姑咱臺鉆孔應變觀測曲線年變現象成因探討

張凌空 牛安福（中國地震臺網中心，北京 100045）

姑咱臺鉆孔應變觀測曲線年變現象成因探討

張凌空 牛安福
（中國地震臺網中心，北京 100045）

2008年5月和2013年4月在四川龍門山斷層上相繼發生汶川8.0級地震和蘆山7.0級地震，四川姑咱臺震中距僅為130 km和70 km，是相距這兩次地震最近的形變臺站，由于該臺四分量鉆孔應變儀在震前均記錄到明顯的異常變化，因此受到很多關注。考慮到該種儀器記錄到的面應變與剪應變最具有明確的物理意義，對二者觀測曲線的年動態進行了研究，認為它們與鉆孔水位（孔深40 m，基巖為花崗閃長巖）的變化密切相關，而水位又主要受降雨量控制。該項工作對于確定異常是否與地震有關，提供了一定背景的分析資料。

應變儀第1分量和第3分量構成的面應變（1+3）與第2分量和第4分量構成的面應變（2+4）均呈線性壓縮積累變化，前者速率為51.15×10-10/h，后者為53.82×10-10/h，二者速率相近，一致性很好，表明井下探頭長期處于受壓狀態；去除線性變化后，均呈現有規律的年動態特征，將二者做一元線性回歸分析，相關系數R=0.999，回歸系數b=1.002，說明兩組面應變高度正相關，幅值很接近，儀器自檢性能優良（1+3=2+4）。第1分量和第3分量構成的剪應變（1-3）呈壓性積累變化，速率為4.324×10-10/h，第2分量和第4分量構成的剪應變（2-4）呈張性積累變化，速率為22.90×10-10/h，去除線性變化后前者幅值較小，年動態特征不明顯，后者則幅值較大，年變特征清晰，將其與面應變作回歸分析，R=0.999，b=1.002，表明第2組剪應變（2-4）與面應變高度一致，幅值相近。

為了查清面應變與剪應變年變形成的原因，將面應變（1+3）與鉆孔水位進行比對研究，可以直觀看出二者呈反向變化，即每年水位約在4～5月開始上升，面應變與之同步下降（探頭受壓），7月左右水位開始下降，面應變則同步上升（探頭舒張），另外9～10月二者還有一個幅度稍小的同步起伏變化。將2012、2013、和2014年面應變與水位分別作一元線性回歸分析，則相關系數R依次為0.935、0.938和0.919，回歸系數b為2.234、2.698和2.016（10-10/mm），平均值是R=0.931，b=2.316×10-10/mm。這說明面應變與水位密切相關，其年變化系由含水層水位升降引起：水位上升導致應變儀探頭受壓、曲線下降，反之則上升。消除水位影響后，面應變殘差曲線已基本看不出年變。

進一步探索鉆孔水位年變的成因，需要引入降雨資料，由于該臺的記錄一直不正常，筆者使用了西邊、相距1 km的姑咱海子臺的資料。因為臺站位于山區，降雨量很容易受到局部地形的影響，所以資料在細節上可能存在一定差異。圖形顯示水位上升時間段基本與降雨時間對應，說明水位升降受到降雨控制。為了看清細節，從中抽取2014年的資料加以研究，可知4、5月降雨量很小，對水位幾乎沒有什么影響，6月初開始雨量增大，水位急速上升，7月中旬雨量減少，水位有所降低，8～9月雨量再次增大，水位上升并保持高值，10月初開始雨量急劇減少，水位逐漸降低，因此，雨量的變化大體可以解釋水位的升降起伏，而氣壓則沒有明顯影響。亦有研究認為，距臺站450 m遠的大渡河流量變化與鉆孔應變的年變有關，從給出的2012年4月到2013年4月曲線變化特征看流量增大、減小與鉆孔水位的升降基本一致，故流量的變化實際上反映了雨季引起的河水漲落現象，所以河水流量與地下水位都反映了降雨影響，二者同源伴生。

綜上所述，降雨是姑咱臺產生鉆孔水位年變的直接原因，除了大渡河流量的影響，含水層水位變化也是導致鉆孔面應變與剪應變產生年變的一個重要原因。