黄山台钻孔应变典型干扰及映震能力分析

李章 赵希磊 严吉 李本有 程文坤

摘  要：选取黄山地震台钻孔体应变2015—2020年观测资料，分析其M2波潮汐因子，并结合气压、水位、降雨这3种常见干扰因素进行相关分析。结果表明：（1）气压变化会引起体应变同步变化，长周期气压变化会导致体应变趋势缓变，短周期气压变化会导致体应变固体潮畸变，短时强降雨会导致体应变和水位发生同步变化，但存在延时效应;（2）临震前，地下介质结构发生变化，导致体应变潮汐因子大幅变化，可作为地震前兆重要参考依据。

关键词：体应变  干扰  潮汐因子  资料分析

中图分类号：P315                           文献标识码：A文章编号：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

钻孔体应变观测是地壳应力应变状态及其变化规律的重要研究手段，同时也是现代地震前兆观测手段中不可或缺的技术力量（李海亮等，2010）。在地震的孕育和发生过程中，震源附近地壳中积累应变能量并快速释放，当应变能高度积累时，就处于震前临界状态。固体潮是临界状态的一种重要触发因素，因此研究固体潮对地震地震成因和地震预报有着重要的实际意义。黄山台钻孔体应变自安装运行以来，连续率和完整率保持较好水平，能清晰地记录到固体潮等前兆信息，对全球7级以上强远震有很好的同震响应，在一定程度上为地震预测提供依据[1-2]。

1  观测背景

黄山台地处皖南山区屯溪、休宁盆地，近东西向的休宁断裂和北东向的宁国—绩溪断裂从台址附近通过，台址岩性为砂岩。钻孔体应变于2009年开始架设观测，孔径130 mm，孔深68.2 m，微风化泥岩。台站应变曲线光滑，固体潮清晰，日变规律较为明显，具有良好的周期性特征（潮汐因子和相对误差分别在0.761、0.041 8左右）。体应变自观测以来，能保持较高的运行率和数据完整率。选取2020年11月1～5日观测数据（见图1），可以看出体应变日变規律明显，固体潮清晰，且和固体潮理论值有较好的对应，表现出良好的周期性特征（体应变向上表示压缩，向下表示拉张;理论固体潮向下表压缩，向上表示拉张）。

2  主要干扰分析

2.1 气压干扰

气压是对体应变观测影响的重要因素，气压的变化会在钻孔的垂直方向产生影响，岩体的侧向围压会在钻孔的水平方向产生影响。不同周期气压变化会给体应变带来不同影响，长周期气压扰动导致体应变随气压持续缓变，短临气压导致体应变随气压快速畸变。通过历年资料研究表明，气压干扰是黄山台体应变观测最重要的干扰因素之一，通过计算，二者相关系数达0.9以上[3]。

2.2 降雨干扰

因台站地处皖南山区，同时受到梅雨季节长期连续阴雨的影响以及夏季短时强降雨的影响。表现形式上有很大区别，首先，长期降雨时，日降雨量小，周期长，体应变和水位出现同步上升趋势。其次，短时强降雨，数小时内降雨量急剧增加，对大地产生较大负荷效应，体应变和水位快速拉升。以2019年7月13日为例，单日降雨量154.4 mm，其中0时至7时降雨近110 mm，体应变和水位快速拉升，曲线出现畸变，很容易误判为前兆异常。截至7月14日18时，体应变变化513.20×10-9，井水位变化97.64 cm。降雨干扰系数3.33×10-9mm-1，井水位干扰系数5.26×10-9cm-1。

2.3 水位干扰

岩体含水层中孔隙水的饱和度，受自然环境变化如降雨、人为干扰如抽地下水等影响，导致水位变化，因而改变孔隙水压。黄山台附近未出现人工抽水等干扰，水位变化主要受自然环境影响。通过计算发现，水位变化和降雨呈现较高相关性，跟钻孔岩层性质有很大关系，因此水位对体应变和干扰和降雨量干扰表现较为一致[4-5]。

气压、降水、水位、体应变对比图见图2。

3  映震能力分析

黄山台体应变仪运行以来，能清晰地记录到强远震，振幅明显，有很好的同震效应。震级越大，同震响应振幅越大;震中越近，同震响应振幅越大[6]。图3为黄山台体应变记录到几次全球7级以上强远震。但是对中小震映震能力较弱，跟台站位于皖南山区地震活动水平偏低有关。

4  结语

体应变仪的探头埋于地下一定程度上减小了地表干扰，但由于孔井地质条件，如钻孔岩层裂隙较大、穿过破碎带等，气压、降雨等因素对黄山台体应变仪观测造成一定影响。黄山台体应变观测固体潮能较好地记录全球7级以上强远震的地震波，有很好的同震响应，但是对中小震映震能力较弱，跟台站位于皖南山区地震活动水平偏低有关，体应变近震形变波形记录有待进一步积累。TJ-Ⅱ具备捕捉大震前驱波能力，但需要进一步提高数据采样率，以便捕捉更多震前异常信息，更好地在地震预报中发挥作用。

参考文献

[1] 刘小莲，陈美梅，龚薇，等.永安地震台钻孔体应变地震響应能力评估[J].地震地磁观测与研究，2017，38（2）：120-124.

[2] 卢双苓，李惠玲，范晓易，等.体应变观测数据稳定性影响因素[J].地震地磁观测与研究，2018，39（1）：123-128.

[3] 孟彩菊，杨世英，刘晓萍，等.代县地震台体应变异常与山西地震带有感地震对应关系[J].地震地磁观测与研究，2017，38（1）：96-101.

[4] 邱泽华，唐磊，郭燕平，等.姑咱台的十年钻孔应变观测和汶川地震前兆异常[J].地球物理学进展，2020，35（4）：1299-1309.

[5] 全建军，刘水莲，郑永通，等.小陶地震台体应变资料及短临异常特征分析[J].华南地震，2017，37（S1）：15-22.

[6] 吕琳，杨艳芳，解杨春.鄂东地区洞体应变潮汐观测质量评定及干扰因素剖析[J].大地测量与地球动力学，2019，39（S1）：37-40.