阜新地震台体应变资料清理与研究

张松嵬，王海燕，张弘颖，宋振宇，李彤霞

（1.阜新地震台，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

阜新地震台体应变资料清理与研究

张松嵬1，王海燕2，张弘颖1，宋振宇1，李彤霞2

（1.阜新地震台，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

通过对阜新地震台体应变资料清理，总结出了阜新体应变数据的动态特征及变化规律；提取了典型的干扰形态，为在今后观测工作中排除干扰积累了宝贵经验；对体应变同震响应特征与地震之间的关系进行了详细分析，也检验了体应变仪的映震能力，为以后体应变资料分析和发现震前异常打下良好的基础。

相关性；干扰；同震响应；映震能力

0 引言

我国进行钻孔体应变观测主要是从中国地震局“九五”计划的“体应变仪的实用化研究”开始有了较大发展[1]，近些年国内许多学者也开展了许多相关研究，主要集中在以下方面：（1）干扰因素分析及排除[2-3]；（2）观测数据处理及方法[4]；（3）异常特征及其与地震关系研究[5-6]；（4）同震响应特征及其他[7-8]。上述研究多是针对某个个体钻孔开展，由于个体结果在钻孔结构、区域地质环境等方面的独特性，其研究结果不能直接应用于本测点资料，另外随着阜新体应变观测资料的不断积累，观测环境及人员变动、观测井孔改造的存档、观测数据的动态分析、各类异常动态的全面整理、以及映震效能的分析研究等都是我们面临的一个重要任务，这些资料的全面整理及系统研究可以为今后的监测及数据有效应用提供有益的参考，但这些工作在以往并未充分的开展。为进一步挖掘阜新体应变数据微动态的科学内涵、引进数据处理新方法、吸取其他研究成果的经验、增强体应变数据在日常地震预报中的应用，我台对体应变资料进行了一次全面系统的整理，并做了综合分析研究，借鉴引进国内外近年的研究成果，总结体应变观测数据的动态变化的基本规律，分析影响正常动态因素及其影响特征，提炼典型的异常特征及干扰特征，研究异常与地震活动的关系，为以后进一步深入研究及应用打下基础。

1 阜新地震台体应变手段简介

阜新地震台体应变钻孔位于中生代断陷盆地边缘花岗岩地区中一条北北东走向的小断裂带上，属裂隙水、单井涌水小于每秒1000升的地区，地形总体向西南倾斜。地下径流方向与地形一致，南北落差近48米，属一侧充水接触带的上侧。西北有一座小型水库，距井口直线距离为150米，经反复论证水库对钻孔水质、水位和体应变仪器无影响。

2002年1月开始应用TJ-2型体积式钻孔应变仪器进行正式观测，是辽西地区为数不多的重要的形变监测手段，自观测以来资料连续、完整，仪器灵敏度优于1×109，固体潮汐清晰，与其辅助手段成相关变化，能反映地下应力场的变化，可信度较高，作为当时全国唯一一个在自流井孔中观测的体应变测点，其观测资料有较好的研究价值。

2005年由于6年体应变仪遇雷击探头损坏，2005年10月新钻了2号孔，新孔孔深61米，此井孔为自流井（下文统一称为2号孔）。2005年 11月在中国地震局地壳应力研究所专家的指导下，我台完成了新钻2 号孔中新仪器探头的安装。地面测量仪在北京做了维修检测，并于2006年1月1日开始正式观测。

2008年10月21日体应变仪因数采仪故障导致数据中断。2009年2月15日地壳所专家来我台将原有九五数字化体应变仪地面主机更换为十五仪器并做调试，16日开始正式并入十五前兆台网试运行。自观测以来资料连续、完整，仪器灵敏度达到1×10-9，固体潮汐清晰，与其辅助手段成相关变化，能反映地下应力场的变化，仪器采样率为分钟值。

2 观测数据动态分析

2.1影响因素分析

2.1.1 气压影响特征分析

体应变数据曲线变化与气压变化相关性较好，特别是在气压发生大幅变化时对体应变数据曲线形态影响明显，严重时会对体应变趋势性变化造成一定影响（图1）。

2.1.2 井水位变化影响特征

体应变受水位数据曲线变化影响明显，并且有很好的相关性。在受到水位变化干扰时，体应变的响应略有延迟（图2）。

2.2动态特征分析

2.2.1 正常动态特征分析

（1）体应变数据曲线动态变化特征

2002年1号孔体应变仪所记录的数据曲线形态总体呈下降趋势，2006年2号孔体应变仪所记录的数据曲线形态总体呈上升趋势。经台站工作人员分析，这两台仪器之所以呈现出不同的趋势变化，是由于第一次在1号孔安装仪器探头后，井口未做固封处理，为半开放状态，所以数据曲线形态呈张性变化；而第二次在2号孔安装仪器探头后，对井口做了固封处理，所以数据曲线形态表现为压性变化。体应变仪数据曲线形态的这两种变化都是长期趋势性的，对数据观测质量没有造成影响，都能够较好地体现出地下应力场的变化情况（图3）。

（2）年变规律分析

我们对体应变数据做去趋势分析，体应变数据曲线有清晰的年变规律。大约在每年的7月数据曲线达到最低值，12月数据曲线达到最高值（图4）。

（3）月变、日变规律分析

体应变数据曲线有清晰的固体潮汐变化，每月大、小潮汐有规律的交替变化（图5），日变曲线有明显的驼峰形固体潮汐变化（图6）。

2.2.2 有明确干扰源的异常动态特征分析

（1）电压干扰

体应变仪2002年多次出现电压干扰，干扰形态主要表现为台阶变化。电压干扰主要是由于停电或电源电压不稳定造成，如2002年6月 29日13时至15时停电干扰，造成辅助测项测值干扰较大，但体应变变化不明显（图7）。经过十五台站改造使用UPS供电，电源电压干扰问题现在已经彻底解决。

（2）受1号孔井水流量大幅变化干扰

因1号孔与2号孔距离较近，两井又互相连通，所以当1号孔中气氡仪水泵发生故障或输水管路漏水时，就会对体应变仪数据曲线形态造成较大影响。当水泵抽水中断时体应变数据曲线的压性变化并不显著，而在抽水量增加时体应变数据曲线有明显的张性变化，变化幅度与抽水时间、流量呈正相关关系。体应变仪2012年6月26日07: 25—07: 45因气氡仪输水管接口漏水，井水流量发生变化，导致体应变数据曲线形态出现大幅阶变（图8）。

3 体应变资料与地震活动关系研究

3.1天然地震

我们将2002年1月至2012年12月体应变仪记录到的天然地震分为远震、近震、深震三部分进行研究。远震即指震中距大于1000km的地震，近震即指震中距小于1000km的地震，深震即指震源深度大于300km的地震。

3.1.1 体应变地震波形态特征分析

体应变仪记录的远震波形与测震仪记录的地震波形相似，震相有明显的衰减过程。

对中、俄交界地区深震的映震能力一般，能够记录到少数较大深震的地震波，地震波形记录的不完整，形态类似数据突跳（图9）。不过相对于远震波形态，深震的地震波形态特点还是比较明显的，很容易就能够将他们区分开。

对近震地震波形记录的也不完整，形态类似数据突跳，例如2012年5月28日体应变仪记录到的河北省唐山市M4.8级地震，震中距为369km（图9）。

经过对阜新台体应变历史资料中的地震同震响应图像逐一查找分析，目前只发现一个震例体应变仪在震前出现异常变化。这个地震是2012年12月7日16点18分在日本本州东海岸附近海域（37.8oN，144.2oE）发生的M7.4级地震，震前在16点12分时体应变数据曲线出现突升变化（图9）。因为在现有我台的体应变数据资料中只发现这样一个震例，所以目前还无法确认这一异常变化是否是地震异常，还有待于今后在日常观测中积累经验。

3.1.2 体应变同震响应特征与地震的方向性、距离、震级之间关系分析

体应变仪同震响应的响应幅度、延迟时间、形态与地震的震级、距离、方向性之间没有绝对的相关性，例如在2011年3月日本本州东海岸附近海域发生的两次地震，图中6.5级地震远震波的响应幅度（9.9E-9）反倒比6.6级地震远震波的响应幅度（6.7E-9）大（图10）。我们选取了6个不同地区震级相同的震例作对比，我们可以看出同震响应的延迟时间并没有因为震中距增大而减小，变化幅度也没有完全随着震中距减小而增大（表1）。而体应变受到的远震波形态与地震的方向性也没有表现出相关性。

造成这一结果的主要原因，我们认为有可能是由于地震波在地下不同介质中传播的速度不同、以及地震波在地下的传播方式决定的，这也充分的说明了地震的复杂性和多样性。

表1 体应变相同震级地震记录统计表

3.1.3映震能力分析

体应变仪能够清晰地记录到我国周边M6.0级以上远震的地震波，以及全球多数M7.0级以上地震的地震波（图9）。我们选取了2009年3月1日至2012年12月31日体应变数据资料，通过提取其中149个地震波与全球M7.0级以上地震目录进行对比分析，在这一时段中全球共发生M7.0级以上地震88次，其中有61次地震体应变仪有同震响应，占总地震个数的69.3%，充分说明阜新台体应变仪对大远震的响应能力较强。

对近震的映震能力不强，截止到2012年12月我们在体应变数据资料中只记录到1次，是2012年5月28日河北省唐山市M4.8级地震，震中距为369km（图9）。与之相对比2003年8月16日巴林左旗发生的M6.2级地震，震中距为256km，体应变仪就没有记录到相应的地震波形（图11）。

对中、俄交界地区深震的映震能力一般，能够记录到少数较大深震的地震波，地震波形记录的也不完整，形态类似数据突跳（图9）。

我们认为，由于体应变仪器自身特性以及采样率等因素，决定了其对长周期面波发育较好的远震接收能力较强，相对于地震波周期小、持续时间短的近震、深震及本地矿震的映震能力较弱。

3.2非天然地震

阜新台体应变仪能够记录到个别的本地矿震，记录到的形态类似于数据突跳。因为矿震持续时间短，并且体应变记录的是分钟值数据，所以只能在特定条件下记录到矿震的长周期面波（图12）。

4 结论与探讨

（1） 通过对阜新台体应变与其辅助气压、水位观测数据进行对比分析，我们发现体应变数据曲线形态变化受气压、水位变化影响明显，并且体应变与辅助气压、辅助水位数据曲线存在正相关关系，数据曲线之间有较好的同步性。

（2）阜新台体应变数据曲线固体潮汐变化清晰，有明显的年变变化规律，能够真实反映地下应力场的变化情况。

（3） 通过对由于干扰造成的体应变数据曲线形态变化特征分析，总结出了典型干扰的形态特征，为今后在日常观测工作中排除干扰提供依据。

（4）阜新台体应变仪对大远震有较强的映震能力，能够记录到大部分M6.0级以上的远震波。对近震、深震及本地矿震的映震能力不强，只能记录到极少数的地震波。我们认为，这是由于体应变仪器自身特性以及采样率等因素，决定了其对长周期面波发育较好的远震接收能力较强，相对于地震波周期小、持续时间短的近震、深震及本地矿震的映震能力较弱。

（5） 阜新台体应变数据曲线震前异常的特征尚不明确，在多年观测中我们只提取到一次震前出现异常变化的震例，还不能够总结出阜新体应变震前异常变化规律，需要我们在今后日常观测中继续积累经验。

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ANALYSIS AND RESEARCH OF THE VOLUME STRAIN DATA AT FUXIN SEISMIC STATION

ZHANG Song-wei1， WANG Hai-yan2，ZHANG Hong-ying1，SONG Zhen-yu1，LI Tong-xia2

（1.Fuxin Seismic Station，Liaoning Fuxin 123000, China；2. Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034, China）

act: Based on the analysis of the volume strain data, the dynamic characteristics and changing regular of Fuxin volume strain were summed up. And the typical morphology of interference was abstracted. It can accumulate valuable experience for future observation work in excluding the interference. The relationship between seismic attributes and earthquake according to volume strain coseismal was analyzed detailedly. And the earthquake reflecting ability of the volume deformeter has been inspected. It makes a good foundation for the future volume strain data analysis and finding anomalies before earthquakes occurred.

s: relativity; interference; co-seismic response; earthquake reflecting ability

P315.72

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.007

1674-8565（2016）04-0043-08

2016-07-06

2016-08-28

张松嵬（1977-），男，辽宁省阜新市人，毕业于辽宁师范大学，本科，工程师，现主要从事地震监测与预报工作。