曲翠蘭

(河南省信陽地震臺，河南 信陽 464031)

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洞體伸縮儀SS-Y的滑坡斷層應(yīng)變特征研究

曲翠蘭

(河南省信陽地震臺，河南 信陽 464031)

蠕動滑坡是影響地傾斜應(yīng)變數(shù)據(jù)觀測效能的一種重要干擾因素，在中長期預(yù)報上尤為明顯。2014年2月至2015年3月信陽地震臺伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升特征，與2000年1月28日信陽地震臺目視水管儀出現(xiàn)的震前NS分量短時大幅突跳和EW分量破年變的隨州4.3級地震前兆異常特征相似。本文通過對兩次數(shù)據(jù)的特征對比、山洞實地測量和定量計算后認(rèn)為，此次伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升是由于形變山洞洞口處的土方蠕動滑坡所致，排除地震前兆異常的可能。

洞體伸縮儀；拉張；土體滑動

自2012年以來鄂豫皖交界區(qū)持續(xù)發(fā)生中小型地震活動，震情形勢加劇。在此背景下，尋找地震前兆異常，監(jiān)視預(yù)測該地區(qū)震情趨勢尤為關(guān)鍵。自2014年2月起信陽地震臺洞體伸縮儀SS-Y東西分量一直處于上升態(tài)勢，與2000年1月28日信陽地震臺目視水管儀出現(xiàn)的震前NS分量短時大幅突跳和EW分量破年變的隨州4.3級地震前兆異常特征相似。本文擬在異常核實的基礎(chǔ)上，通過計算、分析論證此次洞體伸縮儀異常可能性，為鄂豫皖交界區(qū)的預(yù)測預(yù)報提供相關(guān)的佐證。

1　觀測效能分析

1.1臺站概況

信陽地震臺(代碼：41004)始建于1971年，位于信陽市南灣風(fēng)景區(qū)。臺站往南距賢山約0.8 km，距南灣水庫約1 km。信陽臺形變山洞，位于朱陽關(guān)-南陽-桐柏-信陽-金寨斷裂的東段北側(cè)邊緣，該區(qū)主要出露地層為下古生界角閃片麻巖。

形變山洞所在山體較小，相對高度為25 m，山洞被覆體從下往上為預(yù)制混凝洞全長140 m，形變儀器置于山洞進深30～75 m的通道中，分NS、EW兩個方向，墩基為灰?guī)r墩。洞室溫度年變化量小于0.5℃，日溫差小于0.1℃，相對濕度穩(wěn)定在100%[1](圖1)。

圖1　信陽臺形變山洞

1.2震例分析

2000年1月28日21點05分湖北隨州發(fā)生ML4.2級地震(32°01′N ,113°41′E)，距離信陽地震臺40km，1月20日至1月23日，NS向測值在原來大體略向南傾的變化趨勢基礎(chǔ)上,變化幅度加大，4天內(nèi)向南傾斜0.26″；24日異常幅度達2″；25日一天的異常幅度就達到6.18″；從27日開始大幅度回升(向北傾)，回升幅度為4 .37″,28日再次回升，幅度達4.2″，此時其測值已超過1月23日前的水平。28日21時發(fā)生隨州ML4.3地震,29日測值恢復(fù)到原來的正常狀態(tài)(圖2a)。在這次異常過程中,NS向測值僅1月25日1天的異常變化量就是該測向1995年以來最大年變幅度(0.47″)的13倍[2]。該臺水管傾斜儀EW向測值自1999年6月起出現(xiàn)反向，即西傾異常變化，至2000年1月底異常幅度達最大值，約0.97″，持續(xù)至2000年5月基本結(jié)束(圖2b)。

隨州4.3級地震震中位于信陽臺西南方，與目視水管儀只有NS向出現(xiàn)異常的特征一致。在1月20日前后，其洞室溫度變化穩(wěn)定，排除溫度的干擾。從降水看，從10日至16日期間出現(xiàn)了降雨天氣，加之信陽臺的形變山洞確實存在被覆不夠的問題，據(jù)此推斷此輪降水很有可能是其干擾源。然而，該山洞主要是EW向上方被覆厚度不夠，降水一般只會對EW分量產(chǎn)生影響，若發(fā)生強降雨或長時間降雨會導(dǎo)致目視水管儀兩分向都產(chǎn)生緩變，由此排除降水干擾的可能。

(a)

(b)

自1981年開始正式形變觀測至這次ML4.2地震前，信陽地震臺周圍150 km范圍內(nèi)未發(fā)生過ML≥4.0地震，50 km范圍內(nèi)也僅發(fā)生了3次ML3.0地震，該臺水管傾斜儀測值從未出現(xiàn)如此大幅度的異常。從異常發(fā)生的第二天起，臺站工作人員檢測了液體總量、儀器參數(shù)以及進行多人重復(fù)讀數(shù)等，直至異常結(jié)束。結(jié)果表明,儀器工作正常，無人為干擾，觀測環(huán)境無變化，異常是真實可信的。因此，本文認(rèn)定此次為隨州4.3級地震的前兆異常，其表現(xiàn)特征為：震前NS分量短時大幅突跳和EW分量破年變。

通過以上的分析論證，本文認(rèn)為信陽地震臺的形變山洞觀測預(yù)報效能較好，能夠偵察50 km范圍內(nèi)的4級地震或100～200 km范圍內(nèi)的5～6級地震。

2　異常特征研究

信陽地震臺洞體伸縮儀自2008年9月進入正式觀測階段，至今已有7年多。2014年至今EW分量經(jīng)歷年初歸零、標(biāo)定和1次更換傳感器經(jīng)歷。本文利用唐九安(2015)的地傾斜應(yīng)變專用分析方法，對該套儀器EW分量2009年1月至2015年12月觀測曲線進行了預(yù)處理，去除了歸零、標(biāo)定和更換傳感器的影響。

從圖上看，EW分量自2014年2月至2015年3月呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢，主要分以下幾個階段：2014年1月至2月上旬，為相對緩慢上升時期，從-393(10-8)上升到2 100(10-8)附近；2014年中旬，經(jīng)歷了急始上升過程，從2 100(10-8)上升到4 500(10-8)；自2014年2月下旬到2014年11月又進入了一個整體緩慢上升的階段，曲線值到達7 600(10-8)；進入12月后，伸縮儀又經(jīng)歷了相對快速持續(xù)拉張的時期，上升差值接近7 000(10-8)，直至2015年3月結(jié)束(圖3)。此次變化特征與2000年隨州4.3級地震出現(xiàn)的前兆異常類似，有可能為地震前兆。

圖3　洞體應(yīng)變伸縮儀(SS-Y)2014年1月至2015年12月觀測曲線

地應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)常見的干擾源有儀器系統(tǒng)本身、觀測場地等干擾因素。若本文逐個排除干擾因素之后仍無法確定異常原因，就很有可能是一項反映地殼應(yīng)變的前兆異常了。

圖4　洞體應(yīng)變東西分量與洞室溫度(201401-201512)相關(guān)分析

在確定儀器系統(tǒng)本身完全正常的情況下就要考慮觀測場地的干擾，如溫濕度、降水、載荷震動等。考慮到伸縮儀數(shù)據(jù)特征，排除掉降水干擾。根據(jù)以往信陽地震臺形變觀測經(jīng)驗，洞室溫度對伸縮儀數(shù)據(jù)有比較低頻的干擾存在。因此在上述預(yù)處理基礎(chǔ)上，本文首先對EW分量

的數(shù)據(jù)與該套儀器所在的形變山洞的洞室溫度進行相關(guān)性分析計算。一般認(rèn)為，相關(guān)系數(shù)L越高，兩者相關(guān)性強，意味著因變量的變化越受自變量制約[3]。計算結(jié)果表明，EW分量與洞室溫度呈現(xiàn)的相關(guān)性不高，相關(guān)系數(shù)從-0.908～0.954均有分布，因而本文認(rèn)為由洞室溫度影響EW分量變化的可能性不大。

圖5　直桿模型

在異常調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)在形變山洞的南洞口處，洞壁四周出現(xiàn)了一條分布連續(xù)的裂隙，該裂隙的斷面方位處于東西向上，與SS-Y東西分量處于同一方位(圖1)。同時，該裂隙是近2年開始出現(xiàn)，因此本文認(rèn)為該裂隙的生長發(fā)育與SS-Y東西分量的異常有密切關(guān)系，研究其拉張應(yīng)變作用尤為關(guān)鍵。經(jīng)過仔細(xì)觀察和測量認(rèn)定該裂隙為一條小型斷層，斷層產(chǎn)狀256°∠64°，該斷層距離伸縮儀SSY固定端(西端)為39.6 m，而斷層寬基本在0.5～0.8 cm范圍內(nèi)。

為了便于研究該斷層所受到的拉張作用，本文將斷層至伸縮儀西端之間的山洞簡化為一直桿模型，粗略計算整個直桿模型受到的拉張應(yīng)變量，假定斷層寬為直桿的變化量，斷層到伸縮儀EW分量固定端的距離為直桿原長(圖5)。其線應(yīng)變ε公式[4]：

式中：Δd為受力物體的變化長度；d為受力物體的原長度

根據(jù)上述公式計算表明，山洞塊體因斷層拉張所受到的拉張應(yīng)變ε在[12 626×10-8，20 202×10-8]內(nèi)。

而伸縮儀EW分量自2014年2月至2015年3月的變化累積量達到15 544×10-8，介于上述斷層拉張應(yīng)變ε的范圍內(nèi)。

3　結(jié)語

根據(jù)對信陽地震臺目視水管儀NS分量出現(xiàn)的2000年1月28日隨州4.3級地震前兆異常進行論證分析，突出表現(xiàn)表現(xiàn)為震前NS分量短時大幅突跳和EW分量破年變特征，本文可認(rèn)定信陽地震臺形變山洞具有一定的觀測預(yù)報效能，能夠偵察50 km范圍內(nèi)的4級地震或100～200 km范圍內(nèi)的5～6級地震。

針對2014年2月至2015年3月信陽地震臺伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升特征，與2000年隨州4.3級地震出現(xiàn)的前兆異常有類似的地方，有可能為前兆異常。然而，本文通過異常落實和定量計算認(rèn)為，此次伸縮儀EW分量出現(xiàn)的持續(xù)上升是由于形變山洞洞口處的土方蠕動滑坡所致，排除地震前兆異常的可能。

[1]劉建華，薛紅軒，王豐，等.河南省地震監(jiān)測志[M].北京：地震出版社.2004.

[2]胡衛(wèi)建，張俊山，周小川，等.隨州—信陽ML4.2級地震前定點形變異常特征[J].西北地震學(xué)報.2001，23(3)：274-278.

[3]徐甫坤，鄧存華，楊艷珠，等.溫度對洞體應(yīng)變觀測的影響及排除方法研究[J].地震.2014，34(3)：412-420.

[4]程堯舜.彈性力學(xué)基礎(chǔ)[M].上海：同濟大學(xué)出版社.2009：28-29.

Study on Fault Strain Characteristics of Body Piercing Extensometer SS-Y

QU Cui-lan

(Xinyang seismic station,Xinyang 464031,Henan)

The creep landslide is a kind of important interference factor that can influence the observed efficacy of the strain data on earth tilt,especially on medium and long term forecasts.The extensometer rising characteristics of EW component appears in Xinyang seismic station from February 2014 to March 2015,The instrument visual pipe appeared Suizhou 4.3 earthquake precursory anomalies on January 28,2000 in Xinyang seismic station,which prominent performance for NS component was a short sharp kick and similar to characteristics of broken annual change EW component before the earthquake.The article compares among the characteristics,the real measurement and the quantitative calculation of the twice data.The extensometer shows the continuous rising due to the deformation of the cave entrance of earthwork creep landslide and rules out the possibility of earthquake precursors.

Piercing extensometer；tension and the soil body sliding

2016-04-26

曲翠蘭(1973-)，女，河南周口人，助理工程師，主要從事地殼形變觀測及分析預(yù)報工作。

P642.22

A

1004-1184(2016)05-0185-02