洞體伸縮儀SS-Y的滑坡斷層應(yīng)變特征研究

曲翠蘭

(河南省信陽(yáng)地震臺(tái)，河南 信陽(yáng) 464031)

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洞體伸縮儀SS-Y的滑坡斷層應(yīng)變特征研究

曲翠蘭

(河南省信陽(yáng)地震臺(tái)，河南 信陽(yáng) 464031)

蠕動(dòng)滑坡是影響地傾斜應(yīng)變數(shù)據(jù)觀測(cè)效能的一種重要干擾因素，在中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)上尤為明顯。2014年2月至2015年3月信陽(yáng)地震臺(tái)伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升特征，與2000年1月28日信陽(yáng)地震臺(tái)目視水管儀出現(xiàn)的震前NS分量短時(shí)大幅突跳和EW分量破年變的隨州4.3級(jí)地震前兆異常特征相似。本文通過(guò)對(duì)兩次數(shù)據(jù)的特征對(duì)比、山洞實(shí)地測(cè)量和定量計(jì)算后認(rèn)為，此次伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升是由于形變山洞洞口處的土方蠕動(dòng)滑坡所致，排除地震前兆異常的可能。

洞體伸縮儀；拉張；土體滑動(dòng)

自2012年以來(lái)鄂豫皖交界區(qū)持續(xù)發(fā)生中小型地震活動(dòng)，震情形勢(shì)加劇。在此背景下，尋找地震前兆異常，監(jiān)視預(yù)測(cè)該地區(qū)震情趨勢(shì)尤為關(guān)鍵。自2014年2月起信陽(yáng)地震臺(tái)洞體伸縮儀SS-Y東西分量一直處于上升態(tài)勢(shì)，與2000年1月28日信陽(yáng)地震臺(tái)目視水管儀出現(xiàn)的震前NS分量短時(shí)大幅突跳和EW分量破年變的隨州4.3級(jí)地震前兆異常特征相似。本文擬在異常核實(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算、分析論證此次洞體伸縮儀異?？赡苄?，為鄂豫皖交界區(qū)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供相關(guān)的佐證。

1　觀測(cè)效能分析

1.1臺(tái)站概況

信陽(yáng)地震臺(tái)(代碼：41004)始建于1971年，位于信陽(yáng)市南灣風(fēng)景區(qū)。臺(tái)站往南距賢山約0.8 km，距南灣水庫(kù)約1 km。信陽(yáng)臺(tái)形變山洞，位于朱陽(yáng)關(guān)-南陽(yáng)-桐柏-信陽(yáng)-金寨斷裂的東段北側(cè)邊緣，該區(qū)主要出露地層為下古生界角閃片麻巖。

形變山洞所在山體較小，相對(duì)高度為25 m，山洞被覆體從下往上為預(yù)制混凝洞全長(zhǎng)140 m，形變儀器置于山洞進(jìn)深30～75 m的通道中，分NS、EW兩個(gè)方向，墩基為灰?guī)r墩。洞室溫度年變化量小于0.5℃，日溫差小于0.1℃，相對(duì)濕度穩(wěn)定在100%[1](圖1)。

圖1　信陽(yáng)臺(tái)形變山洞

1.2震例分析

2000年1月28日21點(diǎn)05分湖北隨州發(fā)生ML4.2級(jí)地震(32°01′N(xiāo) ,113°41′E)，距離信陽(yáng)地震臺(tái)40km，1月20日至1月23日，NS向測(cè)值在原來(lái)大體略向南傾的變化趨勢(shì)基礎(chǔ)上,變化幅度加大，4天內(nèi)向南傾斜0.26″；24日異常幅度達(dá)2″；25日一天的異常幅度就達(dá)到6.18″；從27日開(kāi)始大幅度回升(向北傾)，回升幅度為4 .37″,28日再次回升，幅度達(dá)4.2″，此時(shí)其測(cè)值已超過(guò)1月23日前的水平。28日21時(shí)發(fā)生隨州ML4.3地震,29日測(cè)值恢復(fù)到原來(lái)的正常狀態(tài)(圖2a)。在這次異常過(guò)程中,NS向測(cè)值僅1月25日1天的異常變化量就是該測(cè)向1995年以來(lái)最大年變幅度(0.47″)的13倍[2]。該臺(tái)水管傾斜儀EW向測(cè)值自1999年6月起出現(xiàn)反向，即西傾異常變化，至2000年1月底異常幅度達(dá)最大值，約0.97″，持續(xù)至2000年5月基本結(jié)束(圖2b)。

隨州4.3級(jí)地震震中位于信陽(yáng)臺(tái)西南方，與目視水管儀只有NS向出現(xiàn)異常的特征一致。在1月20日前后，其洞室溫度變化穩(wěn)定，排除溫度的干擾。從降水看，從10日至16日期間出現(xiàn)了降雨天氣，加之信陽(yáng)臺(tái)的形變山洞確實(shí)存在被覆不夠的問(wèn)題，據(jù)此推斷此輪降水很有可能是其干擾源。然而，該山洞主要是EW向上方被覆厚度不夠，降水一般只會(huì)對(duì)EW分量產(chǎn)生影響，若發(fā)生強(qiáng)降雨或長(zhǎng)時(shí)間降雨會(huì)導(dǎo)致目視水管儀兩分向都產(chǎn)生緩變，由此排除降水干擾的可能。

(a)

(b)

自1981年開(kāi)始正式形變觀測(cè)至這次ML4.2地震前，信陽(yáng)地震臺(tái)周?chē)?50 km范圍內(nèi)未發(fā)生過(guò)ML≥4.0地震，50 km范圍內(nèi)也僅發(fā)生了3次ML3.0地震，該臺(tái)水管傾斜儀測(cè)值從未出現(xiàn)如此大幅度的異常。從異常發(fā)生的第二天起，臺(tái)站工作人員檢測(cè)了液體總量、儀器參數(shù)以及進(jìn)行多人重復(fù)讀數(shù)等，直至異常結(jié)束。結(jié)果表明,儀器工作正常，無(wú)人為干擾，觀測(cè)環(huán)境無(wú)變化，異常是真實(shí)可信的。因此，本文認(rèn)定此次為隨州4.3級(jí)地震的前兆異常，其表現(xiàn)特征為：震前NS分量短時(shí)大幅突跳和EW分量破年變。

通過(guò)以上的分析論證，本文認(rèn)為信陽(yáng)地震臺(tái)的形變山洞觀測(cè)預(yù)報(bào)效能較好，能夠偵察50 km范圍內(nèi)的4級(jí)地震或100～200 km范圍內(nèi)的5～6級(jí)地震。

2　異常特征研究

信陽(yáng)地震臺(tái)洞體伸縮儀自2008年9月進(jìn)入正式觀測(cè)階段，至今已有7年多。2014年至今EW分量經(jīng)歷年初歸零、標(biāo)定和1次更換傳感器經(jīng)歷。本文利用唐九安(2015)的地傾斜應(yīng)變專(zhuān)用分析方法，對(duì)該套儀器EW分量2009年1月至2015年12月觀測(cè)曲線(xiàn)進(jìn)行了預(yù)處理，去除了歸零、標(biāo)定和更換傳感器的影響。

從圖上看，EW分量自2014年2月至2015年3月呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì)，主要分以下幾個(gè)階段：2014年1月至2月上旬，為相對(duì)緩慢上升時(shí)期，從-393(10-8)上升到2 100(10-8)附近；2014年中旬，經(jīng)歷了急始上升過(guò)程，從2 100(10-8)上升到4 500(10-8)；自2014年2月下旬到2014年11月又進(jìn)入了一個(gè)整體緩慢上升的階段，曲線(xiàn)值到達(dá)7 600(10-8)；進(jìn)入12月后，伸縮儀又經(jīng)歷了相對(duì)快速持續(xù)拉張的時(shí)期，上升差值接近7 000(10-8)，直至2015年3月結(jié)束(圖3)。此次變化特征與2000年隨州4.3級(jí)地震出現(xiàn)的前兆異常類(lèi)似，有可能為地震前兆。

圖3　洞體應(yīng)變伸縮儀(SS-Y)2014年1月至2015年12月觀測(cè)曲線(xiàn)

地應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)常見(jiàn)的干擾源有儀器系統(tǒng)本身、觀測(cè)場(chǎng)地等干擾因素。若本文逐個(gè)排除干擾因素之后仍無(wú)法確定異常原因，就很有可能是一項(xiàng)反映地殼應(yīng)變的前兆異常了。

圖4　洞體應(yīng)變東西分量與洞室溫度(201401-201512)相關(guān)分析

在確定儀器系統(tǒng)本身完全正常的情況下就要考慮觀測(cè)場(chǎng)地的干擾，如溫濕度、降水、載荷震動(dòng)等?？紤]到伸縮儀數(shù)據(jù)特征，排除掉降水干擾。根據(jù)以往信陽(yáng)地震臺(tái)形變觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，洞室溫度對(duì)伸縮儀數(shù)據(jù)有比較低頻的干擾存在。因此在上述預(yù)處理基礎(chǔ)上，本文首先對(duì)EW分量

的數(shù)據(jù)與該套儀器所在的形變山洞的洞室溫度進(jìn)行相關(guān)性分析計(jì)算。一般認(rèn)為，相關(guān)系數(shù)L越高，兩者相關(guān)性強(qiáng)，意味著因變量的變化越受自變量制約[3]。計(jì)算結(jié)果表明，EW分量與洞室溫度呈現(xiàn)的相關(guān)性不高，相關(guān)系數(shù)從-0.908～0.954均有分布，因而本文認(rèn)為由洞室溫度影響EW分量變化的可能性不大。

圖5　直桿模型

在異常調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)在形變山洞的南洞口處，洞壁四周出現(xiàn)了一條分布連續(xù)的裂隙，該裂隙的斷面方位處于東西向上，與SS-Y東西分量處于同一方位(圖1)。同時(shí)，該裂隙是近2年開(kāi)始出現(xiàn)，因此本文認(rèn)為該裂隙的生長(zhǎng)發(fā)育與SS-Y東西分量的異常有密切關(guān)系，研究其拉張應(yīng)變作用尤為關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察和測(cè)量認(rèn)定該裂隙為一條小型斷層，斷層產(chǎn)狀256°∠64°，該斷層距離伸縮儀SSY固定端(西端)為39.6 m，而斷層寬基本在0.5～0.8 cm范圍內(nèi)。

為了便于研究該斷層所受到的拉張作用，本文將斷層至伸縮儀西端之間的山洞簡(jiǎn)化為一直桿模型，粗略計(jì)算整個(gè)直桿模型受到的拉張應(yīng)變量，假定斷層寬為直桿的變化量，斷層到伸縮儀EW分量固定端的距離為直桿原長(zhǎng)(圖5)。其線(xiàn)應(yīng)變?chǔ)殴絒4]：

式中：Δd為受力物體的變化長(zhǎng)度；d為受力物體的原長(zhǎng)度

根據(jù)上述公式計(jì)算表明，山洞塊體因斷層拉張所受到的拉張應(yīng)變?chǔ)旁赱12 626×10-8，20 202×10-8]內(nèi)。

而伸縮儀EW分量自2014年2月至2015年3月的變化累積量達(dá)到15 544×10-8，介于上述斷層拉張應(yīng)變?chǔ)诺姆秶鷥?nèi)。

3　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)信陽(yáng)地震臺(tái)目視水管儀NS分量出現(xiàn)的2000年1月28日隨州4.3級(jí)地震前兆異常進(jìn)行論證分析，突出表現(xiàn)表現(xiàn)為震前NS分量短時(shí)大幅突跳和EW分量破年變特征，本文可認(rèn)定信陽(yáng)地震臺(tái)形變山洞具有一定的觀測(cè)預(yù)報(bào)效能，能夠偵察50 km范圍內(nèi)的4級(jí)地震或100～200 km范圍內(nèi)的5～6級(jí)地震。

針對(duì)2014年2月至2015年3月信陽(yáng)地震臺(tái)伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升特征，與2000年隨州4.3級(jí)地震出現(xiàn)的前兆異常有類(lèi)似的地方，有可能為前兆異常。然而，本文通過(guò)異常落實(shí)和定量計(jì)算認(rèn)為，此次伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升是由于形變山洞洞口處的土方蠕動(dòng)滑坡所致，排除地震前兆異常的可能。

[1]劉建華，薛紅軒，王豐，等.河南省地震監(jiān)測(cè)志[M].北京：地震出版社.2004.

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Study on Fault Strain Characteristics of Body Piercing Extensometer SS-Y

QU Cui-lan

(Xinyang seismic station,Xinyang 464031,Henan)

The creep landslide is a kind of important interference factor that can influence the observed efficacy of the strain data on earth tilt,especially on medium and long term forecasts.The extensometer rising characteristics of EW component appears in Xinyang seismic station from February 2014 to March 2015,The instrument visual pipe appeared Suizhou 4.3 earthquake precursory anomalies on January 28,2000 in Xinyang seismic station,which prominent performance for NS component was a short sharp kick and similar to characteristics of broken annual change EW component before the earthquake.The article compares among the characteristics,the real measurement and the quantitative calculation of the twice data.The extensometer shows the continuous rising due to the deformation of the cave entrance of earthwork creep landslide and rules out the possibility of earthquake precursors.

Piercing extensometer；tension and the soil body sliding

2016-04-26

曲翠蘭(1973-)，女，河南周口人，助理工程師，主要從事地殼形變觀測(cè)及分析預(yù)報(bào)工作。

P642.22

A

1004-1184(2016)05-0185-02