姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀數(shù)字化觀測(cè)數(shù)據(jù)異常分析

何 蓉，劉仕錦，袁 媛，毛 佳，李曉群

(四川省地震局康定地震中心站，四川康定 626001)

姑咱形變臺(tái)是國(guó)家級(jí)形變綜合臺(tái)站;現(xiàn)有SS-Y型銦瓦棒伸縮儀、DSQ水管傾斜儀、VS型垂直擺傾斜儀、YRY-4分量鉆孔應(yīng)變儀和DZW型相對(duì)重力儀。2001年8月17日對(duì)SS-Y伸縮儀進(jìn)行數(shù)字化改造，即將原SSY-Ⅱ型石英伸縮儀改為SS-Y型銦瓦棒伸縮儀，并恢復(fù)SEW向，新安裝了DSQ-1型臺(tái)站數(shù)字化設(shè)備，8月24日安裝調(diào)試完畢。一路由電纜線傳輸?shù)接^測(cè)室中的測(cè)微儀上，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，另一路則由電纜線傳輸?shù)降卣鹎罢讛?shù)據(jù)采集器，兩套儀器同時(shí)記錄，2004年4月撤消模擬記錄。數(shù)字化采集系統(tǒng)歷經(jīng)試運(yùn)期，性能漸趨穩(wěn)定，于2002年1月1日正式向四川省地震局報(bào)數(shù)。

自實(shí)施數(shù)字化觀測(cè)以來(lái)，在臺(tái)站周?chē)案浇鼌^(qū)域曾多次發(fā)生4.5級(jí)以上地震，在這些地震前姑咱SS-Y伸縮儀的觀測(cè)資料究竟有無(wú)變化?其變化特征如何?該儀器運(yùn)行期間，2002～2007年間，臺(tái)站附近及鄰區(qū)中強(qiáng)地震活動(dòng)相對(duì)較弱，甘孜藏族自治州內(nèi)只發(fā)生過(guò)2002年8月8日新龍5.3級(jí)地震;2008年始，在臺(tái)站附近區(qū)域發(fā)生了多次中強(qiáng)地震，本文以姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀2007年至2013年日均值資料為基礎(chǔ)，分析在此研究時(shí)段內(nèi)甘孜藏族自治州及鄰區(qū)發(fā)生中強(qiáng)地震前，該儀器觀測(cè)資料的異常變化、異常特征;挖掘數(shù)字化資料中含有的豐富的地震前兆中短期異常信息，為地震預(yù)測(cè)研究提供一些基礎(chǔ)依據(jù)。

1 臺(tái)站概況和資料的使用情況

姑咱地震臺(tái)位于北西向的鮮水河斷裂帶、北東向的龍門(mén)山斷裂帶和北南向的安寧河斷裂帶復(fù)合部位靠北的地段，坐落于姑咱鎮(zhèn)西面雞心梁子山背斜的核部。姑咱臺(tái)形變山洞建于1983年，山洞基巖為前震旦系斑狀黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，巖石堅(jiān)硬，洞體總長(zhǎng)204.95 m。頂覆蓋厚度大于100 m，山洞內(nèi)日溫差小于0.03℃，年溫差小于0.3℃，頂覆無(wú)高大樹(shù)木。觀測(cè)條件符合國(guó)家Ⅰ類(lèi)形變臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境要求。

2 觀測(cè)資料情況及年變特征分析

分析多年來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)分鐘值觀測(cè)數(shù)據(jù)主要受儀器故障、供電系統(tǒng)、氣象因素、人為因素、地震記錄等的影響［3］。從整理的日均值數(shù)據(jù)來(lái)看:2007～2013年姑咱臺(tái)SS-Y儀觀測(cè)值因儀器問(wèn)題引起的干擾有NS向2009年4月3日和6月18～19日因逆變電源故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)亂碼無(wú)法轉(zhuǎn)換而引起日均值數(shù)據(jù)加速下降;EW向2011年1月中旬至6月下旬因傳感器故障致數(shù)據(jù)大幅度波動(dòng)變化(圖1)。

圖1 姑咱SS-Y儀日均值數(shù)據(jù)干擾

對(duì)日均值觀測(cè)數(shù)據(jù)而言，其主要的干擾因素(除儀器故障外)是大渡河季節(jié)性水位上升及洪峰水位變化影響:北南走向的大渡河從臺(tái)站東面600 m處深切而過(guò)，在通過(guò)姑咱地區(qū)地段時(shí)，兩岸地形非常險(xiǎn)峻，支流眾多，水流湍急，流量動(dòng)態(tài)季節(jié)變化大。受季節(jié)河流水位變化的影響，數(shù)據(jù)變化具有明顯的1年兩峰的特點(diǎn)，每年六七月為河水位第一高峰期，這一段峰值期的主要補(bǔ)給是高山上的融雪水和五六月份的雨季［2］補(bǔ)給。第二高峰期一般出現(xiàn)在九月份左右，造成河水位峰值的第二次回升是雨季降雨補(bǔ)給，圖2是2009年大渡河丹巴水文站的水位和流量日均值資料。從多年的觀測(cè)資料來(lái)看:姑咱SS-Y伸縮儀EW向，SEW向和NW向日均值曲線受大渡河水位變化影響較大;表現(xiàn)為每年水位上升，而測(cè)值加速下降并大幅波動(dòng)，這種情況一直持續(xù)至9月，隨著枯水季節(jié)的來(lái)臨測(cè)值變化開(kāi)始平穩(wěn)，觀測(cè)值略有上升;NS向記錄曲線基本不受大渡河水位變化影響;這可能是NS向的大渡河水位上升及洪峰對(duì)近EW向產(chǎn)生壓性應(yīng)變引起的，大渡河水位變化對(duì)與其平行的NS向基本不產(chǎn)生影響。

圖2 2009年大渡河丹巴水文站的水位和流量日均值

從2007～2013年的日均值數(shù)據(jù)來(lái)看，姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀NS向和EW向觀測(cè)曲線具有較規(guī)則的年變現(xiàn)象:NS向年變規(guī)律是每年1～5月下降，6～8月波動(dòng)變化后轉(zhuǎn)折上升，11～12月緩慢下降，正常情況下年變曲線變化速率較均勻。EW向、SEW向和NW向有一定年變規(guī)律:每年1～4月測(cè)值變化平穩(wěn)，5月左右進(jìn)入雨季，隨著大渡河水位上升測(cè)值波動(dòng)變化較大，這種情況通常會(huì)持續(xù)至9月份左右，隨著枯水季節(jié)的來(lái)臨，測(cè)值緩慢上升，年變呈“W”型(見(jiàn)圖3);因此要跟蹤分析與EW方向有關(guān)測(cè)向的異常只能在春季和冬季。

圖3 姑咱SS-Y儀NS向和EW向日均值年變對(duì)比

3 異常的落實(shí)及提取

根據(jù)姑咱臺(tái)SS-Y儀的年變特征，在日常工作中主要用年變對(duì)比分析和差分法來(lái)落實(shí)及提取前兆異常:在確認(rèn)觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)的前提下，以正常年變曲線為背景作圖像對(duì)比分析，找出偏離正常背景的趨勢(shì)變化，然后定量排除干擾;分析余差變化是否超過(guò)正常變化警戒水平，從而判斷是否存在趨勢(shì)異常;從變化形態(tài)、速率大小進(jìn)行分析，從而判斷是否存在趨勢(shì)異常;中短期異常特征是在趨勢(shì)異常變化的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)時(shí)間短、速率大或反年變的變化［3］。

4 姑咱SS-Y儀數(shù)字化觀測(cè)數(shù)據(jù)在地震前的異常反應(yīng)

(1)2008年2月27日康定4.8級(jí)和5月12日汶川8.0級(jí)地震

圖4 2008年2月27日康定4.8級(jí)和5月12日汶川8.0級(jí)地震前后SS-Y儀異常變化曲線

NS向日均值曲線2007年7月開(kāi)始打破年變規(guī)律，加速下降，在下降過(guò)程中發(fā)生了2008年2月27日康定4.8級(jí)地震，地震后沒(méi)有恢復(fù)正常變化速率，3月17至4月4日還出現(xiàn)了“U”型的短期異常;EW向和短EW向2008年2月初至2月底出現(xiàn)短期“加速下降—轉(zhuǎn)折—快速上升”的“U”型異常;NW向2008年1月中旬開(kāi)始至2月上旬有下降速率增大的異常(見(jiàn)圖4)。震中距Δ康定=29 km，Δ汶川=148 km。

(2)2010年4月14日青海玉樹(shù)7.1級(jí)和4月28日道孚4.8級(jí)地震

從日均值對(duì)比分析來(lái)看SS-Y伸縮儀EW向2009年9月至12月打破年變規(guī)律，沒(méi)有出現(xiàn)上升年變化，而呈現(xiàn)明顯的反向加速下降異常，下降速率較大，變化形態(tài)與2002年8月8日新龍5.3級(jí)地震前相似(見(jiàn)圖5)。震中距Δ玉樹(shù)=599 km，Δ道孚=39 km。

圖5 2010年4月14日玉樹(shù)7.1級(jí)和4月28日道孚4.8級(jí)地震前后SS-Y儀EW向異常變化曲線

(3)2011年4月10日爐霍5.3級(jí)地震

SS-Y伸縮儀NW向2011年3月加速上升、打破年變規(guī)律;在上升過(guò)程中發(fā)生爐霍5.3級(jí)地震，6月初才恢復(fù)正常年變軌跡(圖6)。

(4)2013年1月18日白玉5.4級(jí)和4月20日蘆山7.0級(jí)地震

姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀EW向從2012年2月中旬開(kāi)始出現(xiàn)下降速率增大的中期異常變化，雖然2012年5月開(kāi)始進(jìn)入雨季無(wú)法跟蹤異常，但2012年的年變幅度比正常年份大;在2013年年初又開(kāi)始出現(xiàn)快速下降異常，在下降過(guò)程中發(fā)生了2013年1月18日白玉5.4級(jí)地震，地震后異常持續(xù)發(fā)展，一直持續(xù)至2013年3月中旬，下降幅度達(dá)2 500應(yīng)變單位;之后測(cè)值略有上升，變化速率正常;于2013年4月20日發(fā)生蘆山7.0級(jí)地震(圖7);2012年2月和2013年初出現(xiàn)的加速下降異常是疊加在年變上的異常。震中距Δ白玉=281 km，Δ蘆山=80 km。

圖6 2011年4月10日爐霍5.3級(jí)地震前SS-Y儀NW向異常變化曲線

圖7 姑咱臺(tái)SS-Y銦瓦棒伸縮儀EW向日均值曲線

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)姑咱地震臺(tái)SS-Y伸縮儀2007～2013年觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，結(jié)合部分震例出現(xiàn)的異常，得出以下結(jié)論:(1)針對(duì)姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀的觀測(cè)資料的年變特征，采用年變對(duì)比和日均值差分的方法來(lái)提取異常信息，取得了較好的映震效果;(2)從異常形態(tài)來(lái)看主要表現(xiàn)為壓縮性的異常，異常形態(tài)以中短期異常為主，主要出現(xiàn)在震前2個(gè)月至1年的時(shí)間內(nèi)。(3)姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀在幾次強(qiáng)震前有較好的異常表現(xiàn)，可能與該臺(tái)特殊的地理位置有關(guān)—位于北西向的鮮水河斷裂帶、北東向的龍門(mén)山斷裂帶和北南向的安寧河斷裂帶復(fù)合部位。(4)2008年2～3月姑咱臺(tái)SS-Y伸縮儀幾個(gè)測(cè)向出現(xiàn)的異常變化與臺(tái)站附近的康定4.8級(jí)地震有關(guān)，還是屬于較遠(yuǎn)的汶川8.0級(jí)地震前兆，或兼而有之?還有待進(jìn)一步研究。

［1］劉仕錦，陽(yáng)光，等.姑咱地震臺(tái)數(shù)字化形變觀測(cè)資料干擾識(shí)別［J］.四川地震，2007，(2):31-35.

［2］專(zhuān)題研究.姑咱水氡觀測(cè)站的綜合清理，1984.05

［3］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地震前兆異常落實(shí)工作指南［M］.北京:地震出版社，2000.