武漢獅子山臺形變資料分析

摘 要：分析武漢獅子山臺2015年三套形變儀的觀測資料，發現三套儀器對地震、人為干擾、自然環境事件均有很好的響應。對觀測資料異常類型的識別可以為形變研究提供一定的參考價值。

關鍵詞：形變儀；異常分析；固體潮曲線

引言

武漢獅子山臺于2004年建臺，位于武漢市洪山區華中農業大學校內的獅子山山洞內。山洞洞頂覆蓋層厚度為25m，洞內常年溫度為18℃左右，濕度為85%。形變觀測主要是監測地殼的運動和變形，而定點形變可以監測地傾斜、地應變和周邊斷層的變形等。獅子山洞在新構造分區中屬于鄂東南-贛北掀斜升降區的武昌-陽新掀升區。獅子山臺北部分布有北西西走向的襄樊-廣濟斷裂和北西走向的青峰黃陂斷裂，南部分布有近東西向的烏龍泉斷裂，西側有近南北向的五通斷裂和長江破裂帶，東側有梁子湖斷裂[1]。2007年獅子山臺安裝了三套形變觀測儀器：水管傾斜儀（DSQ）、垂直擺傾斜儀（VS）、洞體應變儀-銦瓦棒伸縮儀（SS-Y）。研究形變資料和分析其異常情況有助于分析臺站周邊地殼和斷裂的變形情況，為未來地震的孕育和發生提供前兆信息。

1 資料選取

文章選取了獅子山臺2015年1月1日-2015年12月31日三套形變儀器的資料，對資料進行了系統的分析。三套儀器的連續率、完整率分別是：DSQ連續率99.9180，完整率99.8056；VS連續率99.9528，完整率99.5372；SS-Y連續率99.9517，完整率99.7441。連續率指的是儀器記錄的原始固體潮曲線值的連續情況，通常連續率缺失是由電源故障、標定、儀器自身故障這些因素引起的。完整率是指儀器預處理后固體潮曲線的完整情況，通常完整率的缺失除了電源故障、校準、儀器故障這些因素外，還可能是由人為干擾、雷電干擾、場地環境等因素引起的。電源故障會導致儀器直接斷記；水管儀校準會表現為數據缺失，垂直擺儀和傾斜儀校準表現為臺階和突跳；儀器自身故障如若是數采故障則表現為數據錯誤或缺失的曲線異常，探頭故障則為數據錯誤的曲線異常；調零數據曲線會出現脈沖狀的突跳和臺階；人為進洞查看儀器、場地施工干擾等表現為小的噪聲曲線。

2 資料分析

DSQ、VS、SS-Y形變儀的正常固體潮曲線是一日兩潮，曲線呈兩個完整波峰波谷的形態，類似于正弦波，反映了潮汐規律。

通過對三套形變儀器2015年固體潮曲線資料的分析，發現異常的變化類型主要是地球物理事件，有少量的人為干擾、自然環境。地球物理事件主要是指儀器記錄到的地震事件，在固體潮曲線上表現為噪聲大、突跳，大地震有明顯的尖銳的突跳且噪聲形態持續時間長。人為干擾主要因素有：儀器調零、校準、進洞更換UPS、檢修儀器。自然環境是由降雨影響，固體潮曲線形態隨著降雨量的增加呈現上升或下降的過程，降雨停止后，曲線開始回落恢復正常固體潮曲線形態。

2.1 水管傾斜儀

水管傾斜儀（DSQ）的資料顯示，2015年一共記錄到73個地震事件，記錄最小震級為2015年06月10日云南3.0級地震。記錄極遠震時曲線表現為噪聲大，持續時間長，特大地震如8級以上的極遠震噪聲持續時間長達8小時。記錄到人為干擾事件9次，其中調零6次，校準3次。DSQ北南向受VS調零干擾明顯，表現為小臺階，東西向受VS調零干擾影響較小。北南和東西兩分量均受同洞SS-Y儀器調零干擾明顯，表現為噪聲大、大的突跳。標定時間段內的曲線表現為數據缺失。進洞更換UPS電源時間較長，一般為2-3小時，曲線表現為臺階和突跳，經過去臺階和去突跳處理后，曲線表現為噪聲大似的干擾形態。

2.2 垂直擺傾斜儀

垂直擺傾斜儀（VS）的資料顯示，2015年共記錄到59個地震事件。能記錄到5.0級以上的臺灣地震且均表現為臺階和突跳，記錄到最小震級地震為云南3.0級地震和九江3.7級地震。共記錄到26次人為干擾事件，其中調零21次，記錄的調零事件表現為明顯的大的突跳和臺階，校準表現為脈沖和臺階。VS受同洞DSQ調零干擾明顯，表現為突跳，無臺階。

VS調零次數較多主要是跟降雨量有關。垂直擺主要是測量地球內部運動引起的地傾斜變化，靈敏度為0.001″，能精確測量出地面傾斜的微小變化。獅子山臺臺站基巖為泥盆系石英砂巖，當降雨時，雨水很容易滲入到石英砂巖中，使地面發生傾斜，形變觀測對降雨，尤其是暴雨響應靈敏，當連續降雨量超過趨動降雨量時，形變觀測受降雨干擾變化就會同步表現出來[2]。

2015年9月5日受降雨影響，VS數據曲線明顯偏離正常固體潮曲線趨勢，北南向極速上升，東西向極速下降。2015年10月5日-7日受持續降雨影響，北南向和東西向均緩慢上升變化。降雨停止后，數據曲線恢復正常固體潮形態。

2.3 洞體應變傾斜儀

SS-Y 型銦瓦棒伸縮儀，測量的是地表兩點間水平距離的相對變化量，即一端固定，另一端隨著地面運動而壓縮或膨脹，測量的結果是相對于原始基線長度的壓縮量或膨脹量[3]。該型號伸縮儀的靈敏度優于10mv/μm。SS-Y伸縮儀適用于觀測地殼應變和固體潮水平分量的連續變化，為研究地震孕育過程中的水平應變的變化規律提供數據[4]。

伸縮儀SS-Y在2015年共記錄到9個地震事件，均為7級以上的地震。記錄到9次人為干擾事件，其中調零4次，校準4次。調零和校準時數據曲線均表現為臺階和突跳。SS-Y受同洞VS調零干擾有明顯地臺階。10月1日-10月15日受強降水（累積降雨量107.5mm）干擾，SS-Y數據曲線成上升趨勢，上升幅度達1707×10-10mv/μm，16日降雨停止后，數據曲線恢復正常動態。

3 結束語

獅子山臺形變儀器資料連續率和完整率均在99.5%以上，儀器運行正常，分析其資料具有可靠性。對其三套儀器的觀測資料進行異常類型分析，可以發現DSQ型水管儀對地震事件的響應靈敏度最高，能記錄到3.0級以上的國內地震和5.0級以上的國外地震，但易受同洞其他儀器調零干擾或場地環境干擾影響。說明其儀器的靈敏度很高，能記錄到地面運動的微小變化。VS型垂直擺易受降雨環境的影響，和降雨的同步響應現象明顯，且隨著降雨量增大儀器零漂增大易出格，因此VS調零次數比其他兩套形變儀的次數要多。SS-Y型伸縮儀對地震響應靈敏度不夠好，只能記錄7級以上的大地震，可能與SS-Y儀器的傳遞函數有關。可見，獅子山臺的DSQ型水管儀記錄地面運動的靈敏度最高，其固體潮數據資料對地殼形變分析最有研究價值。

參考文獻

[1]林愛文.武漢地區斷裂構造研究[J].武漢測繪大學學報，1992，17（3）：69-76.

[2]鄭永通，張華，等.垂直擺傾斜儀干擾原因分析[J].華南地震，2015，35（2）：100-105.

[3]鄧建剛，孫伶俐.麻城臺應變潮汐觀測資料質量評定與穩定性分析[J].大地測量與地球動力學，2013，33增刊（2）：16-20.

[4]趙鳳花，周云耀，等.應用最小二乘法辨識SS-Y型伸縮儀的傳遞函數[J].大地測量與地球動力學，2010，30增刊（2）：109-111.

作者簡介：章婷，女，湖北荊州人，湖北省地震局，助理工程師，碩士，主要研究方向為形變觀測。