汪發(fā)耀，楊積禮，楊開來，蘇寧，周海生

(青海省地震局，青海西寧 810001)

0 前 言

地震觀測(cè)臺(tái)站除了承擔(dān)維護(hù)觀測(cè)儀器正常運(yùn)行，產(chǎn)出高質(zhì)量觀測(cè)資料的任務(wù)，還需要第一時(shí)間對(duì)觀測(cè)資料中出現(xiàn)的顯著數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，要及時(shí)排查干擾，確定數(shù)據(jù)變化的異常信息，以便預(yù)報(bào)部門及時(shí)做出應(yīng)急措施。因此當(dāng)觀測(cè)資料出現(xiàn)顯著變化時(shí)，異常核實(shí)工作就顯得尤為重要[1]，如何識(shí)別并排除各種干擾，提取出可信的異常變化，已經(jīng)成為目前觀測(cè)臺(tái)站工作的一個(gè)重要內(nèi)容，具備異常核實(shí)分析能力也是新形勢(shì)下對(duì)臺(tái)站觀測(cè)人員的一項(xiàng)新要求。如何立足臺(tái)站開展好異常核實(shí)工作也是當(dāng)前需要思考的問題。

本文將以針對(duì)門源靜水位和形變儀器出現(xiàn)的顯著變化，開展的異常核實(shí)工作為例，詳細(xì)介紹我臺(tái)開展的異常核實(shí)工作內(nèi)容，為今后臺(tái)站技術(shù)人員開展異常核實(shí)提供借鑒。

1 臺(tái)站背景與基礎(chǔ)資料

1.1 臺(tái)站概況與構(gòu)造背景

門源地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱門源臺(tái))地處達(dá)坂山斷裂北約15 km，祁連山斷裂南緣，臺(tái)基巖性為中厚層砂巖，覆蓋層及圍巖大于20 m。其中達(dá)坂山斷裂為不活動(dòng)斷裂，祁連山斷裂帶為青海地區(qū)最主要的地震活動(dòng)區(qū)域之一，門源臺(tái)距離祁連斷裂帶南側(cè)托萊山斷層約20 km[2]。該構(gòu)造帶是青藏高原的重要活動(dòng)構(gòu)造帶，沿構(gòu)造帶歷史上發(fā)生過多次7～8級(jí)強(qiáng)震，1927年古浪8級(jí)大震震中距門源65 km。距離門源40 km處1986年和2016年先后發(fā)生了門源Ms6.5級(jí)地震和門源Ms6.4級(jí)地震。該區(qū)域也是中等地震頻發(fā)區(qū)域。

1.2 觀測(cè)系統(tǒng)概況

門源臺(tái)是一個(gè)綜合觀測(cè)臺(tái)站，臺(tái)站現(xiàn)有測(cè)震、流體和形變共計(jì) 11套儀器，其中測(cè)震儀器和強(qiáng)震儀各1套、形變觀測(cè)4套、流體觀測(cè)3套。另外還有氣象三要素(氣溫、氣壓和降雨量)的輔助觀測(cè)手段。

觀測(cè)資料質(zhì)量是地震臺(tái)站的立臺(tái)的之本，門源臺(tái)自建臺(tái)以來，臺(tái)站觀測(cè)資料質(zhì)量穩(wěn)定，近年來，門源臺(tái)始終把提高資料質(zhì)量作為各項(xiàng)工作的首要任務(wù)來抓。加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，建立了相應(yīng)的數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)控管理辦法。多年來在省地震局的領(lǐng)導(dǎo)下，觀測(cè)資料質(zhì)量在評(píng)比中不斷獲得優(yōu)異的成績(jī)。門源臺(tái)地傾斜觀測(cè)資料在1986年門源6.5級(jí)地震和2016年門源6.4級(jí)地震震前均出現(xiàn)過顯著異常變化,表明門源傾斜對(duì)區(qū)域應(yīng)力變化具有較好的反應(yīng)[3-4]。

圖1 門源地震臺(tái)附近斷層與震中位置分布

2 異常調(diào)查實(shí)例分析

2.1 靜水位異常核實(shí)

門源臺(tái)靜水位儀架設(shè)在水溫井中，現(xiàn)為同井觀測(cè)。2019年3月21日架設(shè)水溫儀一套，因此靜水位受到干擾。2019年8月28日靜水位數(shù)采故障，8月29日更換數(shù)采后恢復(fù)正常工作。門源臺(tái)靜水位出現(xiàn)過兩次異常，分別為2018年7月8日出現(xiàn)的明顯水位下降和2019年9月24日開始的數(shù)據(jù)急劇上升(如圖2)，兩次異常變化出現(xiàn)后通過對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)調(diào)查和環(huán)境干擾因素調(diào)查開展了異常核實(shí)工作。

圖2 門源地震臺(tái)靜水位觀測(cè)曲線

2.1.1 觀測(cè)系統(tǒng)調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，近期門源臺(tái)SWY-Ⅱ型水位儀系統(tǒng)工作正常、供電系統(tǒng)穩(wěn)定；查閱相關(guān)工作日志、儀器檢查記錄顯示該臺(tái)站工作人員每日上午定時(shí)測(cè)量電瓶電壓和工作交流電壓，操作規(guī)范無(wú)異常。

2.1.2 環(huán)境干擾情況調(diào)查

(1)氣象因素調(diào)查

門源地區(qū)屬高原大陸性氣候，地處中緯度西風(fēng)帶區(qū)，年平均降水520 mm，年蒸發(fā)量100 mm。從近四年門源臺(tái)降雨量分析，降雨季節(jié)都在6～9月，相比往年降雨量沒有明顯增加(如圖3)，因此本次異常與降雨無(wú)關(guān)。自2016年以來的氣壓、氣溫保持穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)變化，氣象三要素輔助觀測(cè)儀位于門源臺(tái)院內(nèi)辦公樓后空曠山地上，周圍無(wú)明顯干擾源，數(shù)據(jù)常年穩(wěn)定可靠。

圖3 門源地震臺(tái)氣象三要素觀測(cè)曲線

(2)周圍水庫(kù)水位變化情況調(diào)查

門源臺(tái)靜水位觀測(cè)井位于臺(tái)站內(nèi)。臺(tái)站以北為大通河流域，沿大通河流域10 km以內(nèi)有兩座水庫(kù)，分別為引大水庫(kù)和石頭峽水庫(kù),對(duì)兩座水庫(kù)的基本情況進(jìn)行了詳實(shí)的調(diào)查，結(jié)果如表1。

此外，考慮到水利工程建設(shè)具有技術(shù)復(fù)雜、施工難度大等問題，其自身的特殊性也直接影響項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工的順利進(jìn)行及工期目標(biāo)的如期實(shí)現(xiàn)。

表1 周邊水庫(kù)基本情況調(diào)查

據(jù)石頭峽水庫(kù)負(fù)責(zé)人介紹，石頭峽水庫(kù)庫(kù)容量較高，蓄水時(shí)間長(zhǎng)，入庫(kù)量和水位信息發(fā)現(xiàn)水庫(kù)水位近期(6月以來)水位平穩(wěn)變化，無(wú)特殊變化情況。水庫(kù)工作人員均提到今年由于上游降水較少，導(dǎo)致入庫(kù)量底，與往年同期相比水庫(kù)蓄水量和水位均較低，泄流量也低于往年同期。水庫(kù)開始蓄水時(shí)間在2015年前，庫(kù)容無(wú)明顯異常。

引大水庫(kù)距離臺(tái)站距離約3.4 km，其總庫(kù)容較小，約為125萬(wàn)m3，其壩頂海拔高度為2 962 m，低于門源臺(tái)流體觀測(cè)井(2 978 m)約16 m。通過查閱水庫(kù)汛情統(tǒng)計(jì)表及操作日志，發(fā)現(xiàn)蓄水起始時(shí)間為2019年7月11日，開始蓄水當(dāng)日水位達(dá)到2 957 m，7月13日水位約為2 959.8 m。2019年10月27日與水庫(kù)管理員電話溝通，被告知水庫(kù)蓄水平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)有突出異常。

門源臺(tái)附近地區(qū)水系主要是大通河，為湟水河的一級(jí)支流，總長(zhǎng)554 km，多年平均流量49.1 m3/s。臺(tái)站人員到周邊水文站調(diào)查，水位站負(fù)責(zé)人調(diào)取近期河水水位及流量，發(fā)現(xiàn)2019年近期河水水位和流量保持穩(wěn)定，沒有發(fā)現(xiàn)河水水位異常。

(3)周圍民用井水位變化情況調(diào)查

2019年10月20日對(duì)臺(tái)站周邊1 km內(nèi)的5個(gè)民用井(圖4)水位變化情況也進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示，門源臺(tái)向西兩口民用井深度約18 m，高程2 957 m左右，都為巖石中裂隙中滲出的水，水位分別上升約4 m和3 m左右。西面其他民用水井深度約11 m左右，基本都是土層中滲出的水，水位上升約4 m左右。南面的民用水井深度約10 m左右，基本都是土層中滲出的水，水位上升2 m左右。

圖4 門源地震臺(tái)周圍民用井庫(kù)分布

2.1.3 異常分析與性質(zhì)判定

經(jīng)核實(shí)臺(tái)站輔助觀測(cè)測(cè)項(xiàng)氣象三要素?zé)o明顯異常變化。此外，對(duì)周邊以及觀測(cè)室環(huán)境、地下及地表水開采和近期降水情況進(jìn)行了調(diào)查，對(duì)儀器觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了檢查。發(fā)現(xiàn)引大水庫(kù)2019年7月初開始的蓄水變化對(duì)本次異常有一定影響，但考慮到其蓄水起始時(shí)間距本次異常開始時(shí)間超過2個(gè)月，總庫(kù)容量較低，地理位置上低于門源靜水位觀測(cè)井約16 m，與觀測(cè)井最小直線距離約3.5 km，故判斷對(duì)本次異常影響程度較低。經(jīng)與預(yù)報(bào)中心專家溝通，2018年7月8日異常期間周邊未發(fā)生地震，認(rèn)為此次門源靜水位異常為地震前兆異常的可能性較大。實(shí)際在2019年距離門源臺(tái)288 km，發(fā)生了甘肅夏河5.7級(jí)地震,分析認(rèn)為此次異?？赡苁菍?duì)該地震的反映[5]。

2.2 形變異常核實(shí)

圖5 門源地震臺(tái)水平擺/垂直擺傾斜儀觀測(cè)曲線

2.2.1觀測(cè)系統(tǒng)調(diào)查

按照臺(tái)站日常檢查供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)運(yùn)行狀況的工作流程要求，逐一檢查了門源臺(tái)傾斜觀測(cè)山洞供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，顯示兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行都正常。

2.2.2 環(huán)境干擾情況調(diào)查

(1)觀測(cè)洞室情況調(diào)查

門源臺(tái)形變觀測(cè)山洞建成于1982年，由于山洞內(nèi)濕度較大，2008年曾進(jìn)行過一次改造。目前山洞內(nèi)架設(shè)有測(cè)震儀、水平擺傾斜儀和垂直擺傾斜儀各一套。觀測(cè)山洞進(jìn)深24 m，覆蓋層及圍巖大于20 m，巖性為砂巖。洞室內(nèi)年溫度變化小于1 ℃，溫度日變化小于0.1 ℃。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)洞室內(nèi)濕度很大，濕度情況與往年一致，異常變化出現(xiàn)期間無(wú)明顯變化。由于洞室內(nèi)濕度較大，山洞頂部存在滲水現(xiàn)象。2014年8月1日和9月13日兩次異常核實(shí)發(fā)現(xiàn)，都有大量降雨，造成山洞擺房屋頂?shù)嗡劣^測(cè)墩，滴水正好滴落在北南分量的擺體上。而2015年8月18日異常調(diào)查核實(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)水平擺傾斜儀器觀測(cè)墩處也有少量積水。

(2)觀測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，門源臺(tái)周圍環(huán)境近期無(wú)明顯變化。臺(tái)站內(nèi)有2008年建設(shè)的二層小樓一棟，臺(tái)站位于半山位置，東北側(cè)為山體，西南側(cè)為村莊。臺(tái)站方圓2 km范圍內(nèi)近期無(wú)大型施工、抽水等作業(yè)。臺(tái)站以西約350 m處有一磚廠，該磚廠每日抽取地下水工作，據(jù)調(diào)查該磚廠存在已有十余年，生產(chǎn)量及抽水量長(zhǎng)期穩(wěn)定。

(3)氣象因素排查

分析門源臺(tái)溫度、氣壓和降水等氣象資料發(fā)現(xiàn)，近年門源臺(tái)附近溫度及降水情況與往年同期相當(dāng)，無(wú)顯著變化。

2.2.3 異常分析與性質(zhì)判定

(1)2014年8月1日和9月13日兩次異常核實(shí)發(fā)現(xiàn)，門源水平擺傾斜儀器供電及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)工作正常，異常之前都有大量降雨，造成山洞擺房屋頂?shù)嗡劣^測(cè)墩，而且滴水正好滴落在北南分量的擺體上。因此判斷造成這次異常的主要干擾是雨水在巖石不規(guī)則的裂隙滲透，發(fā)生體積膨脹，再加上山洞存在漏水現(xiàn)象，連日降雨濕度較大，從而導(dǎo)致形變觀測(cè)值發(fā)生變化。

(2)2015年8月18日異常調(diào)查核實(shí)發(fā)現(xiàn)，門源水平擺傾斜儀器供電及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)工作正常，水平擺傾斜儀器觀測(cè)墩處有少量水(洞室內(nèi)滲水所致，該現(xiàn)象近幾年長(zhǎng)期存在)，底腳螺絲完好。在門源水平擺傾斜與垂直擺傾斜觀測(cè)系統(tǒng)工作正常，無(wú)明顯干擾，且兩套傾斜觀測(cè)同時(shí)出現(xiàn)相同幅度的類似異常變化，分析認(rèn)為觀測(cè)墩處有少量水不是造成此次變化的原因。分析認(rèn)為本次異常變化可靠性較高。實(shí)際在2015年11月23日和2016年1月21日在距臺(tái)站106 km和30 km分別發(fā)生了祁連5.2級(jí)地震和門源6.4級(jí)地震。分析認(rèn)為該異常是這兩次地震前的異常反應(yīng)[4]。

3 認(rèn)識(shí)與建議

(1)異常落實(shí)工作臺(tái)站中有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，臺(tái)站是一手觀測(cè)資料產(chǎn)出地，出現(xiàn)異?，F(xiàn)象可以第一時(shí)間抵達(dá)周邊，查找可能存在的干擾源，提高異常核實(shí)的實(shí)效性，可以提前為預(yù)報(bào)人員提供第一手異常核實(shí)資料。

(2)目前臺(tái)站人員異常核實(shí)能力較弱，特別在異常核實(shí)中對(duì)觀測(cè)資料異常識(shí)別能力較差、異常核實(shí)流程不熟悉、落實(shí)過程中對(duì)周邊環(huán)境的干擾因素考慮不全面、撰寫異常核實(shí)報(bào)告能力不足等，建議預(yù)報(bào)中心專家對(duì)臺(tái)站人員開展相應(yīng)的異常核實(shí)技術(shù)指導(dǎo)，提高臺(tái)站人員的異常核實(shí)能力，提高異常核實(shí)工作的效率。

(3)臺(tái)站周邊的干擾識(shí)別是一個(gè)不斷探索和積累經(jīng)驗(yàn)的過程。建議開展干擾源實(shí)驗(yàn)，正確排除各種干擾獲得真實(shí)信息，對(duì)提取地震前兆信息至關(guān)重要。

(4)建議在流體異常核實(shí)時(shí)可以安排臺(tái)站人員進(jìn)行水質(zhì)分析對(duì)比。

致謝：感謝監(jiān)測(cè)中心王培玲主任和預(yù)報(bào)中心馬茹瑩、劉磊的細(xì)心指導(dǎo)。