福州地震台TJ-2型钻孔体应变观测资料干扰分析

2015-12-19陈小云黄永模卢兆辉李毅伟巫继兰多布拉

地震地磁观测与研究 2015年1期

关键词：福州气压雷电

陈小云黄永模薛飞卢兆辉李毅伟巫继兰多布拉

1）中国福建 350003福州地震台

2）中国福建351100莆田地震台

3）中国西藏自治区850000拉萨地震台

0 引言

钻孔体应变能够观测地壳应变状态随时间的连续变化（中国地震局监测预报司，2008）。TJ-2型钻孔体应变仪是钻孔体应变仪的一种，观测灵敏度为10-9的量级（中国地震局监测预报司，2003），可以观测丰富的信息，不可避免地夹杂一些非构造运动的外界干扰信息，这些信息在地震预测研究中被认为是有害的干扰因素，因此对于观测到非构造运动信息的识别是非常重要的（高福旺等，2004）。虽然钻孔体应变探头埋在地下，可以避开地表的一些干扰。但在钻孔体应变实际观测中，由于各台站井孔条件、观测环境的不同，使体应变仪记录到的固体潮受到很多因素的干扰（如地壳应变场本身受到气压、水位扰动；而雷电、仪器故障、仪器调试、电源波动等直接影响观测数据）。为了产出高质量的观测数据，台站人员需要对数据资料进行预处理，属于干扰因素造成曲线畸变的需及时处理并作说明。本文分析各干扰因素对福州地震台体应变造成的干扰动态特征，有利于干扰识别。

1 仪器安装

福州地震台位于福州市大梦山，海拔高程为7.7 m，地处长乐—诏安断裂带北段。体应变观测井位于福州地震台院内西北角井，钻孔孔深83.16 m，钻孔岩性为二长花岗岩。TJ-2型数字钻孔体应变仪于2010年1月6日安装，体应变探头下到82.2 m处，同时安装水位气压计，水位探头在水下5.5 m处。该仪器于2011年9月27日通过福建省地震局专家组验收，2012年2月26日进行正式观测。

2 正常动态特征

福州地震台钻孔体应变自安装以来能取得连续可靠的观测资料，从近两年的观测资料来看，能记录到固体潮曲线（图1），但在无干扰情况下曲线不光滑，噪声干扰明显，可能与该钻孔的岩体破碎程度有关。

3 主要干扰分析

从福州地震台钻孔体应变观测两年来产出的体应变资料来看，观测过程受到多种因素干扰，主要有：降雨、气压、水位、雷电、电源以及仪器工作状态的影响。

3.1 降雨干扰

降雨对体应变的影响可分为两类：①降雨可带来大地负荷效应，即为大暴雨时，此效应在观测曲线上可明显看到； 2013年6月20日福州市出现特大暴雨天气，降雨量达到73.9 mm，体应变和水位固体潮均出现畸变，呈压性变化（图2）；②降雨后延迟一段时间，雨水逐渐渗入岩体孔隙，孔隙水压力增加。福州地震台钻孔体应受降雨影响属于第一类情况。

图1 2013年2月2日福州台体应变固体潮曲线Fig.1 The diagram of borehole strain earth tide at Fuzhou Seismic Station on February 2, 2013

图2 2013年6月20日福州台体应变受降雨干扰曲线Fig.2 The diagram of borehole strain infl uenced by rainfall at Fuzhou Seismic Station on June 20, 2013

3.2 台风气压干扰

气压对体应变的影响主要是大气压力以负载荷的方式作用于地壳表面，造成岩体孔隙压力的改变，从而导致体应变测值发生变化（李杰等，2003）。张学阳（中国地震局监测预报司，2003）对高精度潮汐观测中气压观测的必要性进行论述，阐明了气压影响存在周期性变化。而且它的周期性变化效应在100 m内深度为最大，而福州台钻孔体应变井孔深为83.16 m，因此受气压影响较大。分析发现，体应变与气压的日变曲线基本呈同步的动态变化特征（图3）。

台风天气对体应变的影响属于非周期性短时间气压变化影响。2013年7月13日“苏力”强台风在福建沿海登陆，辅助观测气压在13日04 时28分气压值从1 000.0 hPa开始急剧减小，13日14时54分达到最低值985.7 hPa，而后转折回升，13日21时57分测值恢复正常1 000.0 hPa，气压变化量达到14.33 hPa，体应变在同一时间出现急剧的张性变化，而后随着气压值的回升转为压性变化，应变变化量达到243.3×10-9；2013年8月22日“潭美”强台风在福建登陆，辅助观测气压在21日05 时 02分气压值从1 000.0 hPa急剧减小，8月22日03时23分达到最低值977.7 hPa ，而后转折上升，22日20时53分气压恢复正常值1 000.0 hPa；体应变在同一时间出现急剧的张性变化，而后随着气压值的回升转为压性变化，应变变化量达到268.3×10-9，从两次强台风气压与体应变的变化来看，体应变受气压影响明显，基本是同步变化（图4）。

另一方面，气压的影响与井孔条件密切相关，该井孔在10.46—11.99 m、23.53—24.09 m、37.73—38.11 m、52.93—57.02 m处存在破碎带，破碎带的存在，有可能是使岩体应力应变受气压影响较为明显的主要原因。

图3 2013年1月1日福州台体应变与气压分钟值日动态对比曲线Fig.3 The diurnal dynamics diagram of thecomparison of borehole strain and the minute value of pressure at Fuzhou Seismic Station on January 1, 2013

图4 2013年8月福州台体应变受“潭美”台风气压干扰曲线Fig.4 The Comparison of Borehole Strain and pressure affected by “Tanmei” typhoon at Fuzhou Seismic Station in August,2013

3.3 地下水影响

井水位变化的本质是含水层或破碎带中孔隙水压力的变化，在孔隙水压力发生变化时，自然会带来体应变观测值的变化。由于降雨、抽水、干旱等因素的影响都可能使岩体含水层中孔隙的饱和程度发生变化，改变孔隙水压力的大小（李杰等，2003）。通过对发现2013年6月水位总体呈上升趋势，变化应变变化量为890×10-9，福州台体应变与水福州台水位、体应变的曲线进行对比分析，幅度为47.6 cm，造成体应变呈压性变化，位的变化月动态存在较好的同步性（图5）。

3.4 雷电干扰

雷电对体应变的干扰，主要表现在对仪器电路的感应（郝军丽等，2012）。2013年6月9日20时46分至22时26分、2013年8月9日18时35至23时40分福州出现强雷电天气，福州台体应变在同一时段出现畸变，且变化幅度较大，基本达到体应变的日变幅度（图6）；2013年8月14日13时25至15时35分出现雷电，但雷电强度相对弱些，体应变在同一时间出现畸变，幅度也相对小些，由此可见，体应变受雷电干扰程度的大小与雷电的强度有关。