體應(yīng)變觀測(cè)干擾分析

李章 李本有 曹志磊 嚴(yán)吉 程文坤 譚笑

摘? 要：體應(yīng)變觀測(cè)是地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其變化規(guī)律的重要研究手段。該文整理、分析黃山臺(tái)體應(yīng)變歷年觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，體應(yīng)變?nèi)兆兠黠@，固體潮清晰，但受自然環(huán)境干擾較大，與降雨、水位呈現(xiàn)正相關(guān)性;與氣壓相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9以上，同時(shí)也受到觀測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。通過總結(jié)干擾因素和對(duì)應(yīng)變化特征，希望給其他體應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)站提供參考資料。

關(guān)鍵詞：體應(yīng)變? ?干擾? ?相關(guān)系數(shù)? ?固體潮

中圖分類號(hào)：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）07（a）-0057-03

Abstract： Volume strain observation is an important means to study the state and variation law of crustal stress and strain. This paper collates and analyzes the body strain observation data of Huangshan Station over the years. It is found that the daily variation of body strain is obvious and the solid tide is clear， but it is greatly disturbed by the natural environment， which is positively correlated with rainfall and water level; the correlation coefficient with air pressure is more than 0.9. It is also affected by the stability of the observation system. By summarizing the interference factors and corresponding variation characteristics， it is hoped to provide reference data for other volumetric strain observation stations.

Key Words： volume strain; Interference; Correlation coefficient; Earth tide

鉆孔體應(yīng)變觀測(cè)是地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其變化規(guī)律的重要研究手段，是觀測(cè)地殼應(yīng)變微小連續(xù)變化的重要前兆觀測(cè)儀器。收集黃山地震臺(tái)歷年的體應(yīng)變觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，日常觀測(cè)主要受到氣象因素（降雨、氣壓、水位等），觀測(cè)系統(tǒng)（主機(jī)故障等）以及其他因素（同機(jī)柜干擾）的干擾，嚴(yán)重影響觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量[1-3]。該文通過整理、分析黃山地震臺(tái)體應(yīng)變資料，總結(jié)干擾因素和對(duì)應(yīng)變化特征，希望給其他體應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)站提供參考，同時(shí)為地震預(yù)報(bào)提供一些基礎(chǔ)性資料。

1? 觀測(cè)背景及概況

臺(tái)站地處皖南山區(qū)屯溪、休寧盆地，近東西向的休寧斷裂和北東向的寧國(guó)～績(jī)溪斷裂從臺(tái)址附近通過，臺(tái)址巖性為砂巖[4]。測(cè)點(diǎn)概況見表1。

選取黃山臺(tái)體應(yīng)變2015年至2021年04月的觀測(cè)資料分析，共有體應(yīng)變以及輔助水溫、水位、井氣壓這4個(gè)測(cè)向。對(duì)各測(cè)向進(jìn)行去除大的階變和突跳等處理，具體情況見圖1。

2? 干擾因素分析

2.1 氣象因素

氣象因素是影響體應(yīng)變觀測(cè)的重要因素，主要是降雨、氣壓和水位。

2.1.1 降雨

因臺(tái)站地理位置影響，易受到梅雨季節(jié)長(zhǎng)期陰雨以及夏季短時(shí)強(qiáng)降雨的影響。分別表現(xiàn)為：梅雨季節(jié)降雨周期長(zhǎng)，日降雨量小，體應(yīng)變和水位出現(xiàn)同步上升趨勢(shì);夏季短時(shí)強(qiáng)降雨，雨量急劇增加，對(duì)大地產(chǎn)生較大負(fù)荷效應(yīng)，體應(yīng)變和水位快速拉升[5]。

2.1.2 氣壓

氣壓是對(duì)體應(yīng)變觀測(cè)影響的重要因素，不同周期氣壓變化會(huì)給體應(yīng)變帶來不同影響，長(zhǎng)周期氣壓擾動(dòng)導(dǎo)致體應(yīng)變隨氣壓持續(xù)緩變，短臨氣壓導(dǎo)致體應(yīng)變隨氣壓快速畸變。根據(jù)彈性力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可以簡(jiǎn)單地從理論上建立出大氣壓對(duì)體應(yīng)變的影響模型公式：

ε=b?Pa

公式中：ε為鉆孔體應(yīng)變;b為氣壓影響系數(shù);?Pa為大氣壓增量。通過計(jì)算，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9以上。

2.1.3 水位

巖體含水層中孔隙水的飽和度，受自然環(huán)境變化影響較大。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，水位變化和降雨呈現(xiàn)較高相關(guān)性，跟鉆孔巖層性質(zhì)有很大關(guān)系，因此水位對(duì)體應(yīng)變和干擾及降雨量干擾表現(xiàn)較為一致[6]。

2.2 觀測(cè)系統(tǒng)

儀器的連續(xù)穩(wěn)定是地震監(jiān)測(cè)工作的重要保障，然而由于儀器觀測(cè)年限、線路老化等各種原因，對(duì)監(jiān)測(cè)帶來不利影響，常見為主機(jī)故障及前極板故障。

2.2.1 主機(jī)故障

以2019年10月14～19日為例，黃山臺(tái)體應(yīng)變主機(jī)故障導(dǎo)致無數(shù)據(jù)。經(jīng)排查線路、通信網(wǎng)絡(luò)、供電系統(tǒng)以及儀器內(nèi)部各模塊后，確定為主機(jī)故障，具體見圖2（a）。

2.2.2 前極板故障

以2020年10月15～18日為例，黃山臺(tái)體應(yīng)變超量程故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)超限，產(chǎn)出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，經(jīng)排線路、通信網(wǎng)絡(luò)、供電系統(tǒng)以及儀器內(nèi)部各模塊后，確定為前極板故障，更換新的前極板后恢復(fù)正常，具體見圖2（b）。

2.3 其他因素（同機(jī)柜干擾）

由于臺(tái)站地處皖南山區(qū)，觀測(cè)室內(nèi)部避雷系統(tǒng)經(jīng)多次雷擊后，絕緣效果有所下降，同機(jī)柜地電阻率觀測(cè)整點(diǎn)測(cè)數(shù)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，對(duì)體應(yīng)變觀測(cè)產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致規(guī)律性的整點(diǎn)突跳，干擾超1/2日變幅，后經(jīng)改造后避免再次出現(xiàn)，具體見圖3。

3? 結(jié)語

該文通過對(duì)黃山臺(tái)體應(yīng)變歷年觀測(cè)資料整理分析，較為全面地總結(jié)了體應(yīng)變觀測(cè)干擾因素和對(duì)應(yīng)變化特征，有些干擾因素是全國(guó)其他臺(tái)站也存在的，較為普遍的，如氣壓、降雨干擾等;有些則是具有臺(tái)站特點(diǎn)的，較為少見的，如同機(jī)柜觀測(cè)干擾等。

（1）黃山臺(tái)體應(yīng)變井孔條件較一般，易受到自然環(huán)境變化的干擾。由于鉆孔為砂巖，地表降雨能快速地通過巖隙往地下滲透，改變水位，導(dǎo)致壓力快速變化，因此體應(yīng)變與降雨、水位呈較好的正相關(guān)變化。同理，依據(jù)地下巖性特點(diǎn)分析，氣壓對(duì)體應(yīng)變干擾較為嚴(yán)重，二者呈現(xiàn)較高的相關(guān)性。

（2）黃山臺(tái)觀測(cè)儀器使用年限較久出現(xiàn)老化等原因，給連續(xù)觀測(cè)帶來不利影響，觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有待提高。

參考文獻(xiàn)

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[2] 呂琳，楊艷芳，解楊春.鄂東地區(qū)洞體應(yīng)變潮汐觀測(cè)質(zhì)量評(píng)定及干擾因素剖析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2019，39（S1）：37-40.

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[6] 盧雙苓，李惠玲，范曉易，等.體應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性影響因素[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2018，39（1）：123-128.