合肥地震臺砂層應變觀測效能淺析

發布時間：2019-10-21所屬分類：科技論文瀏覽：1218次

摘 要： 摘 要：砂層應變作為一種新的地震前兆觀測手段，越來越多地被關注到。本研究介紹了合肥地震臺砂層應變觀測的基本情況，根據目前已有的數據對砂層應變觀測的效能進行分析，結果表明砂層應變數據的變化和地震有一定的對應，對下一步的工作有指導意義。 關鍵詞

　　摘 要：砂層應變作為一種新的地震前兆觀測手段，越來越多地被關注到。本研究介紹了合肥地震臺砂層應變觀測的基本情況，根據目前已有的數據對砂層應變觀測的效能進行分析，結果表明砂層應變數據的變化和地震有一定的對應，對下一步的工作有指導意義。

　　關鍵詞：砂層應變 數據變化 分析

　　砂層應變儀是一種新的地震前兆觀測手段，有別于一般的前兆觀測原理，砂層應變儀的探測方法和原理的關鍵是將探測器放置于顆粒介質中，并將地殼巖石層作為顆粒物質處理。顆粒物質是普遍存在的一類離散態物質體系，它不同于一般的固體和流體，具有獨特的運動行為，正受到物理學家愈來愈多的關注和研究。將地震發生與顆粒物質特性聯系起來的研究，近年來也受到地球物理界的重視。本研究主要是分析合肥地震臺砂層應變儀在震前的數據變化，對結果做經驗總結。

　　1 合肥臺砂層應變觀測概況

　　合肥地震臺砂層應變儀于2009年5月6日安裝成功，位于合肥市西郊大蜀山內，距郯廬斷裂帶約30km，安裝地點的基巖為紅砂巖。儀器用來觀測應力有三個探頭，分別用來探測南北方向、東西方向與郯廬斷裂帶合肥方向(北東向 33°)。探測器為圓筒狀，外殼由不銹鋼制成,外殼厚度可為 1～5mm,外徑約為0.15m,高為0.4m,內置SW-1型自制應變傳感器，測量精度優于2nm。合肥臺砂層應變儀還有諧振儀與地溫兩個輔助觀測。砂層應變儀探測器全部置于井體沙面以下1m處，其中井體內徑2.5m，井深7m，4.5m以下使用建筑工業細沙填實。安裝初期，儀器受井體滲水干擾嚴重，經數次改造后，儀器受干擾情況有所好轉。

　　2 砂層應變映震分析

　　合肥臺砂層應變儀自安裝后運行較為平穩，除儀器維修以外，完整率較高，數據資料較為真實。為判定合肥臺臺砂層儀的映震能力，選取2011—2015年臺站周邊地震進行分析。在這些地震發生前，砂層應變數據部分出現過異常變化，時間為地震發生前數日乃至數十日，形態各有所異，對應測道也不盡相同。

　　2.1 砂層應力前兆異常情況

　　從數據變化形態上來看，異常數據的變化通常是迅速上升，短暫維持后快速下降，地震通常發生在數據下降之后。除此，數據變化也有以階躍變化形態出現，砂層應變數據的連續性不好，但仍可觀察到數據的變化。數據的異常變化通常也會由其他因素造成，如降雨、井體積水、雷擊和人為干擾，儀器檢測和排除井體積水也會對數據造成影響，應力趨勢變化、多個地震應力異常也可能累計到一起，如安慶Ms4.8級地震異常形態變化就和日本Mw9.0 地震應力形態變化疊加在一起，因此，前兆異常信號的出現一般不是單獨地震異常信號，多數與其他信號形態疊加，造成了砂層應變儀地震前兆信號各異;當應力處于高值時，地震前兆異常信號會被壓縮，數據曲線往往會變得光滑，此時不再出現各種“毛刺”，應力未處于高值時，數據在震前可能出現較多“毛刺”或者來回震蕩;應力變化幅度也與地震震級與震中距有關，震級愈大，異常形態幅度愈大，震中距愈大，異常形態幅度愈小。

　　2011年1月19日安徽安慶發生Ms4.8級地震，震前20日開始南北測道砂層應力數據開始上升，震前2日左右達到最大幅值，隨后下降并發生地震，與砂層應力典型映震情況比較吻合，東西測道與北東測道震情變化不明顯;在同一幅記錄圖中，三測道都在日本Mw9.0級地震前1個月出現應力加速累積的情況，并在下降過程中發生了地震(見圖1)。

　　2012年7月20日江蘇省揚州市高郵市、寶應縣交界發生 Ms4.9級地震，砂層應變北東測道自震前10起數據開始上升，地震發生在數據下降4日后，南北測道、東西測道未記錄到明顯異常變化;同時段記錄的還有2012年8月11日安徽銅陵、無為交界的Ms2.8級地震，震中距為101km，震前10 日起北東測道數據開始出現上升，地震發生在數據下降變化5日后，南北測道、東西測道未記錄到明顯異常變化。這兩次地震地點都為郯廬斷裂帶以東，應力變化可能主要沿斷裂帶傳遞，從而引起北東測道(平行郯廬斷裂帶)數據變化顯著(見圖2)。

　　此外，2013年11月20日安徽省宣城市廣德縣發生Ms3.0 級地震，12月24日安徽六安裕安區發生Ms2.6級地震，兩次地震前砂層應力均未記錄到地震異常，應該是與震中距與震級有關，安徽廣德地震震中距為232km，而安徽六安地震則是震級偏小。

　　2014年7月25日合肥市肥東縣發生Ms3.2級地震，震中距為32km，震前7日南北開始持續上升變化，24日數據開始回落，隨即發生地震，異常變化與地震對應較明顯，認為是前兆異常變化。同時段還有8月1日安徽宿松縣發生了 Ms3.0級地震，數據異常變化也比較吻合地震前兆異常形態，但此地震震中距為202km，而震級為Ms3.0，通常來說，達不到產生引起砂層應力儀記錄的范圍，其原因還需進一步驗證(見圖3)。

　　2.2 砂層應力異常測向變化

　　根據砂層應力傳播原理，應力以應力鏈傳遞，應力鏈方向受顆粒、塊體與斷層影響，從而在砂層應力記錄儀上表現為不同主應力記錄;將砂層應力儀地震前兆異常測道統計(見表1)，地震前兆異常信息通常只出現在單測道，其中南北測道與北東測道映震效果較好，東西測道基本未記錄到異常信息。

　　砂層應力地震前兆異常變化出現的測道一方面與地震震中所在方位有關，同時也受斷層傳播影響，江蘇高郵地震、安徽無為地震分別位于合肥地震臺東北與東南方，其二者位于郯廬斷裂帶以東，而合肥臺位于斷裂帶以西，應力傳播可能沿斷裂帶傳播，因此砂層應變北東(平行郯廬斷裂帶)測道變化明顯，同時安慶與合肥也分居斷裂帶兩側，但砂層應變儀異常變化測道為南北測道，也是在地域上合肥與安慶基本屬于正南正北，以致應力傳遞以南北方向為主。由于地下介質的復雜性，應力鏈傳遞方向可能與斷層有關，但同時受多方因素影響，很難發現普遍的規律。

　　2.3 砂層應力映震效能

　　通過對合肥臺砂層應變映震情況分析，認為其映震情況有如下幾個特征：

　　(1)曲線形態。砂層應力儀在震前記錄異常變化過程為表現為應力加載—應力高值持續—應力釋放，地震發生時間為應力釋放完成后1～3d內。

　　(2)測道異向。地震不同，傳播路徑不同，砂層應力儀日期 震級地點 震中距 異常測道 日期 震級地點 震中距 異常測道 11.01.19 安慶Ms4.8 134km 南北 14.04.02 六安Ms2.8 52km 無 12.07.20 高郵Ms4.9 262km 北東 14.04.20 霍山Ms4.3 110km 南北、東西 12.08.11 銅陵Ms2.8 101km 北東 14.07.25 合肥Ms3.2 30km 南北 13.11.20 廣德Ms3.0 232km 無 14.08.01 宿松Ms3.0 202km 南北 13.12.24 六安Ms2.6 73km 無 14.10.22 六安Ms3.1 153km 北東 14.03.16 長豐Ms2.9 80km 無 15.03.14 阜陽Ms4.3 190km 無表1 數據異常分布表圖3 肥東和宿松地震數據變化出現的異常的測道不盡相同，目前合肥臺砂層應變儀映震測道較多的是南北測道和北東測道，東西測道基本未記錄到地震前兆異常信息。

　　(3)映震能力。總體來說，砂層應力儀映震能力與震級和震中距相關，震級越大，映震距離越遠，震中距越小，映震震級越大。

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　　3 結語

　　本研究共選取了12次地震進行分析，綜合判定共有7 次在地震前出現前兆異常，映震率達58.3%，未發現前兆異常的地震通常是震級偏小或是震中距偏大;根據砂層應力映震情況給出了合肥臺砂層應變儀映震能力的經驗： Ms3.0-80km，Ms4.0-150km，Ms5.0-300km。

　　本研究工作還存一些問題，一是地震數量有限，且部分地震處于儀器受滲水干擾期間，無法判別而舍棄，因此映震能力還有待于進一步探討;二是砂層應力各測道映震能力不一，其中東西測道幾乎沒有發現地震前兆異常，因此砂層應變儀的映震效果存在質疑，三是映震能力的經驗關系并不完全符合砂層應力映震情況。

　　參考文獻

　　[1] 李毅偉.莆田臺砂層應變東西分量映震特征淺析[J].華南地震,2014(4):88-93.

　　[2] 李毅偉.砂層應變數據處理系統的實現[J].華南地震， 2017(1):94-98.

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