體應(yīng)變受氣壓影響分析

李章 李本有 嚴(yán)吉 譚笑 劉朝君

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2011-5042-1376

摘? 要：氣壓干擾是形變觀測中常見的影響因素之一，其中體應(yīng)變受氣壓干擾顯著。該文選取安徽省合肥臺(tái)、肥東臺(tái)、黃山臺(tái)和嘉山臺(tái)4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變和鉆孔氣壓觀測數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理、分析，總結(jié)4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變和鉆孔氣壓之間關(guān)系，以及4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)差異性的原因，以期為臺(tái)站人員日常數(shù)據(jù)處理中排除干擾因素，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料提供幫助。

關(guān)鍵詞：體應(yīng)變? 氣壓干擾? 潮汐因子? 相關(guān)性分析

中圖分類號(hào)：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（b）-0233-03

Analysis of Borehole Volume Strain Affected by Air Pressure

LI Zhang1? LI Benyou1? YAN Ji2? TAN Xiao1? LIU Chaojun1

（1.Huangshan Seismic Station of Anhui Province， Huangshan， Anhui Province， 245011 China; 2.Jingxian Seismic Station of Anhui Province， xuancheng， Anhui Province， 242500? China）

Abstract： Atmospheric pressure disturbance is one of the most common factors in observation of deformation precursors， in which the borehole volume strain is significantly affected by atmospheric pressure. In this paper， the observed data of bulk strain and atmospheric pressure at four stations in Hefei， Feidong， Huangshan and Jiashan were selected for sorting and analysis. Summarize borehole volume strain and the relationship between atmospheric pressure， and the reasons for the difference in observed data. It provides help to remove interference factors and obtain accurate data in daily data processing for station personnel.

Key Words： Borehole volume strain; Barometric interference; Tidal factor; Correlation analysis

鉆孔體應(yīng)變觀測是地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其變化規(guī)律的重要研究手段，安徽省經(jīng)過多年的建設(shè)和改造，逐步形成了數(shù)字化體應(yīng)變監(jiān)測網(wǎng)。目前在網(wǎng)運(yùn)行的體應(yīng)變儀器有10余套。通過分析歷年的觀測資料發(fā)現(xiàn)，自然環(huán)境（降雨、氣壓、水位等）的快速變化會(huì)導(dǎo)致體應(yīng)變數(shù)據(jù)產(chǎn)生畸變，是最常見的干擾因素。該文選取安徽省合肥臺(tái)、肥東臺(tái)、黃山臺(tái)和嘉山臺(tái)4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變和鉆孔氣壓觀測數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理、分析，總結(jié)4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變和鉆孔氣壓之間關(guān)系，以及4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)差異性的原因。

1? 體應(yīng)變觀測概況

國內(nèi)外的一些專家通過研究發(fā)現(xiàn)，大氣壓的波動(dòng)會(huì)對(duì)地殼形變產(chǎn)生一定的影響，約為10-9量級(jí)，大多數(shù)的形變觀測手段都會(huì)受此影響。為了避免了人為活動(dòng)和地表環(huán)境變化等干擾，體應(yīng)變儀器采取地下鉆孔埋深方式，一定程度上提升了抗干擾能力。但是對(duì)于不同區(qū)域，不同臺(tái)站而言，自然環(huán)境、地質(zhì)條件的差異會(huì)形成各種干擾背景，對(duì)觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同的影響。

合肥臺(tái)、肥東臺(tái)、黃山臺(tái)和嘉山臺(tái)4個(gè)臺(tái)站分處安徽省中南北地區(qū)，測點(diǎn)概況詳見表1。

2? 體應(yīng)變受氣壓影響

大氣壓的變化會(huì)在鉆孔的垂直方向產(chǎn)生影響，巖體的側(cè)向圍壓會(huì)在鉆孔的水平方向產(chǎn)生影響，根據(jù)彈性力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可以簡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（1）

公式（1）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。通過公式的分析可知，簡單模型下體應(yīng)變和氣壓呈正相關(guān)性。

2.1 趨勢變化分析

從表1可以看出各臺(tái)站的鉆孔體應(yīng)變井孔深度均小于100 m，都不同程度地受氣壓變化的影響，當(dāng)氣壓長周期緩慢變化時(shí)，體應(yīng)變固體潮波形受影響程度較小，但會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)形態(tài)的長期趨勢走向產(chǎn)生影響;當(dāng)氣壓短周期強(qiáng)烈變化時(shí)，體應(yīng)變波動(dòng)振幅較大，往往會(huì)使數(shù)據(jù)曲線發(fā)生明顯畸變。圖1至圖4為各臺(tái)站體應(yīng)變與氣壓的分鐘值曲線。

2.2 相關(guān)性分析

在體應(yīng)變儀器安裝過程以及后期巖層受力形變時(shí)，出現(xiàn)儀器探頭與鉆孔耦合不好體應(yīng)變就會(huì)受氣壓影響較大。合肥臺(tái)巖性為紅砂巖，質(zhì)地偏軟;肥東臺(tái)巖性較為破碎，儀器探頭所在巖層裂隙較為發(fā)育;黃山臺(tái)巖性有少量裂隙; 嘉山臺(tái)為軟弱巖層凹凸棒石，而且有部分水泥砂漿位于探頭和巖層中間。圖5至圖8為各臺(tái)氣壓與體應(yīng)變?nèi)站抵g相關(guān)性分析，通過圖可以發(fā)現(xiàn)，4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變與氣壓之間相關(guān)性較好，合肥、黃山、嘉山3個(gè)臺(tái)站，體應(yīng)變與氣壓正相關(guān)，肥東臺(tái)體應(yīng)變與氣壓表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

2.3 潮汐因子

選取各臺(tái)近幾年的數(shù)據(jù)資料，由于M2波的特點(diǎn)，在計(jì)算誤差、穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢，通過提取其潮汐因子進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)分析與調(diào)和分析方法，對(duì)4個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3? 結(jié)語

該文通過對(duì)合肥臺(tái)等4個(gè)臺(tái)站的體應(yīng)變觀測資料進(jìn)行整理、分析，總結(jié)出了體應(yīng)變受氣壓影響的變化特征，結(jié)果表明：體應(yīng)變與氣壓的相關(guān)性最好的屬合肥臺(tái)和肥東臺(tái)，通過計(jì)算得出相關(guān)系數(shù)在0.75以上，緊接著是黃山臺(tái)，最后是嘉山臺(tái);氣壓短期波動(dòng)變化往往會(huì)引起體應(yīng)變固體潮發(fā)生畸變，4臺(tái)站體應(yīng)變均能響應(yīng)短時(shí)氣壓干擾變化且時(shí)間上較為同步，除肥東臺(tái)外，其他3個(gè)臺(tái)站體應(yīng)變與氣壓在形態(tài)上較為一致。

參考文獻(xiàn)

[1] 李玉麗，李啟雷，孫春玲，等.青海鉆孔應(yīng)變強(qiáng)震前異常特征分析[J].地震地磁觀測與研究，2016，37（6）：80-84.

[2] 趙小賀，公續(xù)升，閆萬曉，等.馬陵山和相公莊臺(tái)鉆孔體應(yīng)變觀測質(zhì)量影響因素分析[J].地震工程學(xué)報(bào)，2018，40（S1）：101-106，158.

[3] 池成全.鉆孔應(yīng)變前兆觀測數(shù)據(jù)分析與異常提取研究[D].吉林大學(xué)，2020.

[4] 陸洲.地殼應(yīng)力應(yīng)變變化與地球動(dòng)力學(xué)[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2020.

[5] 全建軍，方傳極，鄭永通，等.TJ-II型鉆孔應(yīng)變儀維護(hù)技術(shù)[J].地震工程學(xué)報(bào)，2016（12）：997-1001.

[6] 邱澤華.鉆孔應(yīng)變觀測理論和應(yīng)用[M].北京：地震出版社，2017：58.