水管倾斜在云南前兆台网中作为较普遍的形变观测手段之一,其数据记录稳定、质量较高,并且与地震孕育过程的关系相对较为密切。本文选取2008年1月1日至2014年9月14日水管倾斜数据,由于原始数据一般会有缺数,记为99 999,本文采用简单的线性插值对原始数据进行处理,缺数太多的年份剔除不用。图1给出云南前兆台网部署有水管倾斜仪的台站分布图。
2.1 水管倾斜NS向
图2为2008～2014年昭通、昆明、楚雄、永胜、洱源、云县6个台站的水管倾斜NS向曲线对比。从图中可以看到,昭通台NS向水管倾斜自2011年开始呈逐渐下降的趋势,而2012和2013年则比较平稳,一直保持到2014年6月中旬以前,到6月12日即鲁甸MS6.5地震前一个半月左右,倾斜量突然增大,其异常是由UPS电源故障导致,如图2a中的红圈所示。由于受到这一干扰,昭通台水管倾斜NS向自2014年6月以后受到一定影响。
受云南前兆台网密度的限制,加上昭通地处云南东北角,与昭通台距离最近且架设水管倾斜仪的分别为昆明台、楚雄台、永胜台、洱源台和云县台。这些台站分布在昭通台的西南和西向,距昭通台约300～400 km。西南方向距离昭通台最近的是昆明台,直线距离约270 km。2014年昆明台水管倾斜NS向的形态与2011和2012年的形态基本相似,均比较平缓,没有表现出特别的上升或下降趋势。楚雄台距昭通台300 km,2014年水管倾斜NS向在形态上与往年相似,而在6月以前表现出比往年偏高的上升幅度,6月后迅速下降到正常水平。云县台距昭通台480 km,2014年水管倾斜NS向形态与2013年基本相似,形态比较平缓。而永胜和洱源台与昭通台的距离分别为300 km和400 km,这两个台2014年的水管倾斜NS向曲线形态基本与往年相似,形态相对较平缓。综上所述,鲁甸MS6.5地震前,昭通台受到停电干扰,楚雄台水管倾斜NS向在2014年表现出了一定的年变畸变,其余台站均表现正常。
2.2 水管倾斜EW向
图3给出昭通、昆明、楚雄、永胜、洱源和云县台的EW向水管倾斜年变曲线。如图所示,2011～2014年昭通台水管倾斜EW向的年变曲线表现为:2011至2013年7月倾斜量均为下降,下降幅度逐年减小; 2013年8月至2014年变为上升。2009～2011年昆明台水管倾斜EW向曲线均表现得相对平缓,2012～2014年均表现为明显的上升趋势,上升幅度逐年增高。2009～2012年楚雄台水管倾斜EW向变化均比较平缓,2013年8、9月有明显下降,10月后有一定回升,但2014年5、6月却显示出明显上升,7、8月后迅速下降的趋势。2014年永胜台水管倾斜EW向的形态与往年的形态基本相似。洱源台水管倾斜EW向自2008年以来,均表现为逐渐上升的趋势,形态基本相似。自2010年以来,云县台水管倾斜EW向每年的年变曲线形态基本相似,只是起伏的幅度有差别,2014年的年变形态没有明显畸变。
图2 2008～2014年昭通(a)、昆明(b)、楚雄(c)、永胜(d)、洱源(e)、云县(f)台水管倾斜NS向曲线对比
Fig.2 Comparison of curves of water tube tilt in NS recorded by Zhaotong(a),Kunming(b),Chuxiong(c),Yongsheng(d),Eryuan(e),Yunxian(f)stations from 2008 to 2014
综上所述,鲁甸MS6.5地震前各台站水管倾斜EW分量年变曲线特征总体表现为:(1)2013年8月楚雄台开始出现明显年变畸变,2009～2012年年变幅度不超过±200×10-3″,但自2013年8月开始倾斜量下降幅达-600×10-3″,为过去几年的3倍以上,2014年表现为先上升后下降的趋势,上升值达+600×10-3″;(2)昭通台自2013年8月至2014年9月14日,年变曲线趋势均上升,与2011和2012年方向相反;(3)除昭通台和楚雄台有同步变化外,其余台站均无明显畸变。
图3 2008～2014年昭通(a)、昆明(b)、楚雄(c)、永胜(d)、洱源(e)、云县(f)台水管倾斜EW向对比曲线
Fig.3 Comparison of water tube tilt curves in EW recorded by Zhaotong(a),Kunming(b),Chuxiong(c),Yongsheng(d),Eryuan(e),Yunxian(f)stations from 2008 to 2014
通过联合分析同一台站倾斜的EW向和NS向,可以研究台站倾斜的真实方向。楚雄台2013年EW、NS两个分量的倾斜均为下降趋势,尤其自8月开始快速下降。2014年1～6月倾斜的两个分量均为上升趋势,6月以后至鲁甸地震发生前又快速下降。NS分量下降表明为南倾,EW分量下降表明为西倾(蒋靖祥等,2005),所以楚雄台2013年的倾斜方向是西南,尤其在8月为快速西南向倾斜。2014年1～6月倾斜分量均表现为上升,即为东北向倾斜,6月以后至鲁甸地震发生前又快速变为西南向倾斜。地形倾斜变化的过程与介质所受应力变化的过程有紧密联系,这种地形倾斜的快速变化是由应力的变化引起。但是造成此地形倾斜变化的应力作用是非常复杂的。总体上应力积累区与相邻地震的应力环境相同(程建武等,2013; 沈旭章,2013)。
图4 2013(a)和2014年(b)楚雄台气象三要素与水管倾斜对比图
Fig.4 Comparison of three meteorological elements with water tube tilt at Chuxiong Station in 2013(a)and 2014(b)
前文分析表明,在所选台站中楚雄台水管倾斜年变在鲁甸地震前表现出一定的畸变特征。为了甄别这种年变畸变与气象三要素的关系,笔者作进一步分析。如图3所示,2013和2014年楚雄台最低气温约5 ℃,最高气温约37 ℃,可见气温对测洞内的温度影响不大。2013年10～12月气压有一个扰动,类似的扰动于2014年1、4和5月均有出现,其变化与2013和2014年水管倾斜变化趋势没有明显相关性。2013年5月出现最大降雨,最大降雨量200 mm,2014年基本无降水,2013和2014年楚雄台地表降水均偏少,测洞内的湿度变化不会太大,即2013和2014年楚雄台水管倾斜仪受降水的影响较小。唐伯雄等(1988)对楚雄台水管倾斜的倾斜变化特征作了详细研究,并给出了气象三要素对楚雄台水管倾斜的影响。由图4中可知:气象三要素的变化很难引起2013年8月至2014年9月14日楚雄台如此明显的水管倾斜年变畸变。
图5为楚雄台2009年1月1日至2014年9月14日水管倾斜去掉趋势后的年变曲线。由图可知,2009年至2013年8月楚雄台水管倾斜NS和EW向年变曲线均比较规律,2013年8月至2014年9月14日年变曲线则变得不规律,变化幅度以及形态与常年均有较大差别。畸变的时间与昭通台水管倾斜EW向出现反向的时间吻合,说明二者具有时间同步的关系。但可惜的是昭通台水管倾斜NS向受断电干扰,年变趋势受到影响,已不能用于验证这一结论。
图5 楚雄台水管倾斜NS(a)和EW(b)向去趋势的年变曲线对比
Fig.5 Comparison of annual variation of water tube tilt in NS(a)and EW(b)after removing the trend at Chuxiong Station
