用超限率分析法研究汶川地震的前兆应变变化

　　1　引言

　　造成巨大灾害的汶川大地震的发生没有成功预报,再一次引发了地震界对大地震能不能成功预报的争论,争论的焦点是汶川地震之前到底有没有异常信号?

　　据目前公认的看法,在所有各种地球物理量中,应力(应变)变化与地震有最直接的联系。近年来,伴随美国“板块边界观测(PBO)”项目的开展,钻孔应变观测尤其引人注目[1]。Qiu, et al[2]曾论证,唐山地震前震中地区的两个钻孔应力台观测到互相可比的、与地面形变数据配套的异常应力变化,这说明大地震震中地区钻孔应变仪可以观测到地震前的前兆变化。

　　我国的钻孔应变观测台网“十五”期间得到迅速发展。然而,令人遗憾的是,所有钻孔应变观测点都距离汶川地震的震中区相当远,使用常规的分析方法,根本识别不出明显、可靠的前兆信号[3]。

　　池顺良[4]提出,姑咱台YRY-4型钻孔应变仪刚安装正常运行时固体潮形态完整而光滑,而汶川地震前却观测到频繁的周期为分钟或小时的脉冲变化,是一种前兆异常。传统的地震预报分析,通常不使用分钟值钻孔应变数据,但近年来关于地震前驱波的讨论[5-7],对钻孔应变资料对分钟值的分析有了新的认识。周龙寿等[8, 9]提出了超限率分析法来定量地检验前驱波,结果表明,大地震前并非普遍存在可以远距离传播的前驱波。姑咱台观测的脉冲变化是否是可靠的汶川地震前兆信号?是否是地震的前驱波?如何进行定量的描述?有无地震预报的考价值?对这些问题的研究均具有重要的现实意义。

　　2　观测资料

　　姑咱台位于龙门山断裂带西南延长线上,距汶川地震震中约150 km。姑咱台的YRY-4型四分量钻孔应变仪于2006年10月安装,探头深度约40m,采样率为每分钟1次。自运行以来,除极个别短时段外,一直保持良好工作状态,曲线连续、光滑(图1)。钻孔应变仪观测的是应变的地表附近变化(以张为正)。因为气压的变化直接导致地表附近的应变变化,所以这种观测一般配备有辅助性的气压记录,以便消除其影响。

　　通常,平面应变状态只有3个独立的分量。四分量钻孔应变仪探头安装了4个元件分别测量等分圆周的4个方向的钻孔孔壁位移,多了一个元件,可以用来验证所有元件观测值的可靠性。可以证明,当仪器工作正常时,只要探头周围介质均匀完整, 4个分量的观测值Si(i=1,2,3,4)就基本满足“自检条件”:S1+S3=S2+S4[10]。反过来,只要观测数据满足这个条件,就可以认为观测仪器工作正常。由图2中可见姑咱台钻孔应变仪的S1+S3和S2+S4曲线近乎相同,这使我们相信其观测资料是可靠的。