高淳台YRY-4钻孔分量应变观测数据突变（阶跃）及异常特征分析＊

引言

钻孔应变观测是研究地壳运动的主要观测手段，在地震前兆观测中占有重要地位[1]。它将仪器安装于近百米以至数千米的地下，能明显降低地表的各种干扰，并具有较好的动态观测性能与耐震性能，易于选点布设成网和维护管理，近年来日益受到各国的重视，开始以较快的速度发展。我国的钻孔应变观测已有40年的历史，主要以体积式和分量式两种钻孔仪器为主，观测频带为0—3 000 Hz，观测精度达到10–10，可以记录到各种应变潮汐及非应变信息。钻孔应力-应变方法是通过测量钻孔孔径变化，来直接或间接地测量地壳应力-应变状态的相对变化，因而可以观测到与地震的孕育、发生直接相关的应力-应变信息，这就使得钻孔应力-应变方法在地震监测预报中有着非常独特的优势。

近年来，我国学者就地震前钻孔应变突变（阶跃）变化提出了一些认识，主要包括：①趋势异常：邱泽华等[2]对汶川地震研究发现，震前1年多，位于龙门山断裂带西南端的姑咱台钻孔应变仪，记录钻孔应变出现趋势性下降变化；池顺良等[3]对芦山M7.0地震的研究表明，距离地震震中70 km的姑咱地震台形变台在震前4天出现明显的应变异常，这些异常信号可能是芦山地震发震断裂在破裂错动前地层蠕滑的反映；蒲小武等[4]通过对武都台应变在汶川M8.0地震前不同阶段特征的分析后发现，应变异常变化均出现在震前2—3年，持续时间约1年；乌什地震台[5]在震前半年到1年时间左右，钻孔分量应变突然出现张-压性变化，且应变速率突然加大。②数值模拟异常：主要表现为固体潮潮汐因子打破常规，出现畸变[6]、振幅因子异常[2]、超限率异常[4]和小波分析异常[4, 7]等。

本文通过对2012—2016年南京高淳台钻孔分量应变出现的8次突变事件特征进行分析探讨，进而探讨钻孔应变与地震前兆异常机理之间的关系。

1 台站概况

高淳地震台（31°21′N ，119°01′E，图1）位于南京市高淳区城东20 km，地面高程20 m，基岩大部分为沉积岩，部分地区则受火成岩影响有蚀变现象。地层大部作北东-南西向伸展，向东南倾斜，主要地层有第四系网纹红土层（Q）、白垩系火山岩（K）、侏罗系地层（J）和三叠系中下统青龙组（T1＋2）等，在大地构造单元上属于南京凹陷的边缘地带，主要受NNE向茅山断裂带和NNE向金坛—南渡断裂控制，其中茅山断裂是区域内中强地震最为活跃的一条断层带，曾于1974年、1979年发生2次破坏性地震（溧阳5.5级和6.0级）。

  

图1 高淳台地质构造图

高淳台钻孔分量应变于2009年4月开始试观测，钻孔深度44.5 m，第四系覆盖较少，0—0.4 m是第四系黏土，该土是红褐色，粘性大，密实，可塑；0.4—4.5 m是风化层，主要是一些碎块和砂，松散，含水量大；4.5—11.6 m粉砂岩，砖红色，致密，块状，较脆。主要是粉砂和少量土胶结而成，并且有方解石脉；11.6—19.6 m凝灰岩，黑褐色夹少量星点状白色，主要是火山灰夹少量颗粒胶结而成，硬度较大；19.6 m以后是粉砂岩和凝灰岩互层，直到终孔。YRY-4分量钻孔应变仪传感器探头安装在40.2 m深处，共有4个测向，即NS、EW、NE和NW向，1号元件方位角–33°，2号元件方位角12°，3号元件方位角57°，4号元件方位角102°。另外，该钻孔内还配备了水位和气压辅助观测探头，属南京市属形变和测震观测台站，观测环境良好。

从标准定义可以看出，t_source只是针对能够响应从帧的源设备的要求，但是RPT并不在此范围内。标准中关于RPT的性能要求描述详见IEC 61375-3-1-2012中的5.3.1章节。其中，与本文所描述问题相关的标准中的第一条，从字面上理解为，RPT能够识别数据帧的初始方向并能保持稳定时间T_ST=2.0 μs，即RPT在从A侧向B侧转发数据帧结束后的2.0 μs时间内将无法转发B侧发来的数据帧。这正是本文中描述的列车通信故障所处的工况：主设备BA与从设备D3分别位于RPT的A、B两侧，中继器从A侧接受了主帧转发到B侧，然后又将B侧发来的从帧转发到A侧。

2 仪器工作状态

2.1 仪器连续率和稳定性分析

高淳台钻孔分量应变仪采样率为每分钟记录一次观测数据，表1为2012—2016年高淳观测资料整点值的连续率、年变幅和月平均速率。5年以来，高淳钻孔应变连续率都达到98%以上，符合相关规范要求。年变幅上，一分量NS向变化幅度最大，呈压性下降形态，其余三分量变化已逐渐趋于平稳，年变规律明显。

 

表1 高淳台分量应变连续率和年变幅表

  

测向 时间/年 连续率/% 年变幅/10–10一分量NS向2012 98.89 –62 532 2013 99.01 –58 726 2014 99.23 –61 066 2015 98.36 –39 924 2016 98.67 –51 270二分量EW向2012 98.89 –19 132 2013 99.01 –13 012 2014 99.23 –14 542 2015 98.36 –9 914 2016 98.67 –18 628三分量NE向2012 98.89 22 868 2013 99.01 20 782 2014 99.23 32 272 2015 98.36 25 100 2016 98.67 23 200四分量NW向2012 98.89 12 016 2013 99.01 –13 954 2014 99.23 6 994 2015 98.36 12 894 2016 98.67 15 172

2.2 观测精度分析

对 2012 年 1 月 1 日— 2016 年 12 月 31 日应变观测值进行调和分析。为了使数据具有连续性和完整性，对缺值均基于理论值外推或内插补齐，根据扣除固体潮影响的漂移曲线，区分随机错数和掉格，采用平滑方法改正，对大于限定值的掉格，采用平推基线法加以改正。为了剔除干扰数据对分析结果的影响，采用 Nakai拟合方法逐次对48小时间隔（Venedikov数字滤波器间隔）作拟合检验，再用统计方法给出拟合方差的限值，然后在潮汐参数计算时根据各组的方差大小酌情取舍。最后使用Venedikov调和分析方法对预处理后的观测资料进行逐月调和分析计算应变潮汐参数（表2）。由表2结果可知，2012—2016年以来，高淳台分量应变M2潮汐因子值为0.3826—2.5553，相对误差较小，符合地壳形变观测技术规范要求。

 

表2 高淳台分量应变固体潮汐Venedikov调和分析M2波潮汐因子

  

测向 时间 M2潮汐因子 中误差 相对中误差一分量NS向2012 0.402 6 0.089 3 0.014 7 2013 0.604 3 0.078 6 0.020 4 2014 0.550 4 0.038 4 0.005 8 2015 0.382 6 0.066 7 0.012 1 2016 0.638 4 0.044 0 0.006 5二分量EW向2012 1.211 2 0.058 0 0.004 3 2013 1.036 6 0.063 1 0.051 6 2014 0.920 6 0.052 9 0.004 6 2015 0.831 7 0.132 8 0.012 6 2016 1.228 3 0.059 0 0.004 5三分量NE向2012 1.784 4 0.073 7 0.003 1 2013 1.597 1 0.041 1 0.092 6 2014 2.555 3 0.041 9 0.001 5 2015 2.423 1 0.065 1 0.002 6 2016 2.100 7 0.087 7 0.003 7四分量NW向2012 1.491 6 0.036 6 0.002 6 2013 1.480 4 0.012 4 0.041 2 2014 1.484 3 0.036 9 0.002 6 2015 1.474 8 0.078 1 0.005 1 2016 1.482 3 0.068 7 0.004 5

3 突变（阶跃）分析

高淳台分量应变突变（阶跃）出现后，根据宏、微观落实异常相关规定，南京市地震局会同江苏省地震局专家、高淳区地震办公室工作人员第一时间赶赴现场进行核查，排除周边环境（施工、蓄水等）干扰因素；对观测仪器进行自检，排查仪器自身等因素；最后通过数据数学处理，排除气压、降雨等干扰。

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研究钻孔应变观测资料，已成为有效进行地震预报手段之一。邱泽华等[2]提出，地震前兆异常的判据有3个方面：①有正常背景；②非干扰影响；③与地震相关。这3个判据明确指出，“干扰影响”作为判断地震前兆异常所要排除的一项重要因素，只有明确各种干扰源和各种干扰的表现特征，才能有根据的判别畸变曲线是干扰还是地震异常。

3.1 异常特征分析

（1）从变化形态看，对2012—2016年出现的8次突跳异常进行分析表明，8次阶跃事件中，一分量NS向和四分量NW向异常形态呈现上升变化，表现为张性；二分量EW向出现7次阶跃变化，且都是下降变化，表现为压性。三分量NE向阶跃类似脉冲，大多先张后压，之后恢复正常形态。

（2）从持续时间看，变化幅度时间最长的为2012年7月13日（图2b），持续约1周时间，之后7月20日，江苏高邮、宝应发生M4.9地震；其余7次异常变化均不超过48 h。

YRY-4型应变探头有互成45°交角4条测线，在水平面上呈米字形布置的4个径向测微传感器，测量圆筒形探头4个方向孔径的相对变化，其中1、3路，2、4路互相垂直。只要钻孔地层满足连续弹性变形条件，无论出现怎样的异常应变，只要4路观测量能满足（S1＋S3）=（S2＋S4）自洽方程，就能确定是地下应变变化的真实反映。图3是2012—2016年出现高淳台异常突跳1月内1＋3和2＋4整点值，从图中可以看出，突跳发生前，1＋3和2＋4相关性很好，满足仪器自洽方程，突变出现后，数据出现失洽现象，然后逐步恢复自洽。池顺良等[8-9]通过对汶川、芦山、鲁甸等地震钻孔应变出现的自洽—失洽—自洽等现象研究认为，钻孔应变观测中，数据满足自检条件是地层连续性没有遭到破坏的结果，而地震及地震孕育过程正是地层连续性逐渐遭到破坏的过程。从孕震区发出的异常应变信号传递到观测仪器的途中，若经过孕震裂隙扩展区，异常应变信号会出现不满足自检条件的现象。

（3）从异常出现的时间看，8次突变变化没有出现在固定或有规律的时间范围内，排除了年变、仪器自检等干扰因素。

采用SPSS 18.0统计学软件进行统计分析，计量资料采用±s表示表示，组内的术前与术后各项评分比较采用配对t检验，不同组之间各项评分采用独立样本t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

根据上述计算结果，可见吹气流速越快，则气流所携带的雾滴颗粒直径越大。反之，如果需要吹出的雾气颗粒直径越小，则必须吹动雾气的气流速度越小。

3.2 阶跃幅度分析

从应变阶跃幅度看，8次阶跃二分量EW向的压性变化量均超过其他分量变化量，也就是说每一次的最大阶跃变化都为压性，并且集中在二分量。异常出现时，观测结果不满足1＋3=2＋4仪器自检条件，异常结束后仪器自检很快恢复正常，周围环境未发现明显干扰，初步判断观测到近东西向的压性变化是真实可靠的。

众多研究结果表明，差应变与构造活动的关联更加密切，差应变数据不受测长基准杆本身长度变化造成的漂移和探头处地层温度变化引起的漂移影响，可以更好地反映地壳应力场变，也更有利于分析前兆异常。图3是2—4/1—3差应变变化比值，结果表明，8次异常差应变之比均表现为张性，表明几次异常源方位一致。孙业君等[11]对茅山断裂带及附近地区应力张量结果研究显示，该带处于以NEE-SWW向水平压应力和SSE-NNW向水平张应力为主的现代构造应力场中；张晶等[12]认为，大多数系统偏离的差应变方向与附近构造的走向比较相近，即剪应变方向接近断层平行方向，表明高淳台分量应变变化受附近NNE向茅山断裂和NNE向金坛—南渡断裂带所控制。

此时的周小羽正躲在一边，躲在李老师的一边。虽然说是躲着，但周小羽的眼神里依然没有愧疚的意思。这令常爱兰很生气。常爱兰有几次想伸手拉过周小羽，或想伸手劈个耳光过去的，但终究因为李老师在，她没有伸出手去。

3.3 突跳原因分析

（2）高淳台2012—2016年8次阶跃出现自洽—失洽—自洽现象可能反应该地区周围应力场是在受附加应变场偏转作用下，钻孔壁受到剪切作用发生局部非线性变形，地层连续性遭到破坏，而地震及地震孕育过程正是地层连续性逐渐遭到破坏的过程；从孕震区发出的异常应变信号传递到观测仪器的途中，若经过孕震裂隙扩展区，异常应变信号会出现不满足自检条件的现象。

常规护理过度依赖医师医嘱,程序化、单一化,缺乏与患者之间的沟通,从而患者配合度低、依从性差,可能延误治疗时间,影响最终治疗效果。本文提出以上述患者自杀原因与心理状态为依据,在实施常规基础上增加心理干预。本文研究结果显示:经相应护理后,观察组患者置胃管耗时、抢救成功率、再次自杀率均明显优于对照组;另外,观察组患者SAS、SDS评分均明显优于对照组患者。可见,以患者自杀原因、心理状态为依据,实施心理护理干预,对提高抢救效果、缓解心理情绪作用显著,值得临床推广。

2012年7月20日20时11分，江苏省高邮市、宝应县交界处（33.0°N，119.6°E）发生M4.9地震，震源深度5 km，震中距160 km，此次地震是江苏省20多年来陆地最大的一次地震，南京市普遍有感。2012年7月13—19日，高淳钻孔分量应变二分向EW向出现了加速下降的趋势（图2b），日均变化幅度达到–172.14×10–10，远超过东西分量 2012 年全年日均 54×10–1 0，是年均日变化的 3.1倍；此外，和二分量EW向方位角呈90°的四分量北向则出现了趋势性上升，日变化幅度为120×10–10，超过北西向2012年全年日均变化幅度32.92×10–1 0，之后 7月 20日 M4.9地震，2—4组合差应变观测结果显示，4号元件相对2号元件向下压性变化，发生NEE-SWW向偏转现象。倪红玉等[10]通过对高邮、宝应发震断层参数测定分析，认为NNE向滁河断裂很可能是此次地震的发震构造，这与高淳台钻孔应力反应相一致。

  

图2 2012— 2016年高淳钻孔应变突变（阶跃）图

 

表3 高淳分量应变阶跃幅度变化表

  

编号 日期 一分量/10–10 二分量/10–10 三分量/10–10 四分量/10–10（a） 2012-03-25 0 –1 928 0 0（b） 2012-07-13 0 –1 224 0 831（c） 2013-08-29 1 767 –3 661 1 040 2 133（d） 2014-02-23 1 001 –2 384 928 1 126（e） 2014-09-01 1 141 0 0 774（f） 2014-10-30 736 –3 763 1 118 1 691（g） 2015-06-18 723 –2 924 891 1 146（h） 2016-03-29 1 196 –4 098 1 601 1 400

当下，互联网公司都在加强反腐力度，很多公司都成立了类似“纪委”的部门。阿里、百度、腾讯、京东、美团很多贪腐案件都是在自查中发现的。

  

图3 高淳台钻孔应变1＋3、2＋4及差应变比值变化图

4 结论与讨论

通过对2012—2016年8次阶跃高淳台钻孔分量应变形态、变化幅度以及异常性质进行分析，得到如下结论：

（1）对8次异常进行现场环境干扰排查、仪器自检和数据处理分析等排除，确定均为真实地壳应力变化，对探讨钻孔应变与地震前兆异常机理之间的关系具有积极的意义。

高淳台YRY-4分量应变自2009年安装调试以来，仪器逐步结束零漂，固体潮清晰、明显，观测精度较好。2012年，分量应变观测数据通过专线接入江苏省地震数字台网，实现了数据资源共享。2012—2016年，高淳台分量应变出现8次不明原因突跳，突跳出现时间、幅度和张压性均不同（图2），这一变化现象值得关注和研究。

（3）高淳台差应变比值分析表明，该区域应变异常应变源为同一个方位，这可能被周边NNE向茅山断裂和NNE向金坛—南渡断裂带所控制。

致谢

感谢审稿老师提出的建设性意见；江苏省地震局预报中心田韬在数据处理方面给予指导，一并感谢。

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生态文化是生态文明建设的核心和灵魂。在城市绿化建设中，依托自然资源和文化底蕴，深入挖掘高原丰厚的人文历史资源，旅游文化、宗教文化、民俗风情、河湟文化及独特的生态自然特点和动植物等生态文化资源，发挥这些繁荣的载体优势，引导市民牢固树立人与自然和谐的理念，更加自觉的弘扬生态文化、建设生态文明、推动科学发展。进一步丰富生态文化内涵，切实提高林业促进绿色增长的能力和水平。把绿色发展转化为城市的品牌魅力和竞争新优势，进一步提升林业促进绿色增长的能力和水平，打造独具西宁高原特色的生态文化体系。

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