陳麗君，王文才，蘇小蕓，姜振海，周衛(wèi)東

(1.甘肅蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省地震局，甘肅蘭州 730000)

0 引 言

甘肅省地球物理臺(tái)網(wǎng)由形變、電磁、地下流體和重力學(xué)科為主的定點(diǎn)臺(tái)站觀測(cè)組成。其中形變觀測(cè)作為反映地震孕育過程最直接、最具有物理意義的手段之一[1]，受氣象變化、人為作用、儀器故障及未知因素等多種干擾，使得干擾排除成為識(shí)別異常的一項(xiàng)必不可少的工作[2]。氣象因素中，降雨對(duì)形變觀測(cè)資料的干擾較為復(fù)雜，觀測(cè)室的地質(zhì)構(gòu)造、探頭周邊介質(zhì)的導(dǎo)水性等都會(huì)影響形變觀測(cè)[3-5]；溫度對(duì)地震觀測(cè)等精密測(cè)量?jī)x器的材料性能、元件等參數(shù)的影響是普遍存在、不可忽視的[6]；大氣壓力的改變尤其以瞬時(shí)氣壓驟變對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響更為明顯[7]。因此，對(duì)以上氣象因素的干擾分析也是形變觀測(cè)不可或缺的一部分。

甘肅省形變臺(tái)網(wǎng)共有19個(gè)地殼形變觀測(cè)臺(tái)站，觀測(cè)方式主要是地傾斜觀測(cè)和地應(yīng)變觀測(cè)。主要分布在蘭州附近、甘東南地區(qū)和祁連山中西段，河西地區(qū)由于人煙稀少，觀測(cè)臺(tái)站相對(duì)較少。形變觀測(cè)臺(tái)站多建立在地殼表層，不可避免地受到一些干擾因素的影響[8-10]，如降雨、氣壓或大風(fēng)等。本文以臨夏臺(tái)CZB-2A型豎直擺鉆孔傾斜儀和YRY-4型分量式鉆孔應(yīng)變儀為例，分析降雨、氣壓和溫度對(duì)該臺(tái)形變觀測(cè)資料的影響，以期在排除干擾、識(shí)別異常，更好地利用數(shù)字化固體潮資料提取地震異常等工作中提供參考。

臨夏臺(tái)位于臨夏市東北方向約7 km的折橋鎮(zhèn)，位于青藏高原東北部拉脊山東側(cè)。拉脊山位于青藏高原腹地邊緣，是青藏高原主體與黃土高原之間重要的地貌分界線，其南北兩側(cè)為拉脊山北緣斷裂帶和拉脊山南緣斷裂帶所圍限。臺(tái)基巖性為亞粘土卵石，第四系覆蓋層厚10～20 m，下伏粘土巖、花崗巖。該區(qū)域地勢(shì)西南高、東北低，由西南向東北遞降，呈傾斜盆地狀態(tài)，屬高原淺山丘陵區(qū)，平均海拔2 000 m。架設(shè)的形變觀測(cè)儀器有CZB-2A型豎直擺鉆孔傾斜儀和YRY-4型分量式鉆孔應(yīng)變儀。

1 觀測(cè)資料質(zhì)量評(píng)定

選取2017～2019年之間的觀測(cè)資料做為此次的研究對(duì)象。根據(jù)形變學(xué)科傾斜觀測(cè)M2潮汐因子誤差<0.02和地應(yīng)變觀測(cè)的M2潮汐因子誤差<0.05的要求，對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行調(diào)和分析，調(diào)和分析結(jié)果見表1。由表可以看出臨夏臺(tái)的豎直擺鉆孔傾斜儀和分量式鉆孔應(yīng)變儀的運(yùn)行穩(wěn)定，觀測(cè)資料可靠。

表1 臨夏地震臺(tái)形變觀測(cè)指標(biāo)及觀測(cè)資料變化特征統(tǒng)計(jì)

臨夏臺(tái)形變觀測(cè)正常曲線變化形態(tài)如圖1，觀測(cè)曲線長(zhǎng)趨勢(shì)變化特征見表1。由圖1可以看出，臨夏臺(tái)形變觀測(cè)的日觀測(cè)曲線呈“雙峰雙谷”的周期性變化；月變化動(dòng)態(tài)平穩(wěn)，受固體潮影響，鉆孔應(yīng)變觀測(cè)呈清晰的“梭形”變化；而鉆孔傾斜觀測(cè)無清晰的“梭形”變化；鉆孔應(yīng)變觀測(cè)年動(dòng)態(tài)呈下降趨勢(shì)，每年2月左右為高點(diǎn)，9月左右為低點(diǎn)；鉆孔傾斜觀測(cè)年變化形態(tài)呈下降趨勢(shì)，無明顯的年變動(dòng)態(tài)。

圖1 臨夏地震臺(tái)形變觀測(cè)曲線

2 降雨干擾分析

臨夏臺(tái)所處地區(qū)屬溫帶大陸性氣候，四季分明。年均氣溫6.3 ℃，最高氣溫32.5 ℃，最低氣溫零下27.8 ℃，年平均降雨量537 mm，一般4～9月之間降雨比較頻繁且集中。本文以幾次影響較為明顯的降雨為例，分析降雨對(duì)形變觀測(cè)的影響，且將中間無間斷的連續(xù)降雨視為一次降雨過程[11]。降雨情況統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 2018年降雨情況統(tǒng)計(jì)

由圖2、圖3和圖4可以看出，臨夏臺(tái)形變觀測(cè)曲線受降雨影響的變化形態(tài)為：鉆孔傾斜觀測(cè)曲線為陡升緩降型；鉆孔應(yīng)變觀測(cè)曲線為緩慢變化型。鉆孔傾斜觀測(cè)在三次降雨的影響下，觀測(cè)值突然上升，然后慢慢轉(zhuǎn)平。

圖2 鉆孔應(yīng)變觀測(cè)東西/鉆孔傾斜北南分量受降雨干擾

圖3 鉆孔應(yīng)變觀測(cè)北南/鉆孔傾斜東西分量受降雨干擾

圖4 鉆孔應(yīng)變觀測(cè)北西/鉆孔傾斜北南分量受降雨干擾

對(duì)比三次降雨過程，2018年 5月18日～19日瞬時(shí)降雨量比較大，曲線上升速率較大，約20個(gè)小時(shí)之后，曲線開始緩慢下降，三天后觀測(cè)值恢復(fù)至降雨前，中間有較小的降雨，但并未影響曲線的下降趨勢(shì)；2018年7月瞬時(shí)降雨量與累計(jì)降雨量相對(duì)較小，觀測(cè)數(shù)據(jù)變化相對(duì)平穩(wěn)；2019年8月期間的降雨，瞬時(shí)雨量較小，但是期間一直有降雨，累積降雨量較大，曲線在上升之后，約5～6天下降恢復(fù)值降雨前。

可以看出鉆孔傾斜觀測(cè)易受降雨影響，數(shù)據(jù)變化相對(duì)降雨略微滯后，可能與臺(tái)基巖性有關(guān)。瞬時(shí)降雨量大時(shí)，曲線上升較快，后期無降雨或者降雨較小時(shí)，恢復(fù)較快。鉆孔應(yīng)變觀測(cè)受降雨影響后，觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)趨勢(shì)性的緩慢下降 ，2018年 5月18日～19日瞬時(shí)降雨量較大但降雨時(shí)間短，觀測(cè)曲線存在固體潮畸變；受2018年7月與2019年8月降雨影響，觀測(cè)曲線加速下降，可能是與降雨持續(xù)時(shí)間有關(guān)，約12小時(shí)之后，觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)回升，受后期降雨影響，下降趨勢(shì)一直持續(xù)?？梢钥闯鼋涤陮?duì)臨夏臺(tái)形變觀測(cè)有一定的影響，瞬時(shí)降雨量，累積雨量及降雨持續(xù)時(shí)間都會(huì)影響曲線的正常變化。

3 溫度和氣壓影響分析

前人研究結(jié)果顯示，當(dāng)溫度升高時(shí)，地層受膨脹作用，使地層介質(zhì)受壓；當(dāng)溫度降低時(shí)，地層受收縮作用，使地層介質(zhì)受拉[12]，從而影響應(yīng)變觀測(cè)。為了更好地分析溫度和氣壓對(duì)形變觀測(cè)的影響，本文使用了曲線擬合的方法去除資料的趨勢(shì)變化。從圖5可以看出，臨夏臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)與溫度都有清晰的年變，變化趨勢(shì)相同為同向變化，但是相位不同，也就是說溫度對(duì)應(yīng)變觀測(cè)的影響存在時(shí)間滯后。氣壓與觀測(cè)曲線是負(fù)相關(guān)的，且變化幾乎是同步的。為進(jìn)一步突出氣壓與應(yīng)變觀測(cè)的變化關(guān)系，選取2019年8月鉆孔應(yīng)變資料的日值曲線與氣壓變化曲線做對(duì)比。如圖6所示，鉆孔應(yīng)變觀測(cè)曲線變化與氣壓急劇變化幾乎同步，無明顯滯后。由此可以得出，溫度主要影響應(yīng)變觀測(cè)的長(zhǎng)周期變化(如年變)；臨夏臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)曲線的趨勢(shì)性變化是氣壓和溫度共同作用的結(jié)果。

但是鉆孔傾斜受多方面影響(如儀器維修、更換數(shù)采和標(biāo)定等)情況相對(duì)復(fù)雜，與溫度和氣壓沒有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這也可能與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和儀器靈敏度有關(guān)。臨夏臺(tái)所處區(qū)域，全年氣壓和溫度變化比較平穩(wěn)，很少出現(xiàn)急劇變化的情況，與應(yīng)變觀測(cè)同期氣壓的變化對(duì)比來看，鉆孔傾斜沒有對(duì)應(yīng)的變化。因此，氣壓和溫度對(duì)臨夏臺(tái)鉆孔傾斜的影響相對(duì)較小。

圖5 溫度與鉆孔應(yīng)變(北南分量)的變化關(guān)系

圖6 氣壓與鉆孔應(yīng)變(北南分量)的瞬時(shí)變化關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)通過對(duì)臨夏臺(tái)形變觀測(cè)資料與氣象因素變化關(guān)系的分析發(fā)現(xiàn)，降雨對(duì)臨夏臺(tái)形變觀測(cè)資料的影響較為明顯，且鉆孔傾斜觀測(cè)易受降雨影響。瞬時(shí)降雨量，累積雨量及降雨持續(xù)時(shí)間都會(huì)影響形變觀測(cè)曲線的正常變化。

(2)溫度與應(yīng)變觀測(cè)呈正相關(guān)，但相位不同 ，溫度對(duì)應(yīng)變觀測(cè)的影響存在時(shí)間滯后；氣壓與應(yīng)變觀測(cè)呈負(fù)相關(guān)，鉆孔應(yīng)變觀測(cè)曲線變化與氣壓急劇變化幾乎同步，無明顯滯后。臨夏臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)曲線的趨勢(shì)性變化是氣壓和溫度共同作用的結(jié)果。

(3)溫度和氣壓對(duì)臨夏臺(tái)鉆孔傾斜的影響相對(duì)較小，沒有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要進(jìn)一步研究其作用機(jī)理。