師婭芳 孫宗強 師家升 李 鵬 王 琳

1）貴州省貴陽基準地震臺，貴陽550018

2）云南省水富縣防震減災局，云南水富657800

3）云南大學經濟學院，昆明650091

4）遼寧省營口地震臺，遼寧營口115101

（作者電子信箱，施婭芳：shiyafang＠sina.com）

引言

中國是世界上最早開展鉆孔應力－應變連續(xù)觀測并用于地震監(jiān)測預報的國家，至今已有50多年的發(fā)展歷史。經過“九五”和“十五”地震觀測網絡項目的發(fā)展，我國現(xiàn)已建成包括115 個臺站在內的鉆孔應變觀測臺網，取得了許多寶貴的資料，且在多次地震前觀測到了固體潮畸變、潮汐因子異常、趨勢性異常變化、矢量圖轉折、曲線毛刺、曲線波動、前驅波等前兆異?，F(xiàn)象［1－5］。

滇黔地區(qū)在“十五”項目“云南省數(shù)字地震觀測網絡建設”中，新建了包括貴陽、昭通、騰沖、永勝、麗江、勐臘、楚雄和石屏8個鉆孔應變觀測點，其中有4個臺選用了YRY－4分量式鉆孔應變儀，另外4個臺采用TJ－2體積式應變儀。滇黔8個鉆孔應變臺站觀測井孔于2007年起陸續(xù)建成并安裝儀器聯(lián)網運行。目前儀器運行正常、資料質量較好的有貴陽、昭通、騰沖、永勝和麗江5 個臺站。

地震地形變資料震前異常研究的基礎，是該測項能夠觀測記錄到地球固體潮汐變化及地震同震效應（同震應變波）。因此，根據(jù)2008～2011 年全球MW6.0 以上地震目錄，作者選取滇黔地區(qū)鉆孔應變觀測記錄資料質量較好的5個臺站的數(shù)據(jù)資料，對比分析了各臺站鉆孔應變觀測的記震能力，并將記震能力與區(qū)域地質構造、歷史地震活動情況進行比較分析。結果表明，不同臺站觀測儀器記錄地震應變波的能力不同，它們對地震記錄有各自的響應區(qū)域，位于穩(wěn)定地塊的臺站記震能力強，反之則相反［6－8］。

1 臺站井孔情況及儀器介紹

1.1 臺站井孔情況

滇黔各鉆孔應變觀測臺站的觀測井孔情況詳見表1。

1.2 儀器介紹

“十五”項目中云南省地震局所屬地震觀測臺站鉆孔應變觀測安裝配置的儀器主要是YRY－4型分量式鉆孔應變儀和TJ－2型體積式應變儀（主要技術指標見表2）。貴陽臺、昭通臺、騰沖臺和永勝臺架設的是YRY－4儀，麗江臺是TJ－2儀。

表1 滇黔鉆孔應變觀測井孔及儀器布設情況

1.2.1 YRY－4儀器介紹

YRY－4分量式鉆孔應變儀是張量式應變儀器，滿足地球應變觀測的基本要求，且儀器設計小型化，運輸安裝容易，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，運維管理簡單方便。其最大特點是測量探頭為長圓筒徑向位移式儀器，在圓筒中部位置安裝“北—南”、“北東—西南”、“東—西”、“北西—東南”4 個方向，兩兩呈45°夾角布設的4 組徑向測微傳感器，用以測量這4個方向圓筒直徑的微小變化，以確定平面中的地應變量，同時實現(xiàn)儀器自檢。儀器規(guī)定傳感器受張電信號輸出向正方向變化，受壓則向負方向變化［3］。

1.2.2 TJ－2儀器介紹

TJ－2型體積式應變儀是液壓型體積式應變儀。儀器核心部件采用液體壓力傳感器（差壓式液壓傳感器）設計，實現(xiàn)了體積小型化，高度僅為100cm，鉆孔孔徑也僅需130mm，方便儀器制作、調試、運輸、安裝及維護管理。儀器高頻特性較好，可以對較高頻率的信息進行觀測。最為特別的是，該儀器內部還加裝了一個性能完全一致的備用傳感器，以便儀器傳感器在遭受雷擊或其他原因損壞后，井下儀器設備仍能繼續(xù)工作。儀器同樣具備遠程監(jiān)控、標定、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋x器觀測數(shù)據(jù)曲線約定向正方向變化為壓縮，向負方向為膨脹［4］。

表2 滇黔鉆孔應變觀測儀器主要技術指標

2 數(shù)據(jù)及處理方法說明

本文所采用的地震目錄為美國國家地震信息中心MW≥6.0的地震目錄（UTC 時間2008－01－01～2011－12－31）。統(tǒng)計期內全球共發(fā)生MW≥6.0地震721次，其中MW6.0～6.9地震649次，MW≥7.0地震72次。

各臺站地震目錄以同期鉆孔應變觀測曲線記錄到該地震同震應變波為準進行統(tǒng)計，個別大震如2008年汶川MW7.9、2011年日本MW9.0，因部分余震被主震應變波曲線淹沒，則以該臺其他時間記錄到的該地區(qū)最小地震的震級反推。

震中距指各鉆孔應變觀測點至地震震中的距離（單位：km），采用球面上兩點間距離公式計算［6－8］。

3 記震能力研究

3.1 記震能力基本情況

（1）貴陽臺記震能力最強，共記錄到地震428 次，占總樣本的59.4%；永勝臺第二，記錄到353 次；昭通臺和麗江臺次之；騰沖臺最差，僅記錄到226 次，為樣本的31.3%（表3）。

表3 滇黔地區(qū)鉆孔應變觀測臺站記震數(shù)量統(tǒng)計

（2）儀器的記震能力并非一成不變，還受到臺站周圍環(huán)境變化的影響，如昭通臺和騰沖臺，其中昭通臺從2011年起，騰沖臺從2010年起受到環(huán)境干擾。根據(jù)表4統(tǒng)計的兩臺站各年度記震比例來看，昭通臺因為2011年日本地震及大量余震的統(tǒng)計是參考往年記錄情況推斷，所以環(huán)境干擾對昭通臺記震能力的影響暫時還不能下結論，但騰沖臺的記震比例則在2010、2011年連續(xù)略為下降，具體見表4。

表4 昭通臺和騰沖臺記錄地震比例統(tǒng)計

（3）除麗江臺外，各臺站均記錄到數(shù)量不等的同震階躍現(xiàn)象，其中貴陽臺為4 例，昭通臺為5例，且多為遠震、大震；永勝臺遠震、近震均有記錄，共7例；騰沖臺記錄的同震階躍最多，共19例，大部分為騰沖附近、中緬交界地區(qū)的地震。

（4）根據(jù)各臺站所記錄地震的震級－震中距關系圖（圖1），可以看到各臺站鉆孔應變觀測記錄到和未記錄到的地震之間存在一條近似的分割直線，直線以上的地震（實心圓）是記錄到的，直線以下是未記錄到的（空心圓）。直線附近的地震介于記到和未記到之間，是一個模糊區(qū)域，該區(qū)域的地震能否被記錄可能與實際震例的震源深度、地震波的傳播方式等有關。采用線性擬合的方法可以求出各臺站記震能力分割直線的函數(shù)，它們分別為：

式（1）～（5）中，y 為矩震級MW，x 為震中距D 的自然對數(shù)lnD。

由此可分別計算出各臺站對MW7.0、MW6.0地震的響應距離，見表5。貴陽臺鉆孔應變觀測對地震的響應范圍最廣，騰沖臺距離最短，該結果與表4中的記震數(shù)量比例關系一致。

圖1 滇黔地區(qū)鉆孔應變觀測記震能力圖（實心圓為記錄到的地震，空心圓為未記錄到的地震）

表5 滇黔地區(qū)鉆孔應變觀測臺站MW7.0地震響應距離表

3.2 記震能力的地質學分析

按照槽臺理論一級構造單元劃分的觀點，滇黔地區(qū)鉆孔應變觀測臺點自東向西分別屬于揚子地臺（二級構造單元分別為滇東臺褶帶（昭通臺）、滇中臺?。ㄓ绖倥_）、麗江—鹽源臺褶帶（麗江臺））、密波—騰沖褶皺系（二級構造單元為騰沖褶皺帶（騰沖臺））。

揚子地臺構造是指前寒武紀以來地殼上的穩(wěn)定地區(qū)，包括從云南東部至江蘇的幾乎整個長江流域和南黃海在內的準地臺，為晚元古代末由揚子旋回形成的地臺。基底由昆陽群（川西、滇東）、板溪群（湘西、黔東）、神農架群（鄂西）、九嶺群（贛北）等中、晚元古界組成。具有雙層結構，由強烈褶皺變質的基底和比較穩(wěn)定的沉積蓋層組成，兩者之間的接觸為角度不整合。地臺區(qū)域具有固結的基底，地殼的剛性較大，厚度中等，穩(wěn)定性較好。其地球物理特征有：地殼厚度變化不大，多為30～40km；無異常上地幔存在，地震波有效通過且波速穩(wěn)定；重力場、地磁場異常值較小，分布較均勻；地震及火山活動少。

貴陽、昭通地區(qū)以古生代造山帶和地臺區(qū)為主，構造線以NNE向和SN 向為主，短軸狀褶皺和殼斷裂發(fā)育，屬于揚子地臺構造的較穩(wěn)定區(qū)域，區(qū)內除貫穿滇黔交界的昭通—威寧線帶斷裂外無其他深大斷裂。該區(qū)地震活動較少，歷史地震主要分布在滇黔交界一帶，多為3級以下小震，貴州地區(qū)歷史最大地震為1819 年9 月14 日的貴定MS5.8、1948年10月9日威寧北MS5.8地震，昭通附近歷史最大地震為1917年7 月31日的大關北MS6.8地震（數(shù)據(jù)引自中國地震臺網中心目錄）。

永勝和麗江均屬于揚子地臺的西南邊緣地帶，介于穩(wěn)定地塊和非穩(wěn)定地塊之間。區(qū)內深大斷裂發(fā)育，主要是近NS向的程海大斷裂、SW 向的木里—麗江深斷裂，地質活動強烈，地震活動性強。

騰沖地區(qū)屬岡底斯—念青唐古拉晚燕山褶皺系的東南段，以中新生代陸內造山帶為主，構造線以NNW 向為主。該區(qū)廣泛出露高黎貢山群深變質巖、古生代火山—沉積巖、中新生代陸相火山—沉積巖等；印支—燕山期中酸性巖侵入強烈，新生代基性火山噴發(fā)廣泛。線狀緊閉褶皺褶束和超殼斷裂（騰沖火山斷裂）發(fā)育，地震活動十分強烈。

總之，整個云南地區(qū)深斷裂、超殼斷裂和殼斷裂發(fā)育，尤其是在云南西部和中部地區(qū)，深斷裂密集成帶，斷裂活動的歷史復雜而且漫長，具多旋回和繼承性活動特點，斷裂和斷裂交匯部位是重要的地震活動帶，見云南及周邊地區(qū)斷裂及歷史地震分布圖（圖2）［9－10］。

根據(jù)滇黔地區(qū)地質構造單元的劃分、活動斷裂的分布情況、滇黔鉆孔應變觀測臺站記震比例、云南及周邊地區(qū)歷史地震分布特點，不難發(fā)現(xiàn)：

（1）鉆孔應變觀測記震能力與區(qū)域地質構造、活動斷裂分布及歷史地震活動性有關。鉆孔應變觀測位于穩(wěn)定地質構造區(qū)域的臺站記震能力強，位于活動斷裂構造發(fā)育區(qū)域的臺站記震能力弱；歷史地震活動少的區(qū)域，鉆孔應變觀測記震能力強，歷史地震活動強烈的區(qū)域，鉆孔應變觀測記震能力弱。

圖2 云南及周邊地區(qū)MS≥5.0歷史地震震中分布圖（中國地震臺網中心目錄）

（2）滇黔鉆孔應變觀測的5個臺站從東到西依次為貴陽臺、昭通臺、永勝臺、麗江臺和騰沖臺，各觀測點構造塊體穩(wěn)定性也基本從穩(wěn)定區(qū)域至活動區(qū)域排列，其記震能力也基本服從此規(guī)律，貴陽最強，騰沖最弱，只有昭通臺記震比例略低于排列順序，可能是由于鉆孔條件及儀器的個體差異所致，需進一步深入研究（圖3）。

（3）地震波從遠距離或深部傳播，途經穩(wěn)定地塊時，其從震源傳來的信息衰減得少，因此穩(wěn)定地質構造區(qū)域的臺站記震能力強；地震波途經斷裂帶、破碎帶、褶皺區(qū)域時，震源信息衰減得多，所以活動斷裂分布多、地震活動性強的區(qū)域記震能力弱。

圖3 滇黔地區(qū)鉆孔應變觀測臺站記震比例柱狀圖

4 結論

（1）僅從記震能力方面比較，YRY－4分量式鉆孔應變儀記震能力優(yōu)于TJ－2體積式應變儀。

（2）位于穩(wěn)定塊體，歷史地震活動少的鉆孔應變儀記震能力強，記錄的同震階躍現(xiàn)象少，反之則相反。

（3）鉆孔應變儀記震能力可能會隨儀器運行狀況、儀器老化和臺址周圍環(huán)境變化而改變。評價形變儀器的運行狀況時，可將記震能力作為參考因素。

（4）使用形變資料進行地震預報及其他地球科學研究時，應考慮其記震能力。

致謝：昆明理工大學溫興平教授、云南省地震局崔慶谷總工對本文給予了指導和幫助，在此表示感謝！

［1］蘇愷之.鉆孔地應變觀測新進展.北京：地震出版社，2003

［2］邱澤華.中國分量式鉆孔地應力－應變觀測發(fā)展重要事件回顧.大地測量與地球動力學，2010，30（5）：42－47

［3］池順良，池毅，鄧濤，等.從5·12汶川地震前后分量應變儀觀測到的應變異常看建設密集應變觀測網絡的必要性.國際地震動態(tài)，2009（1）：1－13

［4］蘇愷之，李秀環(huán)，張鈞，等.TJ－2型體應變儀的研制∥地震構造與地殼應力文集，2002，15：113－121

［5］楊成元，李哲.錦州地震臺鉆孔應變同震變化觀測資料分析.地震地磁觀測與研究，2008，29（3）：69－73

［6］唐磊，邱澤華，宋茉.鉆孔四分量應變觀測自檢內精度分析.大地測量與地球動力學，2010，30（S2）：36－39

［6］張寶紅.鉆孔應變同震變化觀測報告文集.北京：地震出版社，2005

［7］宋茉，邱澤華，唐磊.鉆孔應變臺站記震能力研究.大地測量與地球動力學，2010，30（S2）：31－35

［8］師婭芳，師家升，崔慶谷，等.貴陽臺鉆孔應變觀測記震能力研究.國際地震動態(tài)，2013（9）：19－25

［9］云南省地方志編纂委員會.云南省志·卷4：地質礦產志.昆明：云南人民出版社，1997

［10］秦嘉政，皇甫崗，錢曉東.云南強震活動與預測方法研究.昆明：云南科技出版社，2005