姑咱台钻孔应变观测曲线年变现象成因探讨

张凌空 牛安福（中国地震台网中心，北京 100045）

姑咱台钻孔应变观测曲线年变现象成因探讨

张凌空 牛安福
（中国地震台网中心，北京 100045）

2008年5月和2013年4月在四川龙门山断层上相继发生汶川8.0级地震和芦山7.0级地震，四川姑咱台震中距仅为130 km和70 km，是相距这两次地震最近的形变台站，由于该台四分量钻孔应变仪在震前均记录到明显的异常变化，因此受到很多关注。考虑到该种仪器记录到的面应变与剪应变最具有明确的物理意义，对二者观测曲线的年动态进行了研究，认为它们与钻孔水位（孔深40 m，基岩为花岗闪长岩）的变化密切相关，而水位又主要受降雨量控制。该项工作对于确定异常是否与地震有关，提供了一定背景的分析资料。

应变仪第1分量和第3分量构成的面应变（1+3）与第2分量和第4分量构成的面应变（2+4）均呈线性压缩积累变化，前者速率为51.15×10-10/h，后者为53.82×10-10/h，二者速率相近，一致性很好，表明井下探头长期处于受压状态；去除线性变化后，均呈现有规律的年动态特征，将二者做一元线性回归分析，相关系数R=0.999，回归系数b=1.002，说明两组面应变高度正相关，幅值很接近，仪器自检性能优良（1+3=2+4）。第1分量和第3分量构成的剪应变（1-3）呈压性积累变化，速率为4.324×10-10/h，第2分量和第4分量构成的剪应变（2-4）呈张性积累变化，速率为22.90×10-10/h，去除线性变化后前者幅值较小，年动态特征不明显，后者则幅值较大，年变特征清晰，将其与面应变作回归分析，R=0.999，b=1.002，表明第2组剪应变（2-4）与面应变高度一致，幅值相近。

为了查清面应变与剪应变年变形成的原因，将面应变（1+3）与钻孔水位进行比对研究，可以直观看出二者呈反向变化，即每年水位约在4～5月开始上升，面应变与之同步下降（探头受压），7月左右水位开始下降，面应变则同步上升（探头舒张），另外9～10月二者还有一个幅度稍小的同步起伏变化。将2012、2013、和2014年面应变与水位分别作一元线性回归分析，则相关系数R依次为0.935、0.938和0.919，回归系数b为2.234、2.698和2.016（10-10/mm），平均值是R=0.931，b=2.316×10-10/mm。这说明面应变与水位密切相关，其年变化系由含水层水位升降引起：水位上升导致应变仪探头受压、曲线下降，反之则上升。消除水位影响后，面应变残差曲线已基本看不出年变。

进一步探索钻孔水位年变的成因，需要引入降雨资料，由于该台的记录一直不正常，笔者使用了西边、相距1 km的姑咱海子台的资料。因为台站位于山区，降雨量很容易受到局部地形的影响，所以资料在细节上可能存在一定差异。图形显示水位上升时间段基本与降雨时间对应，说明水位升降受到降雨控制。为了看清细节，从中抽取2014年的资料加以研究，可知4、5月降雨量很小，对水位几乎没有什么影响，6月初开始雨量增大，水位急速上升，7月中旬雨量减少，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月初开始雨量急剧减少，水位逐渐降低，因此，雨量的变化大体可以解释水位的升降起伏，而气压则没有明显影响。亦有研究认为，距台站450 m远的大渡河流量变化与钻孔应变的年变有关，从给出的2012年4月到2013年4月曲线变化特征看流量增大、减小与钻孔水位的升降基本一致，故流量的变化实际上反映了雨季引起的河水涨落现象，所以河水流量与地下水位都反映了降雨影响，二者同源伴生。

综上所述，降雨是姑咱台产生钻孔水位年变的直接原因，除了大渡河流量的影响，含水层水位变化也是导致钻孔面应变与剪应变产生年变的一个重要原因。