敦化台YRY-4钻孔应变日常观测及异常时段数据处理

地震是地壳介质在构造力作用下发生破裂的一种表现形式, 伴随着应力的累积、释放过程, 必然引起地壳的形变等变化。敦化台YRY-4钻孔应变观测自2007年5月29日投入观测, 至2010年11月28日4个分量全部失稳走平, 期间记录到大量固体的潮汐、突跳、阶跃、应变地震波等应力应变信息。在以往的工作中尤其是异常时段, 我们有节有制地进行调零操作, 处理台阶、突跳, 更换仪器时尽量减小人为因素影响, 以确保数据的连续性、完整性、真实性。现给以归纳总结, 以期对今后的监测预报工作中有所裨益。

1 敦化台形变测项概况

敦化地震台为隶属于吉林省地震局的国家级台站, 位于吉林省延边朝鲜族自治州敦化市西南郊水源山北侧, 距市区3.5km;高程:588m;磁偏角:8°53′。台站地处吉林省东部山区, 长白山北麓, 北东向敦化-密山断裂带为通过该地区主要断裂带, 台基为侵入花岗岩。

台站于2007年5月28日安装YRY-4分量钻孔应变仪, 配接EP-III型IP采集控制器, 仪器安装在敦化地震台院内办公楼后4m远处钻孔内, 探头安装在56.3m深处, 灰绿色安山斑岩岩性坚硬而破碎, 安装时水位距井口23m, 29日开始运行。

2 日常观测情况及影响观测质量因素

2.1 日常观测情况

敦化台YRY-4分量钻孔应变仪安装后稳定较快, 数天后就有清晰的固体潮记录, 仪器安装后以正向漂移为主 (如图2) , 在没有外界干扰的情况下, 我台的观测数据连续可靠, 内精度较高。

表1是形变学科管理组对敦化台钻孔应变观测2010年6月运行质量的月评结果;表2是我台利用“中国地震台网前兆分析处理软件”计算得调和分析结果。

我台在日常观测中, 记录到了大量大地震引起的应变地震波、应变阶跃;断电、重启、调零、格值改变、静电干扰等所致突跳、台阶;气压、水位变化形成的渐变台阶等信息 (如图3、4) , 这些信息对于异常的排除、数据的分析、处理具有重要的意义[1]。

2.2 钻孔应变观测受各种因素影响情况

因我台地势较高, 附近亦无抽 (注) 水现象, 所以我台钻孔应变观测不受河 (湖) 水位、抽 (注) 水等其它因素影响。影响我台钻孔应变观测的主要有气压、地下水和降雨, 又因我台应变井密闭较好, 实际上降雨对观测的影响体现在降雨引起地下水位的变化, 间接影响钻孔应变观测。

(1) 钻孔应变观测受气压变化影响, 因气压变化是一个渐变过程、而且幅值有限、并跟固体潮汐及应力变化相叠加, 从观测值看很难分辨出哪些是气压产生的影响。要想真实地反映地壳本身的变化, 在数据的分析应用过程中, 利用气压数据做一维校正是必要的[2], 必须消除气压的影响, 才能准确地反映应力、应变的正常变化。

(2) 我台钻孔应变观测受地下水位变化影响较明显, 且同步。每年的4月我地区开始解冻, 冰雪融化, 致使地下水位快速上升 (一般上升10余米, 最高年份上升20余米) , 各分量曲线受压后向负向运动, 向下形成阶跃, 并随着水位变化的速度与幅度同步变化。水位于4月末或5月初达到极值后开始先快后慢下降, 基本到6月下旬恢复正常, 钻孔应变观测各分量曲线随着水位下降, 压力减轻, 同步向上逐渐恢复正常, 返回到其长期运行趋势当中。而且我台钻孔应变观测受降雨影响较大:当降雨较小时, 雨水被地表吸收, 对水位基本不产生影响, 观测曲线变化不明显, 看上去似无影响;当降雨量达到一定阈值时, 会引起地下水位突升, 致使各分量曲线受压向下形成阶跃。 (如图5、6) 这种状态下通常检测不到显著的剪切应变。

3 异常时段分析处理

3.1 异常

敦化台YRY-4钻孔应变仪运行后, 除辅助测项气压探头因2007年7月6日遭雷击损坏不能正常工作外, 其它各测向 (项) 均正常, 较为稳定。四个分量不仅记录到清晰的固体潮, 而且记录到完整的地震应变波。从曲线长期变化看, 四个分量的曲线伴随着日、月潮曲线, 随气压、水位的变化略有波动, 整体沿一定的斜率呈上升态势。辅助测项水位的记录情况, 较好地反应了随地下水及降雨变化的年变化规律, 总体运行平稳。

但从2010年9月10日起, 敦化钻孔应变观测四分量曲线受压快速大幅下降, 至2010年11月28日, 面应变累积幅度达10-4, 极为罕见, 并不时伴有快速下压、走平、快速反弹脉冲、正弦波等异常 (如图7、8) , 仅11月8日一天就出现脉冲30余次, 且水位随正弦波同步变化。至11月28日02:26时4个分量全部失稳走平, 初步判断为井下耦合水泥砂浆破裂, 探头接触面欠佳造成。

3.2 分析处理

种种迹象表明, 敦化钻孔应变观测从2010年9月10日起的这次异常极有可能是一次地质活动的真实反映, 即使不是, 我们也应该尽量记录一份完整的数据资料, 以便于今后的分析研究。因此我台在处理数据时极其谨慎, 尽可能保持数据的连续性及真实性、完整性。

以往工作中, 当分量电压超过±2000mV时我们就要进行调零操作, 但这次为了尽量减少人为干扰, 我们没有这样做, 2010年10月5日1路电压超过3000mV, 达到仪器正常工作极限, 观测曲线走平, 至15日09时仍不能自动恢复正常工作, 不得已对第一分量进行调零操作后恢复正常。这次操作使我们找到了仪器工作的极限区域, 即±3000mV, 随后的工作中每当某路电压接近±3000mV极限时, 我们就进行必要的调零, 以确保观测质量。整个异常过程中我们共调零操作14次, 每次调零操作后对于形成的阶跃进行缺数处理, 形成的台阶进行加常数处理, 尽可能地使观测曲线按原有轨迹运行, 不受人为干扰影响。此外我们对该时段中不明原因的台阶、脉冲皆未处理, 以保持该时段观测曲线的真实性、完整性。

为了检查防雷隔离电源、数采工作状态, 我们于10月30日19:23时更换防雷隔离电源, 12月3日更换数采。更换数采时为了保持数据的完整性, 我们于12月3日00:10时用最快的速度进行更换;为了保持数据连续性, 我们事先就将新数采的格值调到与老数采相同。

4 结语

我台安装的YRY-4分量钻孔应变仪数据连续可靠, 在观测中不仅清晰而且清晰地记录到固体潮、地震波等信息, 而且清晰地记录了从2010年10月9日起的异常。地震预测的根本困难在于我们能够掌握的地震活动的信息太少[3], 因此在工作中我们进行调零操作, 处理台阶、突跳, 更换仪器时应尽量减小人为因素影响, 以确保数据的连续性、完整性、真实性, 为科学研究提供一份完整、详实的观测资料信息。由于我台钻孔应变观测时间较短, 观测资料有限, 现对现有的观测资料进行初步的处理和分析总结经验以期对今后的工作有所帮助。

摘要：对应变变化进行观测是地震研究的重要手段, 敦化台YRY-4钻孔应变观测记录到大量固体的潮汐、突跳、阶跃、应变地震波等应力应变信息。正常情况下的突跳、阶跃基本上是由断电、重启、调零、格值改变等引起。2010年9月10日起的异常时段, 对调零引起的台阶处理时, 进行缺数并加常数处理, 使观测曲线尽量按原有轨迹运行;更换数采时我们事先就将新数采的格值调到与老数采相同, 并完整、详实的观测资料信息。

关键词：固体潮汐,突跳,阶跃,异常,调零,真实性,完整性

参考文献

[1] 刘冰冰.体应变日常观测资料浅析[J].东北地震研究, 2009 (3) .

[2] 上垣内.孔应变仪观测及其研究课题[J].国际地震动态, 2000 (5) .

[3] 池顺良.深井宽频钻孔应变地震仪与高频地震学[J].地球物理学进展, 2007 (4) .