记录的2017年9月21日日本本州东岸海域6.0级地震和瓦努阿图群岛6.4级地震(图6)，发现VP型宽频带倾斜仪相比VS摆同震响应更加明显，记录到的地震幅度也明显增大，说明VP摆相比VS摆同震阶变能力有明显优势。

我们思考，在这道练习题的改造与使用中，因为考虑到了学生对事物认识的一般规律，并给了他们这种表达的时间和空间，因此便有了原有认识与知识本质之间的矛盾冲突。教师则要充分并合理利用这种认知上的冲突，再结合自己的组织与引导，让学生真正进入课堂学习状态，促使学生会运用所学知识进行抽象与推理，最终形成数学模型并加以应用。

4 结论与讨论

通过涉县地震台VP型宽频带倾斜仪的安装过程中发现的问题及解决办法，建议安装VP型宽频带倾斜仪时，用陀螺寻北仪定向；并对仪器进行密封处理，泡沫板是一种密封仪器的不错的可选材料；由于涉县台VP摆与VS摆处于同一洞室，VP摆安装运行初期对VS摆造成较大影响，建议有条件的台站在新装VP摆时尽量处于独立洞室内。

记录资料分析可知，VP型宽频带倾斜仪记录受水位影响较大，而受气压、温度影响不明显[7]；该仪器相较于VS垂直摆，映震能力更强。

  

图6 2017年09月21日VP摆与VS摆记录对比曲线图

参考文献：

[1] 马武刚, 卢海燕, 胡国庆, 等. VP型垂直摆倾斜仪校准装置的设计[J].大地测量与地球动力学, 2012, 33(4): 152-155.

[2] 李艳, 高振强, 程冬焱.山西临汾台宽频带倾斜仪映震能力浅析[J].山西地震, 2012(1): 8-10, 38.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB/T19531.3-2004, 地震台站观测环境技术要求第3部分: 地壳形变观测[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.

[4] 中国地震局. DB/T T8.1-2003, 地震台站建设规范地形变台站第1部分:地室地倾斜和地应变台站[S]. 北京: 地震出版社, 2003.

[5] 马武刚, 吴艳霞, 胡国庆. VP型宽频带潮汐观测仪的研制[J]. 地震工程学报, 2015, 37(3): 873-877.

[6] 张英杰, 赵长红, 马广庆, 等. 涉县台钻孔体应变安装及测试分析[J]. 地震工程学报, 2016, 38(S2): 266-269.

[7] 曾新福,汤兰荣,牛在坡,等.探讨水文、气象因素对九江台形变资料的影响[J].防灾科技学院学报,2013,15(3):55-60.