黃山臺(tái)鉆孔應(yīng)變典型干擾及映震能力分析

李章 趙希磊 嚴(yán)吉 李本有 程文坤

摘? 要：選取黃山地震臺(tái)鉆孔體應(yīng)變2015—2020年觀測(cè)資料，分析其M2波潮汐因子，并結(jié)合氣壓、水位、降雨這3種常見(jiàn)干擾因素進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明：（1）氣壓變化會(huì)引起體應(yīng)變同步變化，長(zhǎng)周期氣壓變化會(huì)導(dǎo)致體應(yīng)變趨勢(shì)緩變，短周期氣壓變化會(huì)導(dǎo)致體應(yīng)變固體潮畸變，短時(shí)強(qiáng)降雨會(huì)導(dǎo)致體應(yīng)變和水位發(fā)生同步變化，但存在延時(shí)效應(yīng);（2）臨震前，地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致體應(yīng)變潮汐因子大幅變化，可作為地震前兆重要參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：體應(yīng)變? 干擾? 潮汐因子? 資料分析

中圖分類號(hào)：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（a）-0077-03

Abstract： The observation data of borehole volumetric strain of Huangshan Seismic Station from 2015 to 2020 were selected to analyze the M2 wave and tide factors， and the correlation analysis was carried out in combination with three common interference factors， barometric， water level and rainfall， to obtain the abnormal characteristics before the earthquake. The results show that： （1）The change of barometric causes the synchronous change of volumetric strain， the change of long-period barometric causes the slow change of volumetric strain， and the change of short-period barometric causes the distortion of volumetric strain earth tide. Short-time heavy rainfall can lead to synchronous change of volume strain and water level， but there is delay effect. （2）Before the earthquake， the structure of the underground medium changes， resulting in a large variation of the volume strain tidal factors， which can be used as an important reference for earthquake precursors.

Key Words： Body strain; Interference; Tidal factor; Data analysis

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，同時(shí)也是現(xiàn)代地震前兆觀測(cè)手段中不可或缺的技術(shù)力量（李海亮等，2010）。在地震的孕育和發(fā)生過(guò)程中，震源附近地殼中積累應(yīng)變能量并快速釋放，當(dāng)應(yīng)變能高度積累時(shí)，就處于震前臨界狀態(tài)。固體潮是臨界狀態(tài)的一種重要觸發(fā)因素，因此研究固體潮對(duì)地震地震成因和地震預(yù)報(bào)有著重要的實(shí)際意義。黃山臺(tái)鉆孔體應(yīng)變自安裝運(yùn)行以來(lái)，連續(xù)率和完整率保持較好水平，能清晰地記錄到固體潮等前兆信息，對(duì)全球7級(jí)以上強(qiáng)遠(yuǎn)震有很好的同震響應(yīng)，在一定程度上為地震預(yù)測(cè)提供依據(jù)[1-2]。

1? 觀測(cè)背景

黃山臺(tái)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(guò)，臺(tái)址巖性為砂巖。鉆孔體應(yīng)變于2009年開(kāi)始架設(shè)觀測(cè)，孔徑130 mm，孔深68.2 m，微風(fēng)化泥巖。臺(tái)站應(yīng)變曲線光滑，固體潮清晰，日變規(guī)律較為明顯，具有良好的周期性特征（潮汐因子和相對(duì)誤差分別在0.761、0.041 8左右）。體應(yīng)變自觀測(cè)以來(lái)，能保持較高的運(yùn)行率和數(shù)據(jù)完整率。選取2020年11月1～5日觀測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1），可以看出體應(yīng)變?nèi)兆円?guī)律明顯，固體潮清晰，且和固體潮理論值有較好的對(duì)應(yīng)，表現(xiàn)出良好的周期性特征（體應(yīng)變向上表示壓縮，向下表示拉張;理論固體潮向下表壓縮，向上表示拉張）。

2? 主要干擾分析

2.1 氣壓干擾

氣壓是對(duì)體應(yīng)變觀測(cè)影響的重要因素，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。不同周期氣壓變化會(huì)給體應(yīng)變帶來(lái)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。通過(guò)歷年資料研究表明，氣壓干擾是黃山臺(tái)體應(yīng)變觀測(cè)最重要的干擾因素之一，通過(guò)計(jì)算，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9以上[3]。

2.2 降雨干擾

因臺(tái)站地處皖南山區(qū)，同時(shí)受到梅雨季節(jié)長(zhǎng)期連續(xù)陰雨的影響以及夏季短時(shí)強(qiáng)降雨的影響。表現(xiàn)形式上有很大區(qū)別，首先，長(zhǎng)期降雨時(shí)，日降雨量小，周期長(zhǎng)，體應(yīng)變和水位出現(xiàn)同步上升趨勢(shì)。其次，短時(shí)強(qiáng)降雨，數(shù)小時(shí)內(nèi)降雨量急劇增加，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。以2019年7月13日為例，單日降雨量154.4 mm，其中0時(shí)至7時(shí)降雨近110 mm，體應(yīng)變和水位快速拉升，曲線出現(xiàn)畸變，很容易誤判為前兆異常。截至7月14日18時(shí)，體應(yīng)變變化513.20×10-9，井水位變化97.64 cm。降雨干擾系數(shù)3.33×10-9mm-1，井水位干擾系數(shù)5.26×10-9cm-1。

2.3 水位干擾

巖體含水層中孔隙水的飽和度，受自然環(huán)境變化如降雨、人為干擾如抽地下水等影響，導(dǎo)致水位變化，因而改變孔隙水壓。黃山臺(tái)附近未出現(xiàn)人工抽水等干擾，水位變化主要受自然環(huán)境影響。通過(guò)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)變和干擾和降雨量干擾表現(xiàn)較為一致[4-5]。

氣壓、降水、水位、體應(yīng)變對(duì)比圖見(jiàn)圖2。

3? 映震能力分析

黃山臺(tái)體應(yīng)變儀運(yùn)行以來(lái)，能清晰地記錄到強(qiáng)遠(yuǎn)震，振幅明顯，有很好的同震效應(yīng)。震級(jí)越大，同震響應(yīng)振幅越大;震中越近，同震響應(yīng)振幅越大[6]。圖3為黃山臺(tái)體應(yīng)變記錄到幾次全球7級(jí)以上強(qiáng)遠(yuǎn)震。但是對(duì)中小震映震能力較弱，跟臺(tái)站位于皖南山區(qū)地震活動(dòng)水平偏低有關(guān)。

4? 結(jié)語(yǔ)

體應(yīng)變儀的探頭埋于地下一定程度上減小了地表干擾，但由于孔井地質(zhì)條件，如鉆孔巖層裂隙較大、穿過(guò)破碎帶等，氣壓、降雨等因素對(duì)黃山臺(tái)體應(yīng)變儀觀測(cè)造成一定影響。黃山臺(tái)體應(yīng)變觀測(cè)固體潮能較好地記錄全球7級(jí)以上強(qiáng)遠(yuǎn)震的地震波，有很好的同震響應(yīng)，但是對(duì)中小震映震能力較弱，跟臺(tái)站位于皖南山區(qū)地震活動(dòng)水平偏低有關(guān)，體應(yīng)變近震形變波形記錄有待進(jìn)一步積累。TJ-Ⅱ具備捕捉大震前驅(qū)波能力，但需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)采樣率，以便捕捉更多震前異常信息，更好地在地震預(yù)報(bào)中發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)

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