姑咱臺SS-Y伸縮儀數字化觀測數據異常分析

何 蓉，劉仕錦，袁 媛，毛 佳，李曉群

(四川省地震局康定地震中心站，四川康定 626001)

姑咱形變臺是國家級形變綜合臺站;現有SS-Y型銦瓦棒伸縮儀、DSQ水管傾斜儀、VS型垂直擺傾斜儀、YRY-4分量鉆孔應變儀和DZW型相對重力儀。2001年8月17日對SS-Y伸縮儀進行數字化改造，即將原SSY-Ⅱ型石英伸縮儀改為SS-Y型銦瓦棒伸縮儀，并恢復SEW向，新安裝了DSQ-1型臺站數字化設備，8月24日安裝調試完畢。一路由電纜線傳輸到觀測室中的測微儀上，將電信號轉換成模擬信號，另一路則由電纜線傳輸到地震前兆數據采集器，兩套儀器同時記錄，2004年4月撤消模擬記錄。數字化采集系統歷經試運期，性能漸趨穩定，于2002年1月1日正式向四川省地震局報數。

自實施數字化觀測以來，在臺站周圍及附近區域曾多次發生4.5級以上地震，在這些地震前姑咱SS-Y伸縮儀的觀測資料究竟有無變化?其變化特征如何?該儀器運行期間，2002～2007年間，臺站附近及鄰區中強地震活動相對較弱，甘孜藏族自治州內只發生過2002年8月8日新龍5.3級地震;2008年始，在臺站附近區域發生了多次中強地震，本文以姑咱臺SS-Y伸縮儀2007年至2013年日均值資料為基礎，分析在此研究時段內甘孜藏族自治州及鄰區發生中強地震前，該儀器觀測資料的異常變化、異常特征;挖掘數字化資料中含有的豐富的地震前兆中短期異常信息，為地震預測研究提供一些基礎依據。

1 臺站概況和資料的使用情況

姑咱地震臺位于北西向的鮮水河斷裂帶、北東向的龍門山斷裂帶和北南向的安寧河斷裂帶復合部位靠北的地段，坐落于姑咱鎮西面雞心梁子山背斜的核部。姑咱臺形變山洞建于1983年，山洞基巖為前震旦系斑狀黑云母花崗閃長巖，巖石堅硬，洞體總長204.95 m。頂覆蓋厚度大于100 m，山洞內日溫差小于0.03℃，年溫差小于0.3℃，頂覆無高大樹木。觀測條件符合國家Ⅰ類形變臺站觀測環境要求。

2 觀測資料情況及年變特征分析

分析多年來的觀測數據，發現分鐘值觀測數據主要受儀器故障、供電系統、氣象因素、人為因素、地震記錄等的影響［3］。從整理的日均值數據來看:2007～2013年姑咱臺SS-Y儀觀測值因儀器問題引起的干擾有NS向2009年4月3日和6月18～19日因逆變電源故障導致數據亂碼無法轉換而引起日均值數據加速下降;EW向2011年1月中旬至6月下旬因傳感器故障致數據大幅度波動變化(圖1)。

圖1 姑咱SS-Y儀日均值數據干擾

對日均值觀測數據而言，其主要的干擾因素(除儀器故障外)是大渡河季節性水位上升及洪峰水位變化影響:北南走向的大渡河從臺站東面600 m處深切而過，在通過姑咱地區地段時，兩岸地形非常險峻，支流眾多，水流湍急，流量動態季節變化大。受季節河流水位變化的影響，數據變化具有明顯的1年兩峰的特點，每年六七月為河水位第一高峰期，這一段峰值期的主要補給是高山上的融雪水和五六月份的雨季［2］補給。第二高峰期一般出現在九月份左右，造成河水位峰值的第二次回升是雨季降雨補給，圖2是2009年大渡河丹巴水文站的水位和流量日均值資料。從多年的觀測資料來看:姑咱SS-Y伸縮儀EW向，SEW向和NW向日均值曲線受大渡河水位變化影響較大;表現為每年水位上升，而測值加速下降并大幅波動，這種情況一直持續至9月，隨著枯水季節的來臨測值變化開始平穩，觀測值略有上升;NS向記錄曲線基本不受大渡河水位變化影響;這可能是NS向的大渡河水位上升及洪峰對近EW向產生壓性應變引起的，大渡河水位變化對與其平行的NS向基本不產生影響。

圖2 2009年大渡河丹巴水文站的水位和流量日均值

從2007～2013年的日均值數據來看，姑咱臺SS-Y伸縮儀NS向和EW向觀測曲線具有較規則的年變現象:NS向年變規律是每年1～5月下降，6～8月波動變化后轉折上升，11～12月緩慢下降，正常情況下年變曲線變化速率較均勻。EW向、SEW向和NW向有一定年變規律:每年1～4月測值變化平穩，5月左右進入雨季，隨著大渡河水位上升測值波動變化較大，這種情況通常會持續至9月份左右，隨著枯水季節的來臨，測值緩慢上升，年變呈“W”型(見圖3);因此要跟蹤分析與EW方向有關測向的異常只能在春季和冬季。

圖3 姑咱SS-Y儀NS向和EW向日均值年變對比

3 異常的落實及提取

根據姑咱臺SS-Y儀的年變特征，在日常工作中主要用年變對比分析和差分法來落實及提取前兆異常:在確認觀測數據無差錯的前提下，以正常年變曲線為背景作圖像對比分析，找出偏離正常背景的趨勢變化，然后定量排除干擾;分析余差變化是否超過正常變化警戒水平，從而判斷是否存在趨勢異常;從變化形態、速率大小進行分析，從而判斷是否存在趨勢異常;中短期異常特征是在趨勢異常變化的基礎上，出現時間短、速率大或反年變的變化［3］。

4 姑咱SS-Y儀數字化觀測數據在地震前的異常反應

(1)2008年2月27日康定4.8級和5月12日汶川8.0級地震

圖4 2008年2月27日康定4.8級和5月12日汶川8.0級地震前后SS-Y儀異常變化曲線

NS向日均值曲線2007年7月開始打破年變規律，加速下降，在下降過程中發生了2008年2月27日康定4.8級地震，地震后沒有恢復正常變化速率，3月17至4月4日還出現了“U”型的短期異常;EW向和短EW向2008年2月初至2月底出現短期“加速下降—轉折—快速上升”的“U”型異常;NW向2008年1月中旬開始至2月上旬有下降速率增大的異常(見圖4)。震中距Δ康定=29 km，Δ汶川=148 km。

(2)2010年4月14日青海玉樹7.1級和4月28日道孚4.8級地震

從日均值對比分析來看SS-Y伸縮儀EW向2009年9月至12月打破年變規律，沒有出現上升年變化，而呈現明顯的反向加速下降異常，下降速率較大，變化形態與2002年8月8日新龍5.3級地震前相似(見圖5)。震中距Δ玉樹=599 km，Δ道孚=39 km。

圖5 2010年4月14日玉樹7.1級和4月28日道孚4.8級地震前后SS-Y儀EW向異常變化曲線

(3)2011年4月10日爐霍5.3級地震

SS-Y伸縮儀NW向2011年3月加速上升、打破年變規律;在上升過程中發生爐霍5.3級地震，6月初才恢復正常年變軌跡(圖6)。

(4)2013年1月18日白玉5.4級和4月20日蘆山7.0級地震

姑咱臺SS-Y伸縮儀EW向從2012年2月中旬開始出現下降速率增大的中期異常變化，雖然2012年5月開始進入雨季無法跟蹤異常，但2012年的年變幅度比正常年份大;在2013年年初又開始出現快速下降異常，在下降過程中發生了2013年1月18日白玉5.4級地震，地震后異常持續發展，一直持續至2013年3月中旬，下降幅度達2 500應變單位;之后測值略有上升，變化速率正常;于2013年4月20日發生蘆山7.0級地震(圖7);2012年2月和2013年初出現的加速下降異常是疊加在年變上的異常。震中距Δ白玉=281 km，Δ蘆山=80 km。

圖6 2011年4月10日爐霍5.3級地震前SS-Y儀NW向異常變化曲線

圖7 姑咱臺SS-Y銦瓦棒伸縮儀EW向日均值曲線

4 結論與討論

通過對姑咱地震臺SS-Y伸縮儀2007～2013年觀測數據的處理分析，結合部分震例出現的異常，得出以下結論:(1)針對姑咱臺SS-Y伸縮儀的觀測資料的年變特征，采用年變對比和日均值差分的方法來提取異常信息，取得了較好的映震效果;(2)從異常形態來看主要表現為壓縮性的異常，異常形態以中短期異常為主，主要出現在震前2個月至1年的時間內。(3)姑咱臺SS-Y伸縮儀在幾次強震前有較好的異常表現，可能與該臺特殊的地理位置有關—位于北西向的鮮水河斷裂帶、北東向的龍門山斷裂帶和北南向的安寧河斷裂帶復合部位。(4)2008年2～3月姑咱臺SS-Y伸縮儀幾個測向出現的異常變化與臺站附近的康定4.8級地震有關，還是屬于較遠的汶川8.0級地震前兆，或兼而有之?還有待進一步研究。

［1］劉仕錦，陽光，等.姑咱地震臺數字化形變觀測資料干擾識別［J］.四川地震，2007，(2):31-35.

［2］專題研究.姑咱水氡觀測站的綜合清理，1984.05

［3］中國地震局監測預報司.地震前兆異常落實工作指南［M］.北京:地震出版社，2000.