張凌空 牛安福（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

姑咱臺鉆孔應(yīng)變觀測曲線年變現(xiàn)象成因探討

張凌空 牛安福
（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

2008年5月和2013年4月在四川龍門山斷層上相繼發(fā)生汶川8.0級地震和蘆山7.0級地震，四川姑咱臺震中距僅為130 km和70 km，是相距這兩次地震最近的形變臺站，由于該臺四分量鉆孔應(yīng)變儀在震前均記錄到明顯的異常變化，因此受到很多關(guān)注?？紤]到該種儀器記錄到的面應(yīng)變與剪應(yīng)變最具有明確的物理意義，對二者觀測曲線的年動態(tài)進(jìn)行了研究，認(rèn)為它們與鉆孔水位（孔深40 m，基巖為花崗閃長巖）的變化密切相關(guān)，而水位又主要受降雨量控制。該項工作對于確定異常是否與地震有關(guān)，提供了一定背景的分析資料。

應(yīng)變儀第1分量和第3分量構(gòu)成的面應(yīng)變（1+3）與第2分量和第4分量構(gòu)成的面應(yīng)變（2+4）均呈線性壓縮積累變化，前者速率為51.15×10-10/h，后者為53.82×10-10/h，二者速率相近，一致性很好，表明井下探頭長期處于受壓狀態(tài)；去除線性變化后，均呈現(xiàn)有規(guī)律的年動態(tài)特征，將二者做一元線性回歸分析，相關(guān)系數(shù)R=0.999，回歸系數(shù)b=1.002，說明兩組面應(yīng)變高度正相關(guān)，幅值很接近，儀器自檢性能優(yōu)良（1+3=2+4）。第1分量和第3分量構(gòu)成的剪應(yīng)變（1-3）呈壓性積累變化，速率為4.324×10-10/h，第2分量和第4分量構(gòu)成的剪應(yīng)變（2-4）呈張性積累變化，速率為22.90×10-10/h，去除線性變化后前者幅值較小，年動態(tài)特征不明顯，后者則幅值較大，年變特征清晰，將其與面應(yīng)變作回歸分析，R=0.999，b=1.002，表明第2組剪應(yīng)變（2-4）與面應(yīng)變高度一致，幅值相近。

為了查清面應(yīng)變與剪應(yīng)變年變形成的原因，將面應(yīng)變（1+3）與鉆孔水位進(jìn)行比對研究，可以直觀看出二者呈反向變化，即每年水位約在4～5月開始上升，面應(yīng)變與之同步下降（探頭受壓），7月左右水位開始下降，面應(yīng)變則同步上升（探頭舒張），另外9～10月二者還有一個幅度稍小的同步起伏變化。將2012、2013、和2014年面應(yīng)變與水位分別作一元線性回歸分析，則相關(guān)系數(shù)R依次為0.935、0.938和0.919，回歸系數(shù)b為2.234、2.698和2.016（10-10/mm），平均值是R=0.931，b=2.316×10-10/mm。這說明面應(yīng)變與水位密切相關(guān)，其年變化系由含水層水位升降引起：水位上升導(dǎo)致應(yīng)變儀探頭受壓、曲線下降，反之則上升。消除水位影響后，面應(yīng)變殘差曲線已基本看不出年變。

進(jìn)一步探索鉆孔水位年變的成因，需要引入降雨資料，由于該臺的記錄一直不正常，筆者使用了西邊、相距1 km的姑咱海子臺的資料。因為臺站位于山區(qū)，降雨量很容易受到局部地形的影響，所以資料在細(xì)節(jié)上可能存在一定差異。圖形顯示水位上升時間段基本與降雨時間對應(yīng)，說明水位升降受到降雨控制。為了看清細(xì)節(jié)，從中抽取2014年的資料加以研究，可知4、5月降雨量很小，對水位幾乎沒有什么影響，6月初開始雨量增大，水位急速上升，7月中旬雨量減少，水位有所降低，8～9月雨量再次增大，水位上升并保持高值，10月初開始雨量急劇減少，水位逐漸降低，因此，雨量的變化大體可以解釋水位的升降起伏，而氣壓則沒有明顯影響。亦有研究認(rèn)為，距臺站450 m遠(yuǎn)的大渡河流量變化與鉆孔應(yīng)變的年變有關(guān)，從給出的2012年4月到2013年4月曲線變化特征看流量增大、減小與鉆孔水位的升降基本一致，故流量的變化實際上反映了雨季引起的河水漲落現(xiàn)象，所以河水流量與地下水位都反映了降雨影響，二者同源伴生。

綜上所述，降雨是姑咱臺產(chǎn)生鉆孔水位年變的直接原因，除了大渡河流量的影響，含水層水位變化也是導(dǎo)致鉆孔面應(yīng)變與剪應(yīng)變產(chǎn)生年變的一個重要原因。