嘉山台钻孔应变仪观测影响因素探究

孙亮亮 潘洁 应允翔 赵桂宝 王远

摘 要：本文对安徽省嘉山地震台TJ-Ⅱ型体应变仪观测资料进行了研究分析，重点分析降雨、气压、地下水位、人为干扰等因素对体应变仪的影响，从而探究各因素与体应变的相关性。根据各因素与体应变相关性程度不同，对观测方法进行改进，提高观测质量。通过研究正确区分出地震前兆异常和干扰异常，为地震预报工作者预报地震提供更为可靠的数据保证。研究成果已服务于台站会商及日常前兆异常跟踪工作，为体应变异常核实提供研判依据。

关键词：钻孔体应变仪 降雨 异常核实

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0050-003

安徽省嘉山地震台位于安徽东北部，该地区及邻区是安徽省地震重点监视区。体积式钻孔应变仪 （仪器型号大多为TJ-Ⅱ型），一般探头安装在地下几十米，具有人为干扰小、稳定性高等特点。近年来安徽滁州市地区（郯庐断裂南段）增上多套该类仪器，随着观测的积累与深入，获得了很多宝贵资料。本台通过对大量体应变资料进行分析，发现钻孔体应变观测受干扰因素较多，其中以气象因素对体应变影响尤为显著。深入而全面地分析研究钻孔体应变变化特征和干扰因素，可以有效提取体应变前兆异常，提高体应变在地震预报中的应用价值，是有效使用这些前兆资料、进行前兆异常跟踪分析的基础。本文对安徽省嘉山地震台TJ-Ⅱ型钻孔体应变资料干扰因素进行分析，以期达到更好地进行前兆异常跟踪分析的目的。

1 台站简介

安徽省嘉山地震台钻孔应变观测始于2009年8月，2010年3月，嘉山台TJ-2型钻孔应变仪试运行结束，开始正式投入观测。嘉山台钻孔体应变仪记录的应变曲线光滑、固体潮清晰，日变规律明显，具有良好的周期性特征（见图1）。台站位于明光市处于淮阳台隆的张公岭台拱内，属下扬子地块、印支燕山期。由于郯庐断裂带西支的影响，地块变形严重，新生代该区仍表现上升，台基岩性为玄武岩。

2 装置系统运行评价

钻孔情况。钻孔编号：01；开口孔径：150mm；终孔孔径：130mm；孔深：64.3m（到套管顶）；岩石性质：玄武岩、凹凸棒石（坡缕缟石）。裂隙、含水层、破碎带描述：钻孔用150mm的钻头开孔，钻至60.0m，改用130钻头，由于在64.8m至65.3m处岩层变化出现软弱岩层，最后钻孔到80.0m处。发现65.3m以下至80.0m均为软弱岩层后，又用水泥砂浆封孔，封孔段为65.2～80.0m。采用146mm的套管下至60.0m。

3 主要干扰分析

国内体应变观测技术研究表明，影响体应变观测的干扰因素有很多，但是最主要的干扰因素有气象因素干扰和人为因素干扰。本文重点分析了降雨、气压及人为因素干扰。

3.1 降雨影响

降雨对钻孔体应变的影响可分为两类：（1）降雨对大地产生的负荷效应。当降雨大时（特别是大暴雨时），体应变观测曲线上明显有数据变化。具体来说，当降雨量达1cm时，其对体应变观测干扰量约为0.32×10-8；（2）降雨过后对岩土产生的空隙压力效应。降雨过后，雨水会慢慢渗入岩体孔隙中，岩石含水量会逐渐增加，孔隙压力就会随之增加，迫使岩体体应变发生压缩变形。具体来说，当降雨量达1cm时，岩土水平状含水层中孔隙水压力的大约会增加1hPa，从而引起 0.73×10-8hPa的体应变变化量。

我们可以得出结论：降雨及雨水的渗透会造成水位的上升和孔隙压力增大，一般降雨对体应变的影响为压性变化。

但是安徽省嘉山地震台体应变的观测结果却不完全符合这一点。经过现场实地勘察和地质构造分析后发现，嘉山台体应变钻井和一般平地观测的体应变钻井存在两点较大不同：一是嘉山台体应变钻井位于清明山半山腰，钻孔初期钻井内没有水 ，但是可能因为岩石的破碎，后期钻孔内有流水渗入；二是钻孔到65m处时遇到软弱岩层，后用水泥砂浆回填。这极可能是导致降雨对嘉山台体应变观测影响差异的原因。选取2015年8月份数据进行分析，我们可以清晰看到降雨对体应变的压性变化作用。

8月8～10日，降雨量达95.3mm，8月19～20日，降雨量达77.3mm，引起体应变数据明显下降（见图2）。

3.2 气压影响

体应变所受到的气压影响主要来自大气压力的负荷效应，它会使地表负荷以及井孔垂直附加应力产生变化从而影响钻孔体应变。通常情况下，不同季节的风向、幅度、波长对气压干扰系数也有所不同。研究表明，短时段内的气压骤变会明显影响观测数据。具体表现为在雷雨、大风、降温等强对流极端天气过程来临之前，气压会显著影响体应变固体潮波形，使数据曲线发生畸变。

一般来说，长周期的气压缓变会影响固体潮波形趋势走向，但对钻孔应变观测所记录的固体潮波形影响并不明显，会造成波形零漂或改变漂移方向，影响时间可能会持续几天，所记录曲线表现为凹凸状，这会给异常跟踪分析带来影响。气压对钻孔应变仪器的干扰程度因台站地理位置、基岩岩性不同而各异，且气压干扰与应变不同步，存在滞后或者提前现象。

嘉山台的钻孔体应变井孔深64.3m，会受气压变化的影响，并在不同的季节表现出强弱不同，气压系数在（0.13～1.65）×10-10Pa之间。嘉山台钻孔应变与气压呈正相关，与一般台站不同（见图3）。

我们可以得出结论：通过计算、对比分析体应变观测数据及气压所记录的形态，发现气压变化与体应变观测之间呈现负相关，气压对体应变测值影响为10-9hPa量级。

3.3 人为因素影响

嘉山台体积式钻孔应变仪TJ-II，2016年5月12日16：30至2016年5月13日13：30间，体应变受到人为干扰影響。因测试水位探头是否正常，于12日16：30～16：40往井中注水50L，体应变数值产生阶变上升，变化幅度约316.6×10-9，观测数据于13：30恢复稳定（见图4）。

4 结语

（1）嘉山台体应变观测数据受降雨（大雨或暴雨）干扰较为严重，一般表现为张性变化，即呈下降趋势，与一般台站不同。这可能与嘉山台钻孔井地理、地质环境有关，需进一步深入研究。（2）嘉山台体应变观测数据与气压呈正相关，同步性较强，但是一般台站气压变化与应变观测之间呈现负相关。这可能与嘉山台钻孔井地理、地质环境有关，需进一步深入研究。（3）嘉山台体应变观测数据受钻孔内水位影响较为明显，但多年来因为水位探头安装原因，水位数据缺失对于本次研究造成很大影响。嘉山地震台正在积极协商解决水位探头问题。

参考文献

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