武漢獅子山臺(tái)形變資料分析

摘 要：分析武漢獅子山臺(tái)2015年三套形變儀的觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)三套儀器對(duì)地震、人為干擾、自然環(huán)境事件均有很好的響應(yīng)。對(duì)觀測(cè)資料異常類(lèi)型的識(shí)別可以為形變研究提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：形變儀；異常分析；固體潮曲線

引言

武漢獅子山臺(tái)于2004年建臺(tái)，位于武漢市洪山區(qū)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)的獅子山山洞內(nèi)。山洞洞頂覆蓋層厚度為25m，洞內(nèi)常年溫度為18℃左右，濕度為85%。形變觀測(cè)主要是監(jiān)測(cè)地殼的運(yùn)動(dòng)和變形，而定點(diǎn)形變可以監(jiān)測(cè)地傾斜、地應(yīng)變和周邊斷層的變形等。獅子山洞在新構(gòu)造分區(qū)中屬于鄂東南-贛北掀斜升降區(qū)的武昌-陽(yáng)新掀升區(qū)。獅子山臺(tái)北部分布有北西西走向的襄樊-廣濟(jì)斷裂和北西走向的青峰黃陂斷裂，南部分布有近東西向的烏龍泉斷裂，西側(cè)有近南北向的五通斷裂和長(zhǎng)江破裂帶，東側(cè)有梁子湖斷裂[1]。2007年獅子山臺(tái)安裝了三套形變觀測(cè)儀器：水管傾斜儀（DSQ）、垂直擺傾斜儀（VS）、洞體應(yīng)變儀-銦瓦棒伸縮儀（SS-Y）。研究形變資料和分析其異常情況有助于分析臺(tái)站周邊地殼和斷裂的變形情況，為未來(lái)地震的孕育和發(fā)生提供前兆信息。

1 資料選取

文章選取了獅子山臺(tái)2015年1月1日-2015年12月31日三套形變儀器的資料，對(duì)資料進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。三套儀器的連續(xù)率、完整率分別是：DSQ連續(xù)率99.9180，完整率99.8056；VS連續(xù)率99.9528，完整率99.5372；SS-Y連續(xù)率99.9517，完整率99.7441。連續(xù)率指的是儀器記錄的原始固體潮曲線值的連續(xù)情況，通常連續(xù)率缺失是由電源故障、標(biāo)定、儀器自身故障這些因素引起的。完整率是指儀器預(yù)處理后固體潮曲線的完整情況，通常完整率的缺失除了電源故障、校準(zhǔn)、儀器故障這些因素外，還可能是由人為干擾、雷電干擾、場(chǎng)地環(huán)境等因素引起的。電源故障會(huì)導(dǎo)致儀器直接斷記；水管儀校準(zhǔn)會(huì)表現(xiàn)為數(shù)據(jù)缺失，垂直擺儀和傾斜儀校準(zhǔn)表現(xiàn)為臺(tái)階和突跳；儀器自身故障如若是數(shù)采故障則表現(xiàn)為數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或缺失的曲線異常，探頭故障則為數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的曲線異常；調(diào)零數(shù)據(jù)曲線會(huì)出現(xiàn)脈沖狀的突跳和臺(tái)階；人為進(jìn)洞查看儀器、場(chǎng)地施工干擾等表現(xiàn)為小的噪聲曲線。

2 資料分析

DSQ、VS、SS-Y形變儀的正常固體潮曲線是一日兩潮，曲線呈兩個(gè)完整波峰波谷的形態(tài)，類(lèi)似于正弦波，反映了潮汐規(guī)律。

通過(guò)對(duì)三套形變儀器2015年固體潮曲線資料的分析，發(fā)現(xiàn)異常的變化類(lèi)型主要是地球物理事件，有少量的人為干擾、自然環(huán)境。地球物理事件主要是指儀器記錄到的地震事件，在固體潮曲線上表現(xiàn)為噪聲大、突跳，大地震有明顯的尖銳的突跳且噪聲形態(tài)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。人為干擾主要因素有：儀器調(diào)零、校準(zhǔn)、進(jìn)洞更換UPS、檢修儀器。自然環(huán)境是由降雨影響，固體潮曲線形態(tài)隨著降雨量的增加呈現(xiàn)上升或下降的過(guò)程，降雨停止后，曲線開(kāi)始回落恢復(fù)正常固體潮曲線形態(tài)。

2.1 水管傾斜儀

水管傾斜儀（DSQ）的資料顯示，2015年一共記錄到73個(gè)地震事件，記錄最小震級(jí)為2015年06月10日云南3.0級(jí)地震。記錄極遠(yuǎn)震時(shí)曲線表現(xiàn)為噪聲大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，特大地震如8級(jí)以上的極遠(yuǎn)震噪聲持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)。記錄到人為干擾事件9次，其中調(diào)零6次，校準(zhǔn)3次。DSQ北南向受VS調(diào)零干擾明顯，表現(xiàn)為小臺(tái)階，東西向受VS調(diào)零干擾影響較小。北南和東西兩分量均受同洞SS-Y儀器調(diào)零干擾明顯，表現(xiàn)為噪聲大、大的突跳。標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)的曲線表現(xiàn)為數(shù)據(jù)缺失。進(jìn)洞更換UPS電源時(shí)間較長(zhǎng)，一般為2-3小時(shí)，曲線表現(xiàn)為臺(tái)階和突跳，經(jīng)過(guò)去臺(tái)階和去突跳處理后，曲線表現(xiàn)為噪聲大似的干擾形態(tài)。

2.2 垂直擺傾斜儀

垂直擺傾斜儀（VS）的資料顯示，2015年共記錄到59個(gè)地震事件。能記錄到5.0級(jí)以上的臺(tái)灣地震且均表現(xiàn)為臺(tái)階和突跳，記錄到最小震級(jí)地震為云南3.0級(jí)地震和九江3.7級(jí)地震。共記錄到26次人為干擾事件，其中調(diào)零21次，記錄的調(diào)零事件表現(xiàn)為明顯的大的突跳和臺(tái)階，校準(zhǔn)表現(xiàn)為脈沖和臺(tái)階。VS受同洞DSQ調(diào)零干擾明顯，表現(xiàn)為突跳，無(wú)臺(tái)階。

VS調(diào)零次數(shù)較多主要是跟降雨量有關(guān)。垂直擺主要是測(cè)量地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)引起的地傾斜變化，靈敏度為0.001″，能精確測(cè)量出地面傾斜的微小變化。獅子山臺(tái)臺(tái)站基巖為泥盆系石英砂巖，當(dāng)降雨時(shí)，雨水很容易滲入到石英砂巖中，使地面發(fā)生傾斜，形變觀測(cè)對(duì)降雨，尤其是暴雨響應(yīng)靈敏，當(dāng)連續(xù)降雨量超過(guò)趨動(dòng)降雨量時(shí)，形變觀測(cè)受降雨干擾變化就會(huì)同步表現(xiàn)出來(lái)[2]。

2015年9月5日受降雨影響，VS數(shù)據(jù)曲線明顯偏離正常固體潮曲線趨勢(shì)，北南向極速上升，東西向極速下降。2015年10月5日-7日受持續(xù)降雨影響，北南向和東西向均緩慢上升變化。降雨停止后，數(shù)據(jù)曲線恢復(fù)正常固體潮形態(tài)。

2.3 洞體應(yīng)變傾斜儀

SS-Y 型銦瓦棒伸縮儀，測(cè)量的是地表兩點(diǎn)間水平距離的相對(duì)變化量，即一端固定，另一端隨著地面運(yùn)動(dòng)而壓縮或膨脹，測(cè)量的結(jié)果是相對(duì)于原始基線長(zhǎng)度的壓縮量或膨脹量[3]。該型號(hào)伸縮儀的靈敏度優(yōu)于10mv/μm。SS-Y伸縮儀適用于觀測(cè)地殼應(yīng)變和固體潮水平分量的連續(xù)變化，為研究地震孕育過(guò)程中的水平應(yīng)變的變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)[4]。

伸縮儀SS-Y在2015年共記錄到9個(gè)地震事件，均為7級(jí)以上的地震。記錄到9次人為干擾事件，其中調(diào)零4次，校準(zhǔn)4次。調(diào)零和校準(zhǔn)時(shí)數(shù)據(jù)曲線均表現(xiàn)為臺(tái)階和突跳。SS-Y受同洞VS調(diào)零干擾有明顯地臺(tái)階。10月1日-10月15日受強(qiáng)降水（累積降雨量107.5mm）干擾，SS-Y數(shù)據(jù)曲線成上升趨勢(shì)，上升幅度達(dá)1707×10-10mv/μm，16日降雨停止后，數(shù)據(jù)曲線恢復(fù)正常動(dòng)態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

獅子山臺(tái)形變儀器資料連續(xù)率和完整率均在99.5%以上，儀器運(yùn)行正常，分析其資料具有可靠性。對(duì)其三套儀器的觀測(cè)資料進(jìn)行異常類(lèi)型分析，可以發(fā)現(xiàn)DSQ型水管儀對(duì)地震事件的響應(yīng)靈敏度最高，能記錄到3.0級(jí)以上的國(guó)內(nèi)地震和5.0級(jí)以上的國(guó)外地震，但易受同洞其他儀器調(diào)零干擾或場(chǎng)地環(huán)境干擾影響。說(shuō)明其儀器的靈敏度很高，能記錄到地面運(yùn)動(dòng)的微小變化。VS型垂直擺易受降雨環(huán)境的影響，和降雨的同步響應(yīng)現(xiàn)象明顯，且隨著降雨量增大儀器零漂增大易出格，因此VS調(diào)零次數(shù)比其他兩套形變儀的次數(shù)要多。SS-Y型伸縮儀對(duì)地震響應(yīng)靈敏度不夠好，只能記錄7級(jí)以上的大地震，可能與SS-Y儀器的傳遞函數(shù)有關(guān)?？梢?jiàn)，獅子山臺(tái)的DSQ型水管儀記錄地面運(yùn)動(dòng)的靈敏度最高，其固體潮數(shù)據(jù)資料對(duì)地殼形變分析最有研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]林愛(ài)文.武漢地區(qū)斷裂構(gòu)造研究[J].武漢測(cè)繪大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，17（3）：69-76.

[2]鄭永通，張華，等.垂直擺傾斜儀干擾原因分析[J].華南地震，2015，35（2）：100-105.

[3]鄧建剛，孫伶俐.麻城臺(tái)應(yīng)變潮汐觀測(cè)資料質(zhì)量評(píng)定與穩(wěn)定性分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2013，33增刊（2）：16-20.

[4]趙鳳花，周云耀，等.應(yīng)用最小二乘法辨識(shí)SS-Y型伸縮儀的傳遞函數(shù)[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，30增刊（2）：109-111.

作者簡(jiǎn)介：章婷，女，湖北荊州人，湖北省地震局，助理工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樾巫冇^測(cè)。