黃山臺鉆孔應變典型干擾及映震能力分析

李章 趙希磊 嚴吉 李本有 程文坤

摘? 要：選取黃山地震臺鉆孔體應變2015—2020年觀測資料，分析其M2波潮汐因子，并結合氣壓、水位、降雨這3種常見干擾因素進行相關分析。結果表明：（1）氣壓變化會引起體應變同步變化，長周期氣壓變化會導致體應變趨勢緩變，短周期氣壓變化會導致體應變固體潮畸變，短時強降雨會導致體應變和水位發(fā)生同步變化，但存在延時效應;（2）臨震前，地下介質(zhì)結構發(fā)生變化，導致體應變潮汐因子大幅變化，可作為地震前兆重要參考依據(jù)。

關鍵詞：體應變? 干擾? 潮汐因子? 資料分析

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）05（a）-0077-03

Abstract： The observation data of borehole volumetric strain of Huangshan Seismic Station from 2015 to 2020 were selected to analyze the M2 wave and tide factors， and the correlation analysis was carried out in combination with three common interference factors， barometric， water level and rainfall， to obtain the abnormal characteristics before the earthquake. The results show that： （1）The change of barometric causes the synchronous change of volumetric strain， the change of long-period barometric causes the slow change of volumetric strain， and the change of short-period barometric causes the distortion of volumetric strain earth tide. Short-time heavy rainfall can lead to synchronous change of volume strain and water level， but there is delay effect. （2）Before the earthquake， the structure of the underground medium changes， resulting in a large variation of the volume strain tidal factors， which can be used as an important reference for earthquake precursors.

Key Words： Body strain; Interference; Tidal factor; Data analysis

鉆孔體應變觀測是地殼應力應變狀態(tài)及其變化規(guī)律的重要研究手段，同時也是現(xiàn)代地震前兆觀測手段中不可或缺的技術力量（李海亮等，2010）。在地震的孕育和發(fā)生過程中，震源附近地殼中積累應變能量并快速釋放，當應變能高度積累時，就處于震前臨界狀態(tài)。固體潮是臨界狀態(tài)的一種重要觸發(fā)因素，因此研究固體潮對地震地震成因和地震預報有著重要的實際意義。黃山臺鉆孔體應變自安裝運行以來，連續(xù)率和完整率保持較好水平，能清晰地記錄到固體潮等前兆信息，對全球7級以上強遠震有很好的同震響應，在一定程度上為地震預測提供依據(jù)[1-2]。

1? 觀測背景

黃山臺地處皖南山區(qū)屯溪、休寧盆地，近東西向的休寧斷裂和北東向的寧國—績溪斷裂從臺址附近通過，臺址巖性為砂巖。鉆孔體應變于2009年開始架設觀測，孔徑130 mm，孔深68.2 m，微風化泥巖。臺站應變曲線光滑，固體潮清晰，日變規(guī)律較為明顯，具有良好的周期性特征（潮汐因子和相對誤差分別在0.761、0.041 8左右）。體應變自觀測以來，能保持較高的運行率和數(shù)據(jù)完整率。選取2020年11月1～5日觀測數(shù)據(jù)（見圖1），可以看出體應變?nèi)兆円?guī)律明顯，固體潮清晰，且和固體潮理論值有較好的對應，表現(xiàn)出良好的周期性特征（體應變向上表示壓縮，向下表示拉張;理論固體潮向下表壓縮，向上表示拉張）。

2? 主要干擾分析

2.1 氣壓干擾

氣壓是對體應變觀測影響的重要因素，氣壓的變化會在鉆孔的垂直方向產(chǎn)生影響，巖體的側向圍壓會在鉆孔的水平方向產(chǎn)生影響。不同周期氣壓變化會給體應變帶來不同影響，長周期氣壓擾動導致體應變隨氣壓持續(xù)緩變，短臨氣壓導致體應變隨氣壓快速畸變。通過歷年資料研究表明，氣壓干擾是黃山臺體應變觀測最重要的干擾因素之一，通過計算，二者相關系數(shù)達0.9以上[3]。

2.2 降雨干擾

因臺站地處皖南山區(qū)，同時受到梅雨季節(jié)長期連續(xù)陰雨的影響以及夏季短時強降雨的影響。表現(xiàn)形式上有很大區(qū)別，首先，長期降雨時，日降雨量小，周期長，體應變和水位出現(xiàn)同步上升趨勢。其次，短時強降雨，數(shù)小時內(nèi)降雨量急劇增加，對大地產(chǎn)生較大負荷效應，體應變和水位快速拉升。以2019年7月13日為例，單日降雨量154.4 mm，其中0時至7時降雨近110 mm，體應變和水位快速拉升，曲線出現(xiàn)畸變，很容易誤判為前兆異常。截至7月14日18時，體應變變化513.20×10-9，井水位變化97.64 cm。降雨干擾系數(shù)3.33×10-9mm-1，井水位干擾系數(shù)5.26×10-9cm-1。

2.3 水位干擾

巖體含水層中孔隙水的飽和度，受自然環(huán)境變化如降雨、人為干擾如抽地下水等影響，導致水位變化，因而改變孔隙水壓。黃山臺附近未出現(xiàn)人工抽水等干擾，水位變化主要受自然環(huán)境影響。通過計算發(fā)現(xiàn)，水位變化和降雨呈現(xiàn)較高相關性，跟鉆孔巖層性質(zhì)有很大關系，因此水位對體應變和干擾和降雨量干擾表現(xiàn)較為一致[4-5]。

氣壓、降水、水位、體應變對比圖見圖2。

3? 映震能力分析

黃山臺體應變儀運行以來，能清晰地記錄到強遠震，振幅明顯，有很好的同震效應。震級越大，同震響應振幅越大;震中越近，同震響應振幅越大[6]。圖3為黃山臺體應變記錄到幾次全球7級以上強遠震。但是對中小震映震能力較弱，跟臺站位于皖南山區(qū)地震活動水平偏低有關。

4? 結語

體應變儀的探頭埋于地下一定程度上減小了地表干擾，但由于孔井地質(zhì)條件，如鉆孔巖層裂隙較大、穿過破碎帶等，氣壓、降雨等因素對黃山臺體應變儀觀測造成一定影響。黃山臺體應變觀測固體潮能較好地記錄全球7級以上強遠震的地震波，有很好的同震響應，但是對中小震映震能力較弱，跟臺站位于皖南山區(qū)地震活動水平偏低有關，體應變近震形變波形記錄有待進一步積累。TJ-Ⅱ具備捕捉大震前驅(qū)波能力，但需要進一步提高數(shù)據(jù)采樣率，以便捕捉更多震前異常信息，更好地在地震預報中發(fā)揮作用。

參考文獻

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[6] 呂琳，楊艷芳，解楊春.鄂東地區(qū)洞體應變潮汐觀測質(zhì)量評定及干擾因素剖析[J].大地測量與地球動力學，2019，39（S1）：37-40.