4.1 窝子滩场地
窝子滩场地位于甘肃省靖远县水泉乡窝子滩(104.57°E,36.89°N),由兰州地震研究所于1981年7月选点建立,场地类型为水准观测场地。该场地为跨断层场地,断层产状为走向:N280°,倾向:N,倾角:62°。窝子滩场地中监测点的形变可能受到周围环境(气温、气压、降雨量)的影响,现利用上述模型计算2002～2011年窝子滩场地高差变化与气温、气压、降雨量等因素间的关联度。图3为窝子滩场地监测点分布图,图中东西走向的双线为该场地断层的概略位置。
由图4 可看出206-207测段与207-208测段高差波动正常,而205-206、208-205测段高差波动出现异常,据此可推断出205号监测点出现异常。4个监测点构成一个闭合水准路线,将闭合差作为零,为得到205号点的相对高程值,这里将205-206测段和208-205测段的高差值的平均值作为205号点的相对高程值(图5a)。
从图5可以看出,2002～2011年205号监测点的高程整体呈直线下降,局部存在波动,在2006年1月和2009年1月有明显的异常变化。2002～2011年205号监测点气温、气压、降雨量都具有明显的季节性,气压变化总体在835 hPa上下波动具规律性,局部存在随机性的扰动; 气温的变化更具规律性,并且变化稳定; 每年降雨量总体趋势随季节变化明显,但降水量的变化随机性比较强。
2002～2011年205号监测点气温、气压的总体趋势稳定,而高程总体呈直线下降趋势,表明气温、气压对监测点形变没有影响; 205号监测点在2006年1月和2009年1月出现明显的异常变化,但同期的气温、气压也没有出现较为明显的异常变化,表明气温、气压对窝子滩场地监测点的形变异常也没有明显的影响。
考虑到降水量对地形变的影响比较显著(胡惠民,1984),雨季的总降雨量和连续干旱天数对对地形变有着显著的影响,并且其对地形变的干
图3 窝子滩跨断层场地监测点分布图
Fig.3 Distribution of monitoring points in Wozitan cross-fault site
图4 窝子滩跨断层场地水准测段高差曲线
Fig.4 The height difference curves of leveling segment of Wozitan cross-fault site
扰具有滞后效应。对比
图5a和5d,205号监测点的高程变化并没有出现与雨季—旱季相同的交替变化规律,并且其两个异常的变化均发生在1月份,不符合降雨对地形变的影响规律,因此在窝子滩场地降雨量对其形变的影响可以忽略。
下面通过灰色关联分析模型计算气温、气压、降水量与高程变化的关联度来确定这些形变异常的干扰因素对地形变的影响程度。
图5 2002～2011年窝子滩跨断层场地205号
监测点相对高程(a)、气压(b)、降雨量(c)和气温(d)曲线
Fig.5 The relative elevation(a),atmospheric pressure(b),rainfall(c),air temperature(d)curves at No.205 monitoring point in Wozitan cross-fault site between 2002 and 2011
表2 2002～2011年窝子滩跨断层场地监测数据
Tab.2 The monitoring data of Wozitan cross-fault site between 2002 and 2011
注:*数据来自于中国地震局第二监测中心; **数据来自于甘肃省气象局.
表3 窝子滩跨断层场地关联度对照表
Tab.3 Correlation degree comparison at Wozitan cross-fault site
由表3得出,窝子滩场地气温、气压、降水量与205号监测点的高程变化的关联度非常小,远远小于关联度阈值,另外观察表3,发现在相同的数据列中既存在正值又存在负值,这说明在同一数据列中,数据之间既存在正相关又存在负相关,这种矛盾恰恰说明了其关联度很低。综上可认为在窝子滩场地气温、气压、降水量对形变异常的影响并不大。205号点的形变异常可能是受地壳应力活动或其他干扰因素的影响而导致的。另外关联度计算结果与图5所反映的信息一致说明该模型可应用于跨断层场地形变异常干扰因素的评价分析中。
4.2 大泉口场地
大泉口场地位于甘肃省肃南县大泉口(97.70°E,39.51°N)。该场地由中国地震局第二监测中心于1988年6月埋设。场地位于昌马—古浪断裂西段,该断层在场地附近走向近东西,总体走向N70°W,倾向SW,倾角70°～80°。图6中东西走向虚线为断层的概略位置。
图6 大泉口跨断层场地监测点分布图
Fig.6 Distribution of monitoring points in Daquankou cross-fault site
以大泉口场地中的一个闭合环线为例进行分析(
图7)。E-C测段与E-F测段、C-F测段构成闭合环线,C-F测段高差波动无异常,E-C测段与E-F测段出现巨幅变化,据此可推断出监测点E出现异常。观察时间轴可知此变化具有明显的季节性。为得到E号点的相对高程值,这里将E-C测段与E-F测段的高差值的平均值作为E号点的相对高程值(
图8a)。
图7 大泉口跨断层场地水准测段高差曲线
Fig.7 The height difference curves of leveling segment of Daquankou cross-fault site
图8 2002～2011年大泉口场地E号相对高程(a)、气压(b)、气温(c)和降雨量(d)曲线
Fig.8 The relative elevation(a),atmospheric pressure (b),air temperature(c),rainfall(d)curves at No.E monitoring point in Daquankou cross-fault site between 2002 and 2011
由
图8可知,大泉口场地E号监测点具有显著的周期性特征,同时气温、气压、降雨量等均具有季节性特征。从数据曲线上,气温、气压图像整体规律为围绕某一值上下波动,呈周期性变化,而监测点的波动图像与降雨量图像则呈出以某一值为最大值或最小值,周期性出现峰值的规律。
图9 2002～2011年大泉口场地降雨量与E点相对高程对比曲线
Fig.9 The comparison curve of rainfall and the relative elevation at No.E in Daquankou cross-fault site between 2002 and 2011
由
图9可得降雨量对E点的高程有一定的影响,且影响是滞后的、负相关的。其大致规律为:大泉口场地每年的7月至第二年的1月降雨量较小,E点的高程也随之逐渐降低,到1月份降至最低,每年的1～7月降雨较丰富,E点高程也随之 升高,至5月升至最高点,并以此进行周期性变化。
下面通过上述模型计算关联度验证上述结论:
表4 2002～2011年大泉口场地监测数据
Tab.4 The monitoring data of Daquankou cross-fault site between 2002 and 2011
注:*数据来自于中国地震局第二监测中心; **数据来自于甘肃省气象局。
表5 气温、气压和降雨量关联度对照表
Tab.5 Comparison of correlation degree of temperature(a)、atmospheric pressure(b)and rainall(c)
由表5可以看出,E点的高程与温度表现出很大的关联度,并且与温度呈正相关的关系; E点的高程与气压关联度也比较显著,并且与气压呈负相关的关系。对于具有滞后影响的降雨量来看,该模型并没有很好地表现出来,由于降雨量对高程影响的滞后时间也不固定,所以通过模型计算出的结果与实际不相符。由此可得在大泉口场地监测点E点高程受到了气温、气压、降雨量等环境因素的影响较明显,但由于模型对滞后影响上的计算存在缺陷,在计算降雨量的关联度时结果出现了失真。
影响因子对参考因子的影响滞后是一个复杂的过程。目前还没有一个有效的模型进行识别,必须进行人工干预识别。对于具有滞后效应的干扰因素的有效识别,也是今后需要深入研究和探讨的问题。
