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固體潮對涇縣地震臺洞內靜力水準系統的影響研究

來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2020-10-08 15:25

  

       地球是個受各種力作用的復雜運動星體,地球上任意一點不僅僅受到重力的作用。地球在引潮力的作用下,固體地球會發生周期性的變化,即固體地球潮,隨之會產生重力、傾斜、應變等地球物理場的變化。隨著科技的進步,在高精度大地測量尤其是高精度粒子加速器準直測量研究中,固體潮的影響不容忽視。例如在粒子加速器準直測量中用于監測點之間的相對形變監測的高精度靜力水準系統。由于傾斜固體潮呈周期性的在HLS讀數中呈現,因此,必須對HLS數據進行調和分析,得到當地的潮波模型以及傾斜潮的準確影響,進而對HLS讀數中包含的傾斜固體潮部分進行潮汐改正以得到更高的監測精度。HLS系統的兩個監測點位置之間的高程差變化可實時地由穿昂起檢測得到。HLS系統已被廣泛應用于高精度形變監測工程中。由于HLS中有液體存在,用其來監測固體潮,考慮到水管中也體會發、溫度不均勻等諸多因素都會對檢測精度造成影響,故需將儀器安裝在噪聲小、濕度以及溫度都比較恒定的環境中,因此,地震臺的山洞便是最佳選擇。涇縣地震臺型變監測洞體周圍噪聲干擾小,而且洞體分東西和南北向兩端,呈L型走向。
1、HLS數據獲取及安裝參數
       靜力水準系統于2012年安裝完成,鑒于安裝處其人員走動頻繁,噪聲較大,洞體 環境以及HLS系統穩定需要一定時間,所需時間雖傳感器缽體尺寸以及水管氣管尺寸的不同而不同,通常為幾小時到若干天不等。為了調和分析的準確性,故選取部分期間數據進行相關預處理以及調和分析。
2、數據預處理以及調和分析
2.1南北段傳感器數據調和分析
       鑒于易讀性,挑選南北段收尾傳感器讀數差的部分數據。一般情況下,傳感器高程差收到的影響因素中,不僅包含周期性的傾斜固體潮的影響,還存在傳感器周圍局部溫度漂移、缽體中液體蒸發、地震臺周邊天氣變化(如降雨)導致的山體應力改變,甚至傳感器標定誤差以及一些尚未發現的因素。
然后對數據進行預處理,首先需要對由溫度變化造成的液位高程變化進行補償。其次,進行多元線性回歸,將監測數據中一些較明顯的粗大誤差剔除,并進行線性插值。
       根據Eterna軟件的計算要求,將HLS的高程差根據反三角含稅換算成傾斜角(單位為豪角秒,mas)的變化值,并利用T-soft軟件對傾斜角進行切比雪夫多項式擬合,得到相對傾斜角變化,利用Etherna軟件的調和分析,得到了當西的實際傾斜潮汐,轉化為HLS的相對位置之間的相對高程變化,在檢測傾斜潮汐的兩個多月時間,涇縣地震臺山洞內南北向相距18.1m距離范圍內,由地傾瀉潮汐導致的兩地相對高程變化量最大可達約±1μm。

2.2東西段傳感器數據調和分析
       采用和南北段數據相同的調和分析方法,對東西段傳感器數據調和分析,得到的東西向實際傾斜潮汐模型。采用與南北段傳感器數據相同的轉化方法,得出在洞體內東西向大約22.1m的距離范圍,由地傾斜潮汐導致的兩位置相對高程變化量最大可達±0.8μm。對比可知,由于HLS的安裝位置不同,儀器拜訪方位角等參數的不同,調和分析得到的潮汐參數都是不同的。
       上述分析結果說明利用HLS進行固體潮監測是可行的,并且驗證了傾斜潮汐因經緯度、海拔等參數的不同而不同。此外,在地球表面和地球內部,地球對引力潮的響應也是不同的。因此,在較大范圍的高精度(μm級)粒子加速器,尤其像在CERN的大型粒子加速器的準直工作中,采用高精度HLS來實時監測點之間的相對位置變化時不可缺少的。
3、結語
        利用HLS的數據調和分析,得到了監測點之間的傾斜角變化量,對于幾百米范圍內直線加速器來說,傾斜潮汐并不一定會影響加速器的運行,一般情況下,監測點之間的地面形變為:地面實際形變=原始HLS讀數差-固體潮汐量-海洋負荷潮-無章擾動
        本文對涇縣地震臺HLS南北向監測點之間的高程差進行潮汐改正,選取部分潮汐改正前后對比圖,再對進行潮汐改正后的數據進行頻譜分析。
       從頻譜分析結果可以看出,生育的高程差中仍然有周期性形變存在。通過分析,引起地面形變的因素,不僅僅有周期性潮汐的影響,還會有非潮汐的周期性大地地面形變、地下水水位升高或降低導致的周期性地面形變,以及其他尚不可知的原因。此外,一下幾個方面都會對數據的調和分析結果產生影響,這些都需要在以后的工作中作深入研究。
1)在調和分析的過程中,利用理論公式進行溫度補償,可能沒有完全將溫度的影響去除,反而可能導致將某段時間的潮汐影響過濾掉,勢必影響調和分析后的相關潮波振幅因子以及相位之后等參數的精度,進而導致調和分析后的當地傾斜潮汐結果和實際影響有一定誤差。
2)水管以及氣管使用的是塑膠管,膨脹系數比水大,且HLS缽體間距也不是均勻分布,所以溫度的拒不變化對HLS傳感器讀數的影響會更加凸顯,故以后在實際工程應用中布設系統時會充分考慮這些因素,例如此阿勇和缽體材料一致的鋼質水管等。
3)海洋潮汐作為負荷潮,也會對沿海大陸有附加的傾斜影響,鑒于涇縣的地理位置距沿海較遠,考慮到影響較小,也鑒于目前HLS傳感器的精度限制,本文沒有考慮海洋負荷潮的影響,但隨著粒子減速器準直精度的逐漸提高,今后對海洋負荷潮深入研究是必要的。
 


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