李 鹏，李 静，石 磊，王 琳，王 红

（1.贵阳基准地震台，贵州 贵阳 550018； 2.云南省地震局，云南 昆明 650224；3.营口地震台，辽宁 营口 115101； 4.大石桥市金桥中学，辽宁 大石桥 115101）

尼泊尔地震钻孔应变同震记录分析

李 鹏1，李 静2，石 磊1，王 琳3，王 红4

（1.贵阳基准地震台，贵州 贵阳 550018； 2.云南省地震局，云南 昆明 650224；3.营口地震台，辽宁 营口 115101； 4.大石桥市金桥中学，辽宁 大石桥 115101）

采用十五期间架设的贵阳、昭通、永胜和腾冲四个台的钻孔应变资料，对2015年4月25日尼泊尔Ms8.1地震同震应变波进行对比分析，结果表明非同台钻孔应变同震记录的初动时间、波动幅度和持续时间等与地震震级、震中距存在一定的关系，但在地震应变阶、张压性变化等方面差异较大，造成此差异的原因尚需进一步研究。

尼泊尔地震；钻孔应变；同震应变波；地震台

0 引言

2015年4月25日14:11:26尼泊尔博克拉发生MS8.1级强烈地震，震源深度20km，释放能量是2008年汶川地震的1.4倍，震中区烈度X度以上。邻近地区印度、中国、孟加拉国和巴基斯坦等国均有震感，尤其我国西藏日喀则市震感非常强烈。加之随后而来的2次7级以上强余震，导致近万人遇难，古文化遗迹损失惨重，受灾面积达20万平方公里。该地震震中位于印度洋板块和欧亚板块挤压碰撞区域，其能量释放可能对中国西部地区动力环境，甚至整个亚洲地质构造格局产生较大影响。

十五期间滇黔地区共架设YRY-4分量钻孔应变仪4套，分别位于贵阳、昭通、永胜和腾冲地震台。各台仪器安装以来，均运行稳定，观测数据准确可靠，能有效观测地球潮汐变化及同震应变波形，记录区域地壳形变长期变化特征，观测精度高，满足地震形变学科观测技术规范要求。仪器输出向负方向变化为传感器受压，向正方向变化为传感器受张。

形变观测的同震应变波是指远场的地震波传播到形变观测点所激发的近场局部应力应变的振荡型变化，是地震及地应变观测的纽带，研究同震波动变化与地震的关系，有利于分辨提取形变观测中的短临前兆信息及区域应变变化信息。尼泊尔MS8.1地震发生后，以上四台站钻孔应变均记录到清晰的同震应变波（震中及台站位置分布见图1），并且在同震初到时间、波动幅度、持续时间等方面表现出一定的相关性，但在同震阶变等方面差异明显，可能和地震波的传播路径、台站地质环境及仪器特性有关。

1 台站概况

1.1 贵阳台

贵阳台位于贵州省贵阳市乌当区，台基为白云岩、白云质灰岩。钻孔应变观测井深47m，灰白色中风化白云岩，套管下至35m，仪器探头安装于井下39m岩石较完整处。仪器分量元件方位（相对地磁南北）：北南分量74o，东西分量119o，北东分量164o，北西分量29o。

1.2 昭通台

昭通台位于云南省昭通市，小江断裂西侧，台基为玄武岩。钻孔应变观测井深45m，玄武岩，套管下至22m，仪器探头安装在井下44.7m岩石较完整处。仪器分量元件方位（相对地磁南北）：北南分量59o，东西分量104o，北东分量149o，北西分量14o。

1.3 永胜台

永胜台位于云南省永胜县，丽江—宁蒗断裂带和宾川—程海断裂带之间的永胜盆地东侧，台基为石英砂岩。钻孔应变观测井深43m，石英砂岩，套管下至40m，仪器探头安装在井下41.7m岩石较完整处。仪器分量元件方位（相对地磁南北极）：北南分量-23o，东西分量13o，北东分量58o，北西分量103o。

1.4 腾冲台

腾冲台位于云南省腾冲县，怒江深大断裂西侧，台基为玄武岩。钻孔应变观测井深45m，含气孔结构灰白色安山玄武岩，套管下至40m，仪器探头安装在井下43m岩石较完整处。仪器分量元件方位（相对地磁南北）：北南分量19o，东西分量109o，北东分量64o，北西分量154o。

2 仪器介绍

贵阳、昭通、永胜和腾冲台钻孔应变观测均采用鹤壁市地震局研发的YRY-4分量式钻孔应变仪，该仪器能满足观测到地壳的应变本底地球应变固体潮及地震应变波这一目标，并实现遥控自动标定、遥控自动调零、数字输出、网络远程通讯功能，仪器运维管理简单、方便。

YRY-4仪测量探头为长圆筒径向位移式仪器，在圆筒中部位置安装了四个方向的四组径向测微传感器，用以测量这四个方向圆筒直径的微小变化。安装时将探头放入地层钻孔，并用耦合介质与地层耦合为一体，通过仪器测量系统获取钻孔四个方向的钻孔孔壁径向位移。因传感器按照米字型4等分布置，相邻两传感器方向差45o，从4个传感器的测值可以通过“1路数据+3路数据≌2路数据+4路数据”检查仪器测值的可靠性。仪器电信号输出规定为传感器受压向负方向变化，受张则向正方向变化。

图1 尼泊尔地震震中及钻孔应变台站分布图Fig.1 Nepal earthquake epicenter and seismic station distribution map

3 尼泊尔地震同震记录分析

3.1 初动时间

同为尼泊尔地震，四个台记录的同震应变波初动时间最早的是永胜台14:13，最晚的是昭通台14:19，相差6分钟（见表1）。同台四分量初动时间一致，但与各台震中距大小非一一对应关系。理论上讲，台站仪器均配备GPS时间系统，各台时间记录一致，假设壳内构造均质，那么初动记录应与震中距大小呈比例对应。该差异应由各台站所处地块地质构造环境引起地震波传播途径及速率不同而产生。

3.2 最大波动时间

各台同震应变的最大振动时间（见图2）多数出现在初动时刻后4～7分钟，除永胜台记录最大振动时间较早外，其它台站记录的最大振动时间接近，应与地震波速及传播路径有关；同台不同分量出现最大振动的时间接近，相差均在1～5分钟内，只有贵阳台北东分量与北南分量相差达16分钟，应与仪器不同分量元器件老化产生的灵敏度差异有关。

3.3 最大波幅

同震应变波动的幅度相比较而言永胜台记录最大，腾冲台最小。最大振幅方向既有张性变化，也有压性变化。一般而言，同台不同地震记录的同震应变波震级越大，波幅越大，持续时间越长［1］，但是对于此次尼泊尔地震来说，在不同台站之间似乎与震中距及震级之间缺乏明确的线性对应关系。原因为YRY-4仪的6个观测值不是同时采样，而是顺序交替进行采样，采样频率1次/分钟，因此很可能遗漏应变变化的更多有价值信息，导致记震特征呈张压性变化，波动幅度不一，难以直接对比其差异［2］。

3.4 同震应变波持续时间

各分量同震应变波动持续时间最长的是贵阳台北西分量，112分钟，最短是永胜台北南分量，57分钟。相同台站不同分量，不同台站相同分量之间，表现出了较大的差异，如贵阳台北西和东西分量相差达41分钟（表1）。与观测井孔环境、地震波传播介质的各向异性有关［3］。另外，各台记录的同震持续（衰减）时间大体表现出与震中距的反相关关系（图3），从区域地质构造情况看，贵阳、昭通均地处较稳定的扬子地台区，历史地震活动较少，永胜介于扬子地台的稳定和非稳定地块之间，区内断裂带增多，地震活动增强，腾冲地块则区域褶皱褶束、超壳断裂（火山断裂）发育，地震活动十分频繁，由此可见，强烈地震引起的局部钻孔应变变化在地壳稳定区域信号衰减慢，非稳定区域因地震信号被褶皱断层等构造不断反射折射减弱，从而引起的应变变化衰减快［4］。

3.5 同震应变阶

四个台站中昭通和永胜台记录到了同震应变阶，均为非标准型同震阶变［5］，在震后均未恢复原始状态，而是在新的应变位置上继续变化。变化幅度则以昭通台、永胜台北东分量最大，各分量幅度及张压性变化不一，与局部地区不同方向应力应变的响应状况、仪器性能及钻孔介质的各向异性有关［6-7］。另外，根据历史记录，钻孔应变观测应变阶有瞬时阶跃、缓变阶跃两种形态，台站所处地质构造越复杂其阶跃记录越多，但是腾冲台却未记录阶跃现象，具体原因应对比更多震例进行研究。

3.6 与同台地震计记录的比较

贵阳同台（不同位置）测震波形记录显示（数据略），初动时间为14:14:52，与钻孔应变记录时间相差约3min。最大振幅时间为14:24，与应变记录基本一致。同时，测震记录的各分向最大振幅差异亦较大。说明钻孔应变记同震变化资料可靠，该差异应由仪器的幅频特性，仪器及钻孔地质环境的各向异性产生。

表1 钻孔应变同震应变特征记录表

图2 钻孔应变观测记录分钟值曲线图（20150425）Fig.2 Minute-value curves of Borehole strain observation on April 25，2015

图3 同震应变波动持续时间对比图Fig.3 The duration of co-seismic response

4 结语

滇黔地区贵阳、昭通、永胜和腾冲四个台站相同的YRY-4型分量式钻孔应变观测仪器，在记录同样的尼泊尔MS8.1地震的同震应变波形时，在同震幅度、持续时间、张压性变化、观测应变阶等方面表现出了一定的联系和差异，不仅与发震构造、地震波的传播路径、不同区域地质构造、钻孔应变观测井孔构造及岩性差异有关，还与仪器安装耦合效果、仪器采样率、仪器分量元件方位、仪器幅频特性和仪器性能等因素有关。这种差异暂时难以与地震震级和震中距之间建立确定的线性关系，有必要针对更多台站（多台相同仪器或同台不同仪器）搜集更多震例进行震前、临震、震时及震后应变变化的对比研究以期获得更加准确有效的结论并对台站仪器映震能力、前兆异常形态研判及短临跟踪工作加以指导。

［1］ 张创军，邵辉成，史春伟，等. 乾陵台数字形变资料同震响应特征研究 ［J］.大地测量与地球动力学，2012，32（6）：41-44.

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BOREHOLE STRAIN CO-SEISMIC RECORDS ANALYSIS ON Ms8.1 EARTHQUAKE IN NEPAL

LI Peng1， LI Jing2， SHI Lei1， WANG Lin3， WANG Hong4

（1. Guiyang Seismic Station ， Guizhou Guiyang 550018，China；2. Earthquake Administration of Yunnan Province， Yunnan Kunming 650224，China； 3. Yingkou Seismic Station，Liaoning Yingkou 115100， China；4. Jingqiao Middle School， Liaoning Dashiqiao 115100， China）

Using the drilling strain data collected in Guiyang， Zhaotong， Yongsheng and Tengchong seismic stations built during the 10th five-year-plan， we analyze the Co-seismic strain waves from Ms8.1 earthquake in Nepal in April 25，2015. Results show that the initial wave time， fluctuation amplitude and duration of different stations' borehole strain records have certain relationships with the magnitude， epicenter distance. However， there are great differences in terms of seismic strain and tension and the reasons for these differences need further research.

Nepal earthquake； borehole strain； Co-seismic strain wave； seismic station

P315.3；P315.72

A DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.03.009

1674-8565（2016）03-0047-05

2016-05-12

2016-06-27

李鹏（1969-），男，贵州省贵阳市人，工程师， 现主要从事地震监测预报工作。Email:294409365@qq.com