巫繼蘭陳小云洛旦巴珠多布拉索朗多吉

1） 中國西藏自治區(qū)850000拉薩地震臺

2） 中國福建350001福州地震臺

3） 中國西藏自治區(qū)859000阿里地震臺

拉薩地震臺鉆孔體應(yīng)變觀測資料分析

巫繼蘭1）陳小云2）洛旦巴珠1）多布拉3）索朗多吉1）

1） 中國西藏自治區(qū)850000拉薩地震臺

2） 中國福建350001福州地震臺

3） 中國西藏自治區(qū)859000阿里地震臺

選取西藏拉薩地震臺鉆孔體應(yīng)變2008—2014年觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)用維尼迪科夫調(diào)和分析方法，檢驗(yàn)資料內(nèi)精度和穩(wěn)定性，并對體應(yīng)變干擾因素進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，由于鉆孔條件差，拉薩地震臺鉆孔體應(yīng)變觀測資料內(nèi)精度低，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，但干擾因素少。因此，需做好觀測儀器日常維護(hù)工作，保證觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性及完整率，從而提高體應(yīng)變觀測資料質(zhì)量。

鉆孔體應(yīng)變；潮汐因子；精度和穩(wěn)定性；干擾分析

0 引言

青藏高原位于全球唯一陸殼與陸殼俯沖帶（歐亞板塊與印度板塊的俯沖帶）上，該地區(qū)蓄積和釋放著大量地球內(nèi)能，成為全球地震活動(dòng)頻繁區(qū)域之一。拉薩地震臺（以下簡稱拉薩臺）地處青藏高原，位于拉薩市北郊，距市區(qū)4 km，海拔3 789 m，主要任務(wù)是向中國地震局相關(guān)單位和西藏自治區(qū)地震局提供國內(nèi)外地震參數(shù)，參加國際地震資料交換及其他科研任務(wù)。該臺所處地理位置重要，記錄資料準(zhǔn)確、可靠，為國內(nèi)外科學(xué)工作者所矚目。拉薩臺是中國政府批準(zhǔn)的聯(lián)合國全面禁止核試驗(yàn)條約指定的監(jiān)視全球地下核爆炸的重要地震臺站，為中國國防建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。拉薩臺TJ-Ⅱ型鉆孔體應(yīng)變儀是臺站“十五”項(xiàng)目新增儀器，于2007年8月安裝，觀測靈敏度為10-9的量級（中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2003），能夠觀測地殼應(yīng)變狀態(tài)依時(shí)間的連續(xù)變化（中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2008），至今已取得連續(xù)可靠的觀測資料。TJ-Ⅱ型鉆孔體應(yīng)變儀可以觀測豐富的地球內(nèi)部信息，工作頻段寬，除可以記錄到清晰固體潮，還可以記錄到可靠的近震、遠(yuǎn)震地震波。因此，研究拉薩地震臺鉆孔體應(yīng)變觀測資料，分析其內(nèi)在質(zhì)量及存在的干擾因素，對今后利用該臺觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)，具有重要的指導(dǎo)作用。

1 臺站觀測背景

拉薩臺是省級地震臺站，中國地震局地震基本臺網(wǎng)Ⅰ類基本臺，周圍無大中型工礦企業(yè)，無重大干擾源，日溫差不到13℃，相對濕度30%，臺基為花崗石，交通、通訊條件方便，形變觀測條件良好，現(xiàn)有觀測環(huán)境達(dá)到鉆孔體應(yīng)變儀觀測要求?！笆濉逼陂g安裝TJ-Ⅱ鉆孔體應(yīng)變觀測儀，鉆孔選建在臺站大院內(nèi)，孔深70.43 m，與觀測房間距約50 m。鉆孔體應(yīng)變儀主機(jī)安置在專用儀器房內(nèi)，探頭饋線采用套管地埋方式接入主機(jī)，在儀器附近覆蓋層較厚場地布設(shè)避雷接地網(wǎng)，并配置WYY-1型氣象儀器作為輔助觀測，觀測項(xiàng)目有氣壓、氣溫、水位。拉薩臺觀測儀器性能穩(wěn)定，產(chǎn)出的資料清晰、持續(xù)、穩(wěn)定，具有較高的實(shí)用性，達(dá)到該觀測項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)要求。

2 鉆孔體應(yīng)變數(shù)據(jù)變化特征

2.1 動(dòng)態(tài)變化

對拉薩臺2008—2014年鉆孔體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TJ-Ⅱ鉆孔體應(yīng)變儀安裝初期，工作不穩(wěn)定，2009年5月后逐漸趨于穩(wěn)定，探頭與巖石的耦合狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定。從表1中體應(yīng)變年變幅度可以看出，2008年、2009年鉆孔體應(yīng)變年變幅度大，2010—2014年年變幅逐漸變小，年漂移量趨于穩(wěn)定，說明TJ-Ⅱ儀工作狀態(tài)趨于穩(wěn)定，體應(yīng)變總體呈張性下降變化。

表1 拉薩臺體應(yīng)變觀測資料年變幅統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of annual variations of body strain data at Lhasa Seismic Station

2.2 年變形態(tài)

從表1可知，2013年鉆孔體應(yīng)變年變幅最小，說明儀器運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，因此，選取該年鉆孔體應(yīng)變及輔助測項(xiàng)（氣溫、氣壓、水位觀測數(shù)據(jù)）預(yù)處理資料，分析觀測資料年變形態(tài)，其觀測日值曲線見圖1。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，2013年氣溫、氣壓年變形態(tài)呈夏高冬低，氣壓年變幅度約28 hPa，氣溫年變幅度約25.6 ℃，水位年變幅度約170 cm。由圖1可見，水位6月達(dá)最低值，10月初達(dá)最高值，水位變化與拉薩地區(qū)季節(jié)性融雪及降雨補(bǔ)給相對應(yīng)；體應(yīng)變觀測曲線具有固定的年變形態(tài)，1—5月緩慢下降，6—9月趨于平穩(wěn)，10—12月轉(zhuǎn)折為快速下降，年漂移量為-278×10-9，觀測曲線整體呈張性下降趨勢。

2.3 地震異常特征

拉薩臺鉆孔體應(yīng)變可以清晰記錄到遠(yuǎn)震及近震波形，以2010年2月27日智利8.8級地震和同年11月30日拉薩當(dāng)雄縣5.2級地震為例，分析地震異常特征，體應(yīng)變觀測曲線見圖2。由圖2可見，遠(yuǎn)震（智利8.8級地震）地震波表現(xiàn)為振蕩波形，且震級越大，地震波持續(xù)時(shí)間越長，從十幾分鐘至幾個(gè)小時(shí)，記錄到體應(yīng)變波形幅度越大，甚至達(dá)360×10-9，而近震（當(dāng)雄5.2級地震）地震波表現(xiàn)為脈沖波形，持續(xù)時(shí)間短（圖2）。

圖1 2013年拉薩臺體應(yīng)變及輔助觀測日值曲線Fig.1 Daily mean curves of body strain and auxiliary observation data at Lhasa Seismic Station in 2013

圖2 2010年拉薩臺體應(yīng)變觀測曲線(a) 2月27日智利8.8級地震； (b) 11月30日拉薩當(dāng)雄縣5.2級地震Fig.2 Observational curve of body strain at Lhasa Seismic Station in 2010

3 干擾分析

從拉薩臺鉆孔體應(yīng)變資料可以正常觀測到地震異常，常見干擾有氣壓、停電、儀器開閥等因素。臺站觀測區(qū)域年降雨量小，觀測場地覆蓋層厚，體應(yīng)變受降雨荷載、降雨引起的水位上升、春季融雪等干擾不明顯。在此以氣壓干擾和電源干擾為例，分析體應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)干擾特征。

3.1 氣壓干擾

氣壓對體應(yīng)變的影響主要是，大氣壓力以負(fù)載荷的方式作用于地殼表面，造成巖體孔隙壓力改變，從而導(dǎo)致體應(yīng)變測值發(fā)生變化（李杰等，2003；高福旺等，2004；劉川琴等，2014）。在高精度潮汐觀測中，氣壓影響存在周期性變化，且在鉆孔深度100 m內(nèi)，周期性變化效應(yīng)最大，而拉薩臺鉆孔體應(yīng)變井孔深70.43 m，受氣壓影響較大，通過分析發(fā)現(xiàn)，體應(yīng)變與氣壓的日變曲線基本呈同步動(dòng)態(tài)變化特征，見圖3。

圖3 2011年7月拉薩臺氣壓與體應(yīng)變?nèi)罩祵Ρ惹€Fig.3 The pressure compared with body strain log curve at Lhasa Seismic Station in July，2011

3.2 電源干擾

電源干擾是體應(yīng)變觀測過程中常見干擾因素，實(shí)際工作可以避免此類干擾。2010年1月18日體應(yīng)變觀測曲線出現(xiàn)突跳（圖4），經(jīng)落實(shí)為市電維修停電，自動(dòng)切換直流供電產(chǎn)生脈沖，市電恢復(fù)后觀測曲線回復(fù)正常變化。針對停電干擾，配備UPS供電系統(tǒng)，即可解決因停電造成的影響。

4 體應(yīng)變資料內(nèi)精度分析

據(jù)王梅等（2005）、陳德福等（2005）、劉水蓮等（2007）的研究，體應(yīng)變觀測資料的內(nèi)在質(zhì)量精度可以采用M2波潮汐因子大小、穩(wěn)定性及潮汐因子中誤差大小來衡量。本文采用維尼迪可夫調(diào)和分析方法，采用2日滑動(dòng)整點(diǎn)值月序列，計(jì)算拉薩臺鉆孔體應(yīng)變2008—2014年M2波潮汐因子及相位滯后，分析觀測資料質(zhì)量。

圖4 2010年1月18日拉薩臺體應(yīng)變停電干擾曲線Fig.4 The diagram of borehole strain infuenced by power off at Lhasa Seismic Station on January 18，2010

統(tǒng)計(jì)拉薩臺體應(yīng)變觀測資料調(diào)和分析結(jié)果，見表2，可以看出，拉薩臺體應(yīng)變潮汐因子小于2.0（地殼形變觀測規(guī)范要求潮汐因子大于2.0），中誤差2008年為0.098 2、2009年為0.062 0，均大于地殼形變觀測規(guī)范要求的誤差范圍（規(guī)范要求，相對誤差不大于0.05），2010—2014年相對誤差均小于0.05，滿足規(guī)范要求，說明該臺TJ-Ⅱ儀體應(yīng)變儀在2008年、2009年工作不穩(wěn)定，2010年后漂移穩(wěn)定，中誤差小于0.05，符合觀測規(guī)范要求，但是潮汐因子小于2.0，不符合規(guī)范要求。通過維尼迪可夫調(diào)和分析，認(rèn)為拉薩臺體應(yīng)變觀測資料內(nèi)精度不高，資料穩(wěn)定性較差，無法達(dá)到規(guī)范要求，可能與鉆孔地質(zhì)條件差有關(guān)。

表2 拉薩臺體應(yīng)變資料調(diào)和分析逐年統(tǒng)計(jì)Table 2 Annual statistics of harmonic analysis of body strain data at Lhasa Seismic Station

5 結(jié)論

通過對拉薩臺鉆孔體應(yīng)變觀測資料進(jìn)行分析，認(rèn)為干擾因素比較少，容易識別及排除。采用維尼迪可夫調(diào)和分析方法，對拉薩臺體應(yīng)變資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)內(nèi)精度不高，穩(wěn)定性較差，可能與鉆孔地質(zhì)條件差有關(guān)，但是鉆孔的先天條件已經(jīng)無法改變，只能加強(qiáng)管理，觀測資料精度受到資料連續(xù)性、儀器穩(wěn)定性影響，缺記率越高，資料精度越低，應(yīng)避免因停電、通訊故障等造成的缺數(shù)現(xiàn)象，做好日常維護(hù)工作，保證通訊暢通，電源供電不間斷，對儀器故障及時(shí)排除與維修，以提高觀測資料完整率，從而提高觀測資料質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

陳德福，段立新，李玉，等.懷來等臺固體潮觀測調(diào)和分析結(jié)果[J].華北地震科學(xué)，2000，18（2）：50-55.

高福旺，李麗，等.對體應(yīng)變干擾因素的識別及排除[J].地震，2004，12（4）：90-97.

李杰，劉敏，等.數(shù)字化鉆孔體應(yīng)變干擾機(jī)理及異常分析[J].地震研究，2003，26（3）：230-238.

劉川琴，隆愛軍，盧葉蕭，等.合肥地震鉆孔體應(yīng)變干擾分析[J].地震地磁觀測與研究，2014，35（6）：208-212.

劉水蓮，李祖寧，楊穎，等.福建省數(shù)字化鉆孔體應(yīng)變觀測資料質(zhì)量初步分析[J].華南地震，2007，27（4）：79-86.

王梅，毛玉華，孔向陽，等.數(shù)字化體應(yīng)變觀測資料的調(diào)和分析[J].地震研究，2005，28（1）：24-27.

中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.地殼形變測量[M].北京：地震出版社，2008：226.

中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.地殼形變數(shù)字觀測技術(shù)[M].北京：地震出版社，2003：91.

Analysis of observation data of borehole strain at Lhasa Seismic Station

Wu Jilan1)，Chen Xiaoyun2)，Luodanbazhu1)，Duobula3)and Suolangduoji1)
1)Lhasa Seismic Station,Tibet Autonomous Region850000,China
2)Fuzhou Seismic Station,Fujian Province350001,China
3)Ali Seismic Station,Tibet Autonomous Region859000,China

Selecting Tibet Lhasa seismic borehole body strain observation data of 2008—2014 and using Vinedikov’s harmonic analysis method, the precision and stability of test data, and the body strain interference factors were analyzed.Analysis results show that due to poor drilling, seismic borehole body strain observation data is in low accuracy and not stable at Lhasa Seismic Station.But there is less interference factors.So, it is needed to do a good job in observation instrument daily maintenance to ensure the continuity of observation data and complete rate for improving the quality of body strain observation.

borehole body strain，tidal factor，precision and stability，interference analysis

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.015

巫繼蘭（1964—），女，拉薩人，工程師，主要從事地震監(jiān)測與預(yù)報(bào)工作

2015年中國地震局臺站三結(jié)合課題

本文收到日期：2016-01-19