TJ—II鉆孔應變觀測資料淺析

趙桂寶+王遠+孫亮亮

摘要：本文描述了嘉山地震臺TJ—Ⅱ體應變儀鉆孔的地質構造特點與鉆孔巖芯物理特性，介紹了TJ—II體應變儀在嘉山臺運行情況。通過對嘉山地震臺TJ—II型體應變儀近年來觀測資料的分析，針對臺站觀測工作中遇到的漂移、突跳、階躍、開閥、干擾等諸多實際問題，對各種現象作了較為系統的歸納總結。正確理解這些豐富的信息，對于今后工作中準確識別震前異常有著重要意義。

關鍵詞：鉆孔體應變；數字化觀測資料；干擾因素；固體潮汐；應變地震波

中圖分類號： P31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

Abstract： By analyzing TJ-2 type body strain meter observation data （ from the initial installation to the normal work and recording to large strain seismic wave ） of Jiashan Seismic Station， according to observation work in the practical problems encountered （ drift， jump， seismic anomaly and interference ）， for a variety of phenomena systematically induction. Correct understanding of these rich information， for the future work to accurately identify the earthquake anomaly is of great significance.

Keywords： bore-hole body strain；digital observations；interference factor；solid tide ；strain earthpuake wave

0 引言

嘉山地震臺位于安徽省東部、蘇皖交界處，海拔高程95m，地理坐標為東經118°15′56″、北緯32°48′39″。臺基巖性為玄武巖，處于淮陽臺隆的張公嶺臺拱內，屬下揚子地臺。印支燕山期，該區受西側郯廬斷裂影響有強烈變形，新生代該區仍表現上升。區內出露地層主要為上元古界震旦系上統、新生界第三系。根據鉆探資料，鉆孔揭露的主要為下第三系漸新統三垛組由砂巖、泥巖、砂礫巖組成和上第三系中新統下草灣組地層。嘉山臺鉆孔應變自2010年正式投入觀測以來，已經運行有數年時間，積累了大量豐富的觀測資料。

1 鉆孔情況

嘉山地震臺體應變觀測鉆孔編號01，開口孔徑：150mm；終孔孔徑：130mm；孔深：64.3m（到套管頂）；水深：61.3m。鉆孔底部系先鉆至80m，后又用水泥砂漿封孔至65.2m，探頭下到井底后，由于探頭底部并非接觸原有巖孔，中間隔了封孔的水泥砂漿，可能會對觀測資料有一定影響。探頭底部的實際埋深63.9m，水泥層頂部的實際埋深61.9m（水泥層在探頭上方的的有效厚度為1m）。水泥采用自應力水泥，水泥、水、石英砂用量比例為25kg：20kg：25kg。儀器所處位置巖性為微風化玄武巖（N） ——灰黑、暗紅、黑褐色，堅硬狀態，濕。層狀結構、塊狀結構，節理網狀發育；具氣孔構造，氣孔圓形、橢圓形或不規則狀，部分氣孔被方解石、綠泥石、綠簾石、蛋白石、玉髓、沸石等充填，構成杏仁構造。主要為斑狀結構或無斑隱晶質結構，含輝石、斜長石、橄欖石及黑色礦物等。巖層為堅硬巖，較完整，巖體基本質量等級為Ⅱ級。

2 TJ-II鉆孔應變儀工作原理和主要參數

TJ-2鉆孔應變儀包括體應變觀測和應變輔助觀測（水位計、氣壓計、溫度計三項觀測）

1.其中體應變傳感器主要技術指標如下：

基本量程：6×10-6，并能運用開閥動作將該量程無限拓展。

分辨力：<1×10-9

非線性誤差：<1%

標定重復性誤差：<3%

頻帶寬度：0-2HZ（探頭輸出）

自身穩定性：<1×10-7/年

記錄方式：模擬，數字

工作環境：室溫5-40℃ 相對溫度≤85%

氣壓：760mmHg條件下連續工作。

電源：市電220V±20%，電瓶三只12V，交直流自動轉換。

2.輔助傳感器主要技術指標（表1）

3 主要干擾分析

以2010年以來相關時間段產出的體應變觀測資料作為研究對象，一是通過分析各項輔助測項數據看對體應變數據產生的影響，二是看儀器自身工作狀態對數據的影響。

3.1 輔助項數據與體應變數據的關系

3.1.1 地下水位影響

地下水位的變化，帶來水壓力的變化，在孔隙壓力發生變化時，也會導致體應變觀測值的變化。嘉山臺安裝體應變儀的鉆孔比較特殊，由于探頭底部并非直接接觸原有巖孔，中間隔了封孔的水泥砂漿，屬于二次回填水泥砂漿的情況，可能會對觀測資料有一定影響，孔底本身無水，所以嘉山臺體應變與地下水位變化無顯著關系。

3.1.2 降雨影響

降雨對體應變的影響可分為兩類：一是降雨可帶來大地負荷效應，二是降雨后延遲一段時間。當雨水逐漸滲入巖體孔隙以后，孔隙壓力增加，使巖體體應變產生壓縮變形，即可導致體應變觀測值發生變化，而我臺鉆孔條件對此影響具有弱化作用。所以嘉山臺體應變觀測值與降雨量無顯著關系。

3.1.3 溫度影響

由于嘉山臺鉆孔深達64.3m，所以地表溫度的變化不會迅速導致鉆孔內溫度的變化，由圖2溫度曲線也僅僅能看出變化是春夏上升、秋冬下降的自然走勢，說明嘉山臺體應變觀測值與溫度并無顯著關系。

3.1.4 大風影響

大量觀測資料表明，當刮大風時會對體應變觀測值造成影響，這種影響具有隨機性，它不會改變固體潮的總體變化形態。最顯著的特征是固體潮記錄曲線出現明顯的波動，這是因為風力會使地殼的負載加大，使地殼應力、應變隨著風力的強弱呈現出起伏性變化。

3.1.5 氣壓影響

氣壓變化會導致地面負載的增減，造成巖體孔隙壓力的變化，從而導致體應變觀測值的改變。氣壓的影響存在著周期性變化，體應變受氣壓變化的影響在不同的季節表現出強弱不同，氣壓對體應變影響最大的時間段基本上都在春、秋季。體應變與氣壓相關分析的結果，說明嘉山體應變觀測受氣壓的影響程度不大。

3.2 儀器工作狀態的影響

體應變儀在觀測中由于儀器格值標定、調零、開閥、停電、數采儀工作不正常及電線插頭松動等原因都可造成觀測值曲線出現畸變，這些影響導致的變化形態不一樣。正確地認識這些圖像，對于認識震前異常無疑具有重大意義。數采工作不正常可造成儀器數據缺測，電線插頭松動使觀測值出現不穩，這種變化時間短，幅度大，調緊插頭后即馬上恢復正常；標定格值，可引起大幅度階躍變化等。

4 資料完整性、穩定性分析

資料的完整性、穩定性是衡量觀測資料質量的重要指標。觀測資料只有達到觀測技術標準要求時，其應用價值才高，才能更好地判斷出觀測資料的正常動態背景，以利于識別異常。為此，有必要對觀測資料進行完整性、穩定性分析。

4.1 觀測資料完整性分析

統計2010年以來觀測資料整點值的連續率，嘉山地震臺鉆孔應變連續率達到了99.8%。資料的連續率較高，達到技術標準99.5%的優秀水平。缺記的主要原因為數采工作不正常，內部數據不存儲。

4.2 觀測資料穩定性分析

為了真實地反映鉆孔體應變觀測值的穩定性和可靠性，首先對觀測資料進行排除干擾處理，首先消除了氣壓變化對體應變觀測值的影響，然后計算了嘉山臺體應變固體潮理論值。結果表明：嘉山臺鉆孔體應變觀測潮汐因子及其相對誤差、潮汐相位及其均方差變化均較大，數據漂移較大。

5 地震波記錄情況分析

體應變儀以其高靈敏性不僅能清晰記錄到固體潮汐變化，而且能記錄到震時地震波的變化。記錄地震波能力的強弱，從另一個方面也能反應它記錄地殼應力、應變的能力。

對2010年3月～2015年3月間震時鉆孔應變儀記錄的地震波情況進行了統計，結果見表2。

在這一年間我臺數字地震計總共記錄到的地震數為910個，其中Ms5.0級以下地震128個，無一例記錄到有同震效應，在記錄到的782個Ms5.0以上的各種遠震中，體應變儀同步記錄到映震變化的有178個，主要集中在全球7.0級以上地震全部記錄到同震效應，其次以日本和臺灣中強震記錄的最多。

由表2可清楚地看出，我臺體應變儀對發生在全球7級以上（尤其是中國臺灣、日本）的強震都能清晰地記錄到地震波的全過程，且波形幅度大，形態完整。對發生在全國6級以上地震記錄能力也非常強。圖7-9為幾次明顯的映震曲線圖。

6 結論

通過對嘉山臺體應變儀觀測資料的分析可知，氣象因素對體應變數據沒有明顯的影響，雖然嘉山臺體應變數據漂移較大，但資料變化穩定，固體潮記錄曲線清晰、完整，資料的完整性、穩定性都很高。對發生在全球7級、全國6級以上地震基本上都能清晰地記錄到地震波，目前尚沒有記錄到明顯的體應變前兆異常。

參考文獻

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[2] 張國紅，王勇，等.鉆孔應變資料的可靠性分析[M].大地測量與地球動力學，2010

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