泉州地震台TJ-ⅡC观测资料综合分析

尤宇星，陈珊华，谢文杰，罗开奇

(泉州基准地震台，中国 福建 362000）

泉州地震台TJ-ⅡC观测资料综合分析

尤宇星，陈珊华，谢文杰，罗开奇

(泉州基准地震台，中国 福建 362000）

介绍了泉州地震台TJ-ⅡC钻孔应变仪的概况，对观测资料质量进行简单的分析。利用观测资料分钟值，对2002～2010年发生在中国台湾地区与印尼苏门答腊及附近区域强震记录特征进行了统计分析， 研究了记录地震应变波的震级与震中距、记录到时差、记录振幅等有关问题，通过对记录到的震前应力异常变化的相关分析，寻求其映震能力的有关结果。

泉州；钻孔体应变；观测质量；应变地震波；映震能力；映震特征

0 引言

钻孔体应变观测是地壳形变观测中的一种小空间尺度的观测，其工作频段宽，分辨率达到10-9，除记录固体潮外，也可以记录到地震应变波。目前有关学者研究了潮汐形变观测仪记录资料，发现不少震前应变波动异常现象[1～8]。本文在对泉州台钻孔体应变观测资料进行完整性、稳定性、观测精度等质量分析的基础上，利用固体潮观测分钟值，分析了发生强震时泉州台体应变记录的地震应变波振动特征、衰减特性、强度分布等，研究某些大震发生前泉州台体应变的短期和临震异常，从中提取具有短临预报意义的形变波变化特征。

1 泉州台钻孔体应变概况

泉州基准地震台位于福建省北东向长乐-诏安断裂带与北西向永安-晋江断裂带交汇点附近的清源山南麓罗古山南坡，地理经纬度为 24°56′35″N，118°35′30″E，其海拔高程21 m。2000年10月福建省地震局选择泉州台院内安装了一台中国地震局地壳应力研究所研制的TJ-ⅡC钻孔应变仪及气压、井下水位及室温等辅助测项，探头深度72.12 m，台站基岩岩性为交代中粒二长花岗岩，岩芯完整，多呈柱状，裂隙不发育，施工至孔深8 m处漏水，除此之外，均为极弱-隔水孔段。2001年8月开始正式投入观测，记录到的固体潮清晰、光滑、稳定，与理论固体潮一致性很好。

2 体应变观测资料质量分析

资料的完整性、稳定性、可靠性是衡量观测资料质量的重要指标[1]。观测资料只有达到观测技术标准要求时，其应用价值才高，才能更好地判断出观测资料的正常动态背景，以利于识别异常。为此有必要对观测资料进行完整性、稳定性、可靠性分析[8]。

2.1 观测资料的完整性分析

利用 （1）式计算统计了泉州台体应变2002～2010年分钟值观测资料的完整连续率，其统计结果见表1。

表1 泉州台体应变资料完整率和稳定性分析Table 1 Analyses of integrity rate and stability of borehole strain data at Quanzhou seismic station

2.2 观测资料的稳定性分析

观测资料的年变幅度和年零漂可以反映观测仪器的稳定性。钻孔体应变仪的传感器埋深大，由膨胀水泥和基岩耦合为一体，理论上体应变传感器不应出现由于地表温度变化引起的年变形态，年变幅应保持在一个较小且稳定的范围内；年零漂可用来衡量观测仪器及其墩基的稳定程度，如墩基稳定且耦合较好则仪器零漂小，获得的观测数据精确性便高[1]。图1分别为泉州台体应变的2001～2005年和2006～2010年的日均值图，其观测资料的年变幅度和年零漂统计结果见表1。

从图1(a)可以看出泉州台TJ-ⅡC钻孔应变自正式观测到2005年年底体应变观测值均为线性的张性变化，从表1可以看出泉州台TJ-ⅡC钻孔应变在安装后相当长一段时间内有较大的零漂和存在较大年变幅度，自2005年以后每年的年零漂和年变幅度逐年呈递减方式且趋于稳定。在仪器安装初期产生的零漂可能与仪器探头周边的小环境有关，如① 钻孔开挖致使某些吸水饱和层吸水膨胀，探头四周的岩石应力加大；② 地下温度场受干扰后，新的地温分布有一建立过程；③ 水泥固结缓慢过程；④钻孔开挖后的蠕变过程；⑤ 岩孔的脱水过程等[11]。2005年之后的体应变曲线零漂应该来自于仪器本身，但我们在数据处理过程中可通过加常数的方法加以改正，故不会对数据的应用产生影响。

图1 泉州台体应变日均值图Fig.1 Curve of mean daily value of borehole strain data at Quanzhou seismic station

2.3 观测资料的可靠性分析

在固体潮汐形变分析中，可采用Venedikov调和分析法来检验观测仪器和观测资料的内在精度[9～11]。本文分析了2002～2010年以来的观测资料，利用Venedikov调和分析法进行逐月分析，根据分析结果来跟踪潮汐参数随时间的变化，表2给出了泉州台体应变观测资料按月序列的潮汐参数统计结果，从表2的分析结果可以得到泉州台体应变数据完全符合形变规范要求的α≥2.0，δα/α≤0.05的内在精度要求[1]。

3 泉州台体应变观测映震能力与映震特征

表2 泉州台体应变资料调和分析逐年统计Table 2 Statistics of harmonic analysis of borehole strain data at QuanZhou seismic station every year

泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪自运以来，至2010年12月31日共记录到的112次地震形变波，能够获得较多的地下应力变化信息，尤其是分钟值能记录到强震前及震时的应力突变。如果在同一地区不同时间发生不同震级地震多次，通过研究这些地震形变波的到时、振幅、周期等基本参数的[2]，可得到泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪对该地区地震的映震能力及其映震特征。中国台湾地区及附近海域和印尼苏门答腊及附近地区同属地震多发区，泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪对这两个区域记录已到多次不同震级的地震形变波，其有关分析如下：

3.1 对台湾地区地震响应能力的分析

2001年8月1日至2010年12月31日，泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪记录到台湾地区的最小地震为MS5.8级地震，所以本文主要研究该地区发生的MS>6.0地震。台湾地区2001年8月1日至2010年12月31日共发生31次MS>6.0地震，应变仪记录到其中30条地震应变波，相关统计见表3。在记录响应时间上，最快为震后2 min，大部分记录到地震的时间集中在震后3～8 min，占全部记录的79%，地震震级的大小与记录到地震波的快慢无显著关系。在波形变化幅度上和地震的大小及震中距的距离均有较直接关系，一般地震大或震中距较近时波形更像尖锐的脉冲，地震小或震中距较远时往往是较平缓的脉冲，同时接收到的地震波初动方向表现为压性的居多。在波动持续时间上，一般震级越大，持时则越长，但对小于6.5级地震表现不明显，如在2009年10月04日台湾花莲发生6.2级地震，应变仪记录持续为16 min，而同年12月19日，同样在台湾花莲再次发生6.4级地震，应变仪记录持续仅为12 min。

从地震波形来看来：6.0～6.5级地震，如果震中距大过300 km，地震波形变化幅度较小；6.0～6.5级地震，如果震中距小于300 km，可较清晰记录到应变波；6.5级以上地震全部能清晰地记录到地震应变波形。

3.2 对印尼苏门答腊及周边地区地震响应能力的分析

印尼苏门答腊岛位于印度洋板块与欧亚板块之间，地震活动非常活跃。泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪记录到苏门答腊及附近地区的最小地震为Ms6.8级地震，通过对苏门答腊及附近海域地震研究 （相关统计见表3）发现：泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪所记录的振幅、记录时长与震级成明显正比的关系。在记录响应时间上，地震震级的大小与记录到应变波的走时则无显著关系。7.0级以上地震全部能清晰地记录到地震应变波形。

3.3 对比分析

表3 泉州台应变仪记录地震形变波特征分析Table 3 Characteristic analysis of seismic deformation wave recorded by borehole strainmeter at Quanzhou seismic station

通过表3两个地区的对比可以看出，震级与与体应变记录到的应震波振幅成正比，而震中距则与体应变记录到时差亦成正比关系。通过对比台湾地区和印尼苏门答腊地区同一级别地震，如台湾恒春海域2006年12月26日连续发生的7.1和7.4级地震以及苏门答腊西南部2010年5月9日发生的7.4级地震，分析得到体应变记录到的地震应变波特征：台湾恒春海域振幅为5.7×10-8大于苏门答腊地区5.2×10-8；记录持续时间上，台湾恒春海域接连发生两次地震的应变持时为32 min小于苏门答腊地区35 min。

3.4 震前出现阶跃异常分析

从记录的波形分析上看苏门答腊西南部2010年5月9日发生的7.4级地震在震前4 h曾出现阶跃异常 （图2黑色箭头指示）。在没有外界干扰因素影响情况下，此次阶跃异常虽然持时很短，幅度也很小，说明在震前岩石内已受到一定的外力挤压后出现短暂的应力失衡，这种变化确实是震前的一种应力改变，研究这种现象对提高临震预报能力很有意义

统计分析，对于台湾地区所记录到的所有地震应变波形，震前均没异常阶跃现象。但发生在苏门答腊及其附近区域的部分MS7.0级以上地震，震前曾出现不同程度呈张性或压性的阶跃异常，如2008年2月20日印尼苏门答腊MS7.7级地震、2009年苏门答腊附近海域MS7.4级地震 （图3黑色箭头指示）。说明泉州台钻孔应变仪对一些大震远震均能记录到一些地震应变前兆异常，如2008年5月12日汶川8.0级地震震前7 h也曾出现持时6 min变幅7*10-9阶跃 （图3黑色箭头指示）。牛福安、张晶的岩体破裂模拟实验研究表明[5]：当围绕区域出现较强的地壳运动时，所围区域将可能产生失稳前弹性应变能在局部地区的高度积累，达到峰值后，在薄弱部位发生断裂或有断层发生粘滑。在断裂发生或断层发生粘滑前会出现一个短暂的预破裂和预滑过程，产生不同于地震波且波速较慢的长周期形变波。泉州台TJ-ⅡC钻孔应变仪所记录到的这些长周期形变波如果属于此类，仔细分析应具有短临预报意义。

图2 体应变记录地震应变波形图Fig.2 Waveform diagram of seismic strain wave recorded by borehole strainmeter

4 结论

通过对泉州台体应变观测资料的观测质量、地震波的记录能力及其记录地震形变波的特征等进行统计分析，结果表明：

（1）泉州台体应变资料年变幅度及年零漂自安装后逐年减小，趋于稳定。

图3 体应变记录地震应变波分钟值特征Fig.3 Characteristic of minute value of seismic strain wave recorded by borehole strainmeter

（2）从地震波记录能力上分析：台湾地区5.8级以上、印尼苏门答腊一带7.0级以上、全球8.0级地震以上可较清晰完整地记录到地震应变波形。

（3）从地震波特征分析：地震波变化幅度与地震震级的大小成正比，远震大震其记录的地震波持时较长，而体应变记录到应变地震波的早晚与震级的大小并无显著关系。

（4）震中距较远的大震震前常有较明显的应变阶跃现象，但目前为止记录到的地震应变震例并不多，需要仪器的长期稳定运行，积累资料、总结案例。

[1]中国地震局监测预报司.地壳形变数字观测技术[M].北京：地震出版社，2003

[2]郑江蓉，徐桂明，李鸿宇，等.江苏体应变观测质量和强震响应能力综合分析[J].大地测量与地球动力学，2005，25(04)： 63-68.

[3]方宏芳，张凯，张翊宁.福建省钻孔体应变同震响应分析[J].内陆地震，2010，24(03)：275-280.

[4]彭华，马秀敏，姜景捷.山丹地应力监测站体应变仪的地震效应 [J].地质力学学报，2008，14(2)：97-107.

[5] 牛安福，张晶，高福旺，等.地壳持续加速变形与地震关系的研究[J].大地测量与地球动力学，2002，22(01)：29-33.

[6]陈莹，刘序俨，朱石军，等.汶川大震时福建四种观测系统的体应变响应分析[J].华南地震，2009，29 (04)：85-94.

[7] 郑江蓉，李鸿宇，梁学萍，等.溧阳体应变观测资料综合分析[J].地震地磁观测与研究，2005，26 (04)：90-97.

[8]李杰，邹钟毅，闫德桥，等.TJ-2型钻孔体应变仪数字化观测资料分析[J].大地测量与地球动力学，2002，22(8)：69-74.

[9]刘水莲，李祖宁，杨颍，等.福建省数字化钻孔体应变观测资料质量初步分析[J].华南地震，2007，27（4）：79-87.

[10]王梅，毛玉华，孔向阳，等.数字化体应变观测资料的调和分析[J].地震研究，2005，28(01)：24-27.

[11] 李杰，刘敏，邹钟毅，等.数字化钻孔体应变干扰机理及异常分析[J].地震研究，2003，26(03)：230-238.

[12]蒋骏，李胜乐，张雁滨，等.地震前兆信息处理与软件系统[M].北京：地震出版社，2000.

Comprehensive Analysis of TJ-ⅡC Observation Data at Quanzhou Seismic Station

YOU Yuxing，CHEN Shanhua，XIE Wenjie，LUO Kaiqi

（Quanzhou seismic station，Fujian 362000，China）

This paper introduces TJ-ⅡC borehole strainmeter at Quanzhou seismic station and analyses the quality of its observation data.Based on the minute-value observation data,we conduct a statistical analysis of strong motion records of Taiwan and Indonesian Sumatra and its adjacent area from 2002 to 2010.And investigate parameters such as magnitude of seismic strain wave,epicentral distance,arrival time difference and amplitude.By analyzing seismic stress changes before earthquakes,earthquake-reflecting ability of the borehole strainmeter is represented.

Quanzhou；Borehole Strain；Observation Quality；Seismic Strain Wave；Earthquakereflecting Ability；Earthquake-reflecting Characteristics

P315.61

A

1001-8662（2012）03-0118-07

2012-01-10

尤宇星，男，1979年生，助理工程师.主要从事地下流体观测工作。E-mail:181420741@qq.com.