云南云縣地震臺形變觀測的降水效應(yīng)分析

段元澤 付虹 白寶榮 楊春華 李智蓉

摘要：對云南云縣地震臺洞體應(yīng)變和水管傾斜觀測值與降水量的對比分析，結(jié)果表明，云縣年降水總量每增加200 mm，洞體應(yīng)變和水管傾斜的增量分別約為4 000×10-8和90″；月降水增加100 mm，云縣洞體應(yīng)變和水管傾斜月變幅的增量分別約為38×10-8和25″。構(gòu)建月降水和月增量的線性方程，求取測值與理論值的殘差，發(fā)現(xiàn)當(dāng)殘差量大于1倍均方差后，短期內(nèi)臺站周邊500 km范圍內(nèi)均有55級以上地震發(fā)生。距離臺站最近的昌寧51級地震前，異常幅度最大，表明排除降水干擾后的變形增大，多與構(gòu)造活動有關(guān)。

關(guān)鍵詞：洞體應(yīng)變；水管傾斜；降水影響；異常提取；云縣地震臺

中圖分類號：P315725文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-0666（2017）02-0241-07

0引言

地震的發(fā)生伴隨著地面變形和巖層錯動的現(xiàn)象，定點(diǎn)形變觀測的地震前兆異常在地震預(yù)報中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，具有重要的意義。目前在很多顯著地震前都觀測到形變異常，如1976年龍陵73、74級地震前，滇西地區(qū)的水準(zhǔn)測量結(jié)果明顯抬升（陳金海等，1979）；1986年富民52級地震發(fā)生前，楚雄地震臺出現(xiàn)地傾斜異常（楊繼登，唐吉陽，1988）；1988年瀾滄—耿馬76、72級地震前，彌渡、永勝、楚雄地震臺水管儀和個舊地震臺金屬擺均出現(xiàn)異常（盧艷清，王賢仁，1992）；2001年永勝60級地震發(fā)生前，滇西北一帶存在明顯的大地形變異常（趙慈平等，2003）；2008年汶川80級地震前，距離震中較近的定點(diǎn)形變臺站都出現(xiàn)了高頻的異常信號，距離震中稍遠(yuǎn)的地震臺站出現(xiàn)了頻率相對低的異常信號，耿達(dá)、棋盤溝、道孚等臺站出現(xiàn)形變巨變異常（陳立德，付虹，2010；張燕，吳云，2010）。2013年蘆山70級地震前，鮮水河斷裂中北段、龍門山斷裂中段及安寧河—小江斷裂形變異常突出（邱桂蘭，2015）。

形變連續(xù)觀測臨震異常主要表現(xiàn)為階躍、畸變、脈沖等非穩(wěn)定異常形態(tài)，如果排除了其他可能的干擾情況，這種變化反映了震前應(yīng)力場變化，并使應(yīng)力在未來震中區(qū)集中，可能提取到地震前兆信息（張晶等，2003）。形變異常在震前的變化毋庸置疑，但影響形變觀測的因素較多，主要有：地震形變波引起的變化、構(gòu)造活動引起的變化和干擾變化等。干擾變化包括儀器干擾、環(huán)境干擾和人員干擾等：儀器干擾是指電源干擾對數(shù)據(jù)的影響、儀器漂移等引起的變化；環(huán)境干擾是指降水、氣壓變化、施工爆破等引起的變化；人員干擾是指儀器標(biāo)定、維修、外來人員參觀等引起的變化等。因此對于形變異常的判定，排除干擾很重要。許多學(xué)者對形變大幅異常進(jìn)行分析研究后，發(fā)現(xiàn)部分形變突跳異常與強(qiáng)降水存在一定關(guān)系（楊婕等，2009；劉序儼，張雁濱，1992；孫伶俐等，2010）。在云南地區(qū)，旱、雨季分明，降水對形變觀測的影響是客觀存在的，因此研究降水的影響，排除降水干擾，對識別異常有一定的幫助。

[BT（12]1資料選取和分析方法

11臺站基本情況[BT）]

云縣地震臺處在瀾滄江西部與青藏斷塊地區(qū)的川滇隆起部，主要受北北東向南汀河斷裂帶控制，其西部是龍陵—騰沖地震帶，南部是耿馬—瀾滄地震帶，東南部是思茅—普洱地震帶，東北部是景東—景谷地震活躍區(qū)。臺站位于地震多發(fā)區(qū)的匯聚位置，受多重應(yīng)力的作用，具備中強(qiáng)地震孕育的環(huán)境，具有良好的地球物理觀測條件。臺址基巖為花崗巖，完整且比較堅硬，干擾小、觀測條件優(yōu)良，觀測環(huán)境評價為優(yōu)秀，適合進(jìn)行測震、形變、地磁、重力等項(xiàng)目的觀測。臺站海拔高度1 100 m，周邊平均溫度為186℃～191℃，最高溫度約為350℃，最低溫度為0℃～20℃，年均降水量達(dá)9214 mm，月最大降水量為2304 mm，日最大降水量可達(dá)864 mm。

12資料選取

云縣地震臺有垂直擺、洞體應(yīng)變、水管傾斜和水平擺等儀器用于觀測地傾斜和形變。因垂直擺和水平擺的觀測時間較短，本文選擇記錄時間相對較長和完整的洞體應(yīng)變和水管傾斜資料進(jìn)行分析。降水觀測資料從2009年底開始較為完整，因此分析的時間選取為2010年1月1日至2016年10月。

13分析方法

地震監(jiān)測數(shù)據(jù)隨著時間的推移數(shù)據(jù)的規(guī)模會不斷擴(kuò)大，這些數(shù)據(jù)中隱藏著我們需要讀取的信息。科學(xué)地讀取這些數(shù)據(jù)的有用成分，對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理非常重要（梁楠，2012）。差分分析方法可對復(fù)雜的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化，使不同時段的數(shù)據(jù)變化幅度更為直觀。

定義時間序列x的某一連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)為f（x），在xk=x0+kh（k=0，1，…，n）（h為時間步長）處的fk=f（xk）已知，則f（x）在xk處的向前差分為：[KH*3/4]

Δfk=fk+1-fk[JY]（1）[KH*3/4]

本文重點(diǎn)對形變觀測值的月均差分值與降水月均值進(jìn)行分析，提取降水對測值的影響。

[BT（12]2降水量對形變測值的影響分析

21年降水量對形變年變幅的影響[BT）]

用形變測值年度最大值減去最小值，求得年變幅度。對云縣地震臺洞體應(yīng)變和水管傾斜的北南分量、東西分量的年變幅度和年降水量做相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，洞體應(yīng)變北南分量、水管傾斜北南分量和東西分量的年變幅度與降水量存在明顯的線性關(guān)系，表明洞體應(yīng)變和水管傾斜觀測與降水量存在一定的相關(guān)性，變形量與降水存在正相關(guān)關(guān)系，即降水量對云縣地震臺的形變觀測存在影響，變形量隨降水量的增加而加大。

22月降水量和形變月變幅分析

計算形變觀測月均值的差分，得到月幅差。圖4給出了月降水量和形變月幅差的時間進(jìn)程圖，由圖可見，月降水量對形變觀測的影響更為直觀，每年雨季開始，月變幅值隨著降水的增多而增大，2015年1月為旱季，降水量突然增大，形變觀測也出現(xiàn)了突然增加。

對形變觀測的月幅差值和月降水量進(jìn)行相關(guān)分析，可以得到兩者的擬合方程。從圖5可見，兩者基本上呈線性相關(guān)。

從月降水量對不同測項(xiàng)的影響量來看，月均降水量每增加100 mm，洞體應(yīng)變北南、東西分量增量分別約為29×10-8、48×10-8；水管傾斜北南、東西分量增量分別約為24″、26″（表2）。

通過求取實(shí)際觀測的月變幅值與擬合方程得到的理論值的差得到的殘差曲線，即是從理論上扣除了降雨的影響。從圖6可見，當(dāng)殘差值超過1倍均方差，并有準(zhǔn)同步的異常變化后，臺站周圍500 km內(nèi)均有55級以上地震發(fā)生，其中2015年的昌寧51級地震距離云縣臺僅95 km，震前形變異常幅度是最大的，表明形變的變化排除降水干[LL]擾后的異?？赡芘c構(gòu)造活動有關(guān)。

從出現(xiàn)殘差值超過1倍均方差，并有準(zhǔn)同步的異常變化時間與之后發(fā)生中強(qiáng)地震的對應(yīng)關(guān)系（表3）可以看出，地震多發(fā)生在出現(xiàn)異常的半年內(nèi)，因此可將其作為有震的中短期指標(biāo)。

3結(jié)論與討論

通過對云縣地震臺洞體應(yīng)變和水管傾斜觀測值與降水量進(jìn)行對比分析，定量分析了年降水總量、月降水總量對洞體應(yīng)變和水管傾斜的影響，求取形變測值月變化量與理論值的殘差，分析該殘差與臺站周邊中強(qiáng)地震的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)云縣地震臺形變測值變化與降水存在關(guān)系，而排除降水干擾后的變形增大，與構(gòu)造活動存在一定呼應(yīng)關(guān)系。主要結(jié)論可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）云縣臺周邊旱、雨季分明，降水對形變觀測存在直接的影響。洞體應(yīng)變和水管傾斜觀測資料顯示，年變量和月變量隨著降水量的增加而加大，存在正相關(guān)關(guān)系。

（2）云縣臺的年降水量基本上都大于2 000 mm，降水總量每增加200 mm，洞體應(yīng)變的增量為4 000×10-8左右，傾斜的增量為90″左右；月降水的增量對不同的分量略有差別，但量級是一致的，因此稍作平均可知，月降水量每增加100 mm，洞體應(yīng)變的月變量增加38×10-8左右，水管傾斜的月變量增加25″左右。

（3）將月降水量與月變幅作相關(guān)分析，構(gòu)建線性方程后，求取測值與理論值的殘差，結(jié)果表明，當(dāng)殘差量大于1倍均方差后，短期內(nèi)臺站周邊500 km范圍內(nèi)均有55級以上地震發(fā)生。距離臺站最近的昌寧51級地震前，異常幅度最大。

（4）排除降水干擾后的變形加大可能和構(gòu)造活動有關(guān)，這種狀態(tài)下，有利于5級以上地震的發(fā)生。因此在跟蹤過程中及時排除降水干擾影響，有利于提取震前異常。

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[STHZ][WT4HZ][JZ]Precipitation Effect Analysis with Deformation Measured[JZ]Value in Yunxian Seismic Station in Yunnan

[WT5B1][STBZ][JZ]DUAN Yuanze1，F(xiàn)U Hong2，BAI Baorong1，YANG Chunhua1，LI Zhirong2

[WT5"B1X][JZ]（1 Puer Seismological Bureau，Puer 665000，Yunnan，China）[JZ]

（2 Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China）

[WT5HZ][JZ]Abstract[WTB1]

In this article，through comparative analysis on the cavity strain and inclined pipe observation value and precipitation in Yunxian seismic station，we found that there have a certain correlation between each otherQuantitative analysis result shows，the total annual precipitation increased by 200 mm，the influence on the cavity strain is 4 000×10-8 and the influence on the inclined pipe observation value is 90″；The monthly precipitation increased 100 mm，the cavity strain and inclination observation value increase monthly in amplitude，are respectively 38×10-8 and 25″ After constructing the linear equation of monthly precipitation and monthly increment，the residual of measured value and theoretical value are obtainedWhen the residual quantity is 1 times more than the mean square deviation，there are M≥55 earthquakes occurred in the vicinity of 500 km from station in the short termThe nearest distance station from Changning MS51 earthquakes shows the maximum amplitude of anomaly，which shows that the deformation increases after the precipitation disturbance，and are related to the tectonic activity

[WTHZ]Keywords：[WTB1]the cavity strain；inclined pipe；precipitation effect；anomaly extraction；Yunxian Seismic Station