地层应变观测的科学价值―――（七下）

以记录地层构造应变为目标，向超低频段进军。

* 我国“数字地震观测网络工程”分量应变仪网络记录的长期信号

目前钻孔应变观测的优势频段在分钟至数十天时间段。降低仪器系统零漂以观测地层长期构造应变变化是钻孔应变观测技术发展的重要方向。

对长期信号的研究需要积累数年观测数据，是个耗费时日并需要坚持不懈的工作。我国分量应变观测网已经积累了5年数据，有了对长期观测数据做初步评价的条件。

我国分量应变观测网一个观测站上只布设一台仪器，无法作同一场地上多台仪器观测数据的比对；但若4路观测数据对观测到的固体潮、地震波及长期变化数据都能满足（1+3）＝（2+4）严格的自检条件，说明各路应变都反映了真实的地层应变信息，也部分弥补了单台观测的不足。对这些单台数据的分析研究也能提供许多有价值的信息。

★    甘肃高台地震台

   高台地震台位于华力西中期侵入花岗岩基上，基岩完整，曾是我国测震仪放大倍率最高的台站。YRY-4型分量钻孔应变仪于2007年6月19日安装在该台44米深的钻孔底部。

图1 是甘肃高台地震台分量钻孔应变仪2007年8月10日到2011年10月31日四年的连续记录数据。

图1. 甘肃高台地震台分量钻孔应变仪四年连续记录数据

将4路应变数据分解成体应变和差应变来分析。（1+3）和（2+4）体应变在4年中一直同步变化，表明4路应变数据满足自检条件，仪器系统工作正常。

仪器安装初期受水泥膨胀、井温变化、井孔收缩等影响,体应变急速向受压方向变化，以后压缩速率逐渐降低。第4年一年中地层体应变向受压方向变化了1.2×10^-6应变，远大于构造应变量级，表明压缩速率虽有降低但影响仍在继续。该台东北数百米处有一大型采石场（图2），裸露岩石的温度应变使应变曲线上叠加了明显的年变化。

图2. 台站东北方向的大型采石场

两路差应变在4年中始终以大致稳定的速率变化。地层差应变（2-4）的平均年漂移速率为8.9×10^-8应变，比观测规范的漂移指标降低了40倍。因为没有同台多台仪器比对，也未与GPS等大地测量比对，无法确定平均年漂移中究竟有多少长期构造应变成分,有多少属仪器漂移或外界干扰影响。但从这4年来应变平稳变化情况可知，除了正弦型的年温度应变外，未知的构造应变、仪器漂移、外界干扰大致具有线性平稳变化形态。

★    上海佘山地震台

   佘山地震台位于上海松江佘山山脚下。基岩为安山岩，岩体坚硬、完整。YRY-4型分量钻孔应变仪于2006年3月24日安装在该台40米深钻孔底部。

图3.是上海佘山地震台分量钻孔应变仪2006年3月25日到2011年10月31日五年半的连续记录数据。

图3. 上海佘山地震台分量钻孔应变仪五年半连续记录数据

仪器安装初期，体应变急速向受压方向变化，以后压缩速率逐渐降低。（1+3）和（2+4）体应变在5年中一直同步变化， 4路应变数据满足自检条件。第5年一年中地层体应变向受压方向变化了1.4×10^-6应变，压缩速率虽有降低但仍在继续。佘山台应变数据也叠加了裸露岩石温度应变年变化的影响。

仪器安装后两路差应变较快地稳定下来。在后4年中，扣除年变化后地层差应变（1-3）的年漂移速率为8×10^-8应变。因为未与GPS等大地测量比对，无法确定应变变化中多少属构造应变成分。但从5年来差应变平稳变化情况可知，除了正弦型年温度应变外，构造应变、仪器漂移、外界干扰大致具有线性平稳变化形态。说明在地震活动平静的地域和时段，应变活动可以相当微弱和稳定（不超出10^-8应变量级）。

★ 青海格尔木地震台

格尔木台台基为华力西期花岗岩基。台站建于山洞中，该地为无人居住地带，无人为环境干扰，基岩为完整的花岗岩，也不受降水等环境干扰，取得的记录数据十分宝贵。也为今后建设钻孔应变观测台的选点提供了重要经验。图4 为该台外景照片，十分荒凉却是钻孔应变观测的好场所。

YRY-4型分量钻孔应变仪于2006年9月21日安装在该台山洞口40米深的钻孔底部。

图4. 格尔木地震台是建于山洞中的无人值守地震台，无人为环境干扰。

格尔木地震台在昆仑山断裂边上，位于构造活动地带，2001年附近发生昆仑山8.1级地震，7年后在其东南方又发生汶川8.0级地震（图5）。

格尔木地震台分量钻孔应变仪从2006年10月1日开始工作，离汶川地震还有一年八个月，从该台的记录数据中能发现汶川地震的前兆构造应变活动吗？

图5. 格尔木台（图上绿色圆点）位于昆仑山断裂带边上，汶川地震位于其东南方。

该台仪器工作状态良好，记录到的应变固体潮和地震波十分清晰（图6）。

图6. 格尔木地震台分量钻孔应变仪两天的应变固体潮记录及叠加其上的远震记录

图7.是青海格尔木地震台分量钻孔应变仪2006年10月1日到2011年11月14日五年的连续记录数据。

图7. 青海格尔木地震台分量钻孔应变仪五年连续记录数据

格尔木地震台仪器安装初期，体应变也急速向受压方向变化，以后压缩速率降低，但水泥膨胀、井温变化、井孔收缩等影响仍在继续。受裸露岩体温度应变影响，也存在年温度应变但幅度较小。（1+3）和（2+4）体应变在5年中一直同步变化， 4路应变数据满足自检条件，仪器系统工作正常。

差应变具有很强的抗共模干扰能力，仅70天时间就稳定了下来，此时离汶川地震还有约一年半时间，前一年时间中两路差应变在年温度应变背景下水平向前，后半年分别向上、下分岔。根据两路差应变变化计算，台站所在地块受到逐渐增强的东西向挤压。汶川地震半年前出现的台站地块东西向受压逐渐增强的应变事件与汶川地震的关系是值得进一步研究的。

汶川8.0级地震后两路应变的分岔继续发展，大约4个月后分岔结束改为水平平稳发展。在2010年全年中，地块的（1-3）路差应变年变速率仅2×10^-8。

三个多月后，日本东海发生9级特大地震，但震前格尔木台并无应变变化。1个多月后，两路差应变向相反方向分岔变化，台站地块所受东西向压力逐渐释放。

格尔木台这份记录资料之所以珍贵，一是在稳定时段（2010年）差应变的变幅能保持在10^-8应变量级，这在钻孔应变观测历史上是罕见的；二是在中国和邻区发生重大构造活动事件（汶川8级和日本9级地震）前后，记录到了时间上相关的应变变化。

如何认识格尔木台在汶川8.0级地震前和日本东海9级特大地震后的应变变化？

众多研究指出，汶川地震与昆仑山断裂南面巴彦喀拉地块向龙门山持续的挤压有关，在应力积累到临界点后平衡局面打破，出现临震前应力活动（从地质时间尺度，震前半年出现的应变变化也可视为临震变化）。

格尔木台在昆仑山断裂北侧，昆仑山断裂是左旋走滑断裂。断裂若活动，格尔木台将受东西向挤压。（图5）

日本东海大地震后，GPS观测到东海海底向东移动二十多米，远离震中一千公里的我国东北地区也向东移动了数十毫米。地壳具有流变性，大陆的东侧向东后退经过一段滞后时间，东西向的应力松弛会传递到格尔木地块。也许这就是东海地震一个多月后，格尔木台站地块所受东西向压力逐渐释放的原因。

★ 四川攀枝花地震台

四川攀枝花地震台基岩为前震旦系会理群花岗片麻岩，基岩完整，记录的应变固体潮、地震波十分清晰，观测数据不受降水影响。YRY-4型分量钻孔应变仪于2007年4月5日安装在该台60米深的钻孔底部。

图8.是攀枝花地震台分量钻孔应变仪2007年4月7日到2011年6月30日4年的连续记录。