姑咱地震台位于四川鲜水河、安宁河和龙门山断裂带交汇部位的三岔口地区(图 1)，2008-05-12和2013-04-20在龙门山断层上相继发生汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震，姑咱台距震中仅155 km和80 km，是相距这2次地震最近的形变台站。此外，2008-02-27和2014-11-22、25鲜水河断裂带南端还发生康定M_S4.9、M_S6.3及M_S5.8地震，震中距分别为14 km、50 km及44 km，这为姑咱台的震例研究提供了基础。该台有一口YRY-4型四分量应变仪观测井，深40 m，基岩为花岗闪长岩，探头用改性的普通水泥固结在井下基岩里，汶川地震前曾记录到大量压应变异常信号^[1-4]，芦山地震前又出现了显著的张应变异常变化^[5-8]，因此倍受学者关注。由于这是2类性质不同的异常信息，特别是芦山地震前出现的张应变信号与同一时期台站门前开始的修路施工同步，是否为地震前兆存有很大争议，故应将这2类信号分开讨论。限于篇幅，本文只分析前者，后者可另立专题探讨。

在以往的研究中，邱泽华等^[2-3]采用超限率法对异常信号进行统计，即先将观测数据高通滤波(截止周期128 min)，然后计算每日超限1倍方差的数据个数及强度合计(超限部分的绝对值)；刘琦等^[4]则将高通频带4 h以内的数据进行滤波，然后使用S变换法给出每日最大能量(幅值)随时间的变化。高通滤波能将周期相对较长的信号滤除，而周期不论长短其实都是客观存在的，考虑到人为取舍会造成统计结果的不完整，本文未选用这种方法。与之前研究比较，本文有3点不同：1)拟采用一种不失真的原始分析方法，即不经滤波处理，直接将每日24 h分钟值观测曲线逐天审查，无周期长短、幅值大小的限制，对每个肉眼可识别的压应变和张应变信号出现的时间、幅度均一一分别记录。同时查阅台站工作日志、地震目录和气象资料，将雷电、气压、地震波、断电和应变仪标定、调零及数据采集器和电源故障等引起的干扰逐个排除，在此基础上统计压应变异常幅度、频次和时间与地震的关系。该方法虽然费时费力，但能保证研究者对仪器工作的全过程有一个清晰的认识。2)选取2007~2014年的连续观测数据进行分析，保证资料的完整性、震例的多样性及解读的客观性。3)结合龙门山断裂带地应力绝对测量结果和区域应力场分析结果，对地震前后出现的异常现象给出合理解释。

1 压应变信号的形态特征

应变仪探头内部由4个测量元件构成，相互呈45°排列，输出信号除四组分量应变外，还包含2组面应变，即分量1+分量3和分量2+分量4，理想情况下2组面应变应相等，称为应变仪的“自检”条件或“自洽”原则^[9-10]。压应变信号是指叠加在固体潮观测曲线上肉眼能够识别的短周期变化，按形态可分为脉冲型、凹陷型、阶变型、畸变型和震荡型等，其中以脉冲型数量居多，基本特征是无论分量应变还是面应变，异常信号皆向下指示(图 2)，其物理意义是分量元件或应变探头受压缩(反之为拉伸或膨胀)。该现象在2008-05-12汶川地震后由YRY-4型应变仪研制者池顺良等^[1]首先注意到，并称之为“压性脉冲”。图 3为应变仪第一分量另几类压应变信号的几个典型观测实例。从长时间月尺度来看，4个分量观测结果大致相近，2组面应变基本吻合，相关系数达0.99^[1]，符合“自洽”原则。从短时间日尺度来看，4个分量存在一定差异：1)各分量脉冲信号幅度有所不同，有的显著，有的微弱，但面应变均有记录，反之则不一定成立(图 2、4)；2)2组面应变每日相关系数呈动态变化，起伏不定，不严格遵循“自洽”原则，如在2008-02, R=0.474~1.000, b=0.318~1.196, 平均值R=0.853，b=0.731；3)2组面应变记录到的脉冲信号幅值不一定相同(图 4)，有强有弱。这些差异反映了岩层的各向异性和钻孔与应变探头耦合质量的不均一。限于图件数量和篇幅，本文只给出具有代表性的第一分量的研究结果。

2 单个压应变信号的统计结果

姑咱台钻孔应变仪于2006-10-28安装，试运行一段时间后资料才入数据库，故统计时间从2007-06-12开始。图 5为每个压应变信号产生的最大幅度和周期与地震的关系，通过一阶差分分析可知，异常信号的幅度主要集中在0~64×10^-10之间，最大可达468×10^-10，周期集中在0~130 min(2.2 h)，最长可达850 min(14.2 h)。从图 5(a)可以看出，2008年底之前异常信号密度很高，之后逐渐稀疏；震后单个信号振幅幅度在2009~2010年达到最高，之后逐渐衰减，2013年下半年到2014年最低。图 5(b)同样显示单个信号的周期在2009~2010年最长，之后快速缩短，达到一个比较稳定的状态。与图 5(c)比较，汶川地震前单个信号的幅度和周期都有一个增大的过程，但芦山和康定地震前这一现象不明显。

3 压应变信号每日合计幅值、频次、时间及其累加值与地震的关系

将每日各压应变信号的幅度分别累加作为当日的合计幅值，得到图 6(a)，再将各幅值逐日累加绘制成累加值曲线。同理，将每日压应变出现的次数和时间进行统计，得到图 6(b)和6(c)。将图 6时间缩短图形放大得到图 7，以清晰地展示汶川地震前曲线变化的细节。

从图 6(a)、7(a)可以看出，应变量主要集中在0~360×10^-10范围内，汶川地震前压应变量值增加，2月份幅值达到最高，日累加值曲线相应快速上升，速率约为137.2×10^-10/d；到2008年底曲线开始转折，速率明显放缓，约为37.2×10^-10/d；2011年以后速率进一步减缓，约为13.5×10^-10/d，前后相差3.7~10倍。

图 6(b)、7(b)显示，日频次主要集中在0~8.6次，汶川地震前压应变日频次增加，1月下旬和4月下旬达到高值，日累加值曲线相应快速上升，速率约为5.4次/d；2008年底曲线转折后速率明显放缓，约为0.9次/d；2011年以后速率进一步减缓，约为0.6次/d，前后相差6~9倍。与图 5(a)和6(a)比较，虽然汶川地震后至2010年单个异常和日异常的幅值还比较高，但日频次已显著降低。

图 6(c)、7(c)表明，日异常时间主要集中在0~624 min(10.4 h)范围内，汶川地震前异常时间增加，1月初幅值达到最高，日累加值曲线相应快速上升，速率约为228 min(3.8 h)/d；到2008年底曲线开始转折，速率明显放缓，约为93 min(1.6 h)/d；2011年以后速率进一步减缓，约为57 min(1 h)/d，前后相差2.5~4倍。

此外，汶川地震前2007-11-15~27连续13 d未出现压应变异常信号(图 7)，加之其后又出现高值，导致2007-11~2008-02各累加值曲线出现同步“洼兜”(低值)现象。

从图 6还可以看出，2013年芦山地震和2014年康定地震前后压应变统计曲线均未出现明显异常，表明汶川地震前出现的现象没再重现。

4 压应变信号每月合计幅值、频次、时间及其累加值与地震的关系

将每月各压应变信号的幅值分别累加作为当月的合计幅值, 得到图 8(a)，再将各幅值逐月累加绘制成累加值曲线。同理，将每月压应变出现的次数和时间进行统计，得到图 8(b)和图 8(c)。

从图 8(a)可以看出，应变量主要集中在0~3 160×10^-10范围内，汶川地震前压应变量值增加，1~3月幅值达到最高，月累加值曲线相应快速上升，速率约为4 161×10^-10/月；到2008年底曲线开始转折，速率明显放缓，约为1 113×10^-10/月；2011年以后速率进一步减缓，约为406×10^-10/月，前后相差3.7~10倍。与图 6(a)比较，2009年以后月幅值已相对大为降低。

图 8(b)显示，月频次主要集中在0~110次，汶川地震前压应变月频次增加，2月达到高值，月累加值曲线相应快速上升，速率约为146次/月；到2008年底曲线开始转折，速率明显放缓，约为27次/月；2011年以后速率进一步减缓，约为17次/月，前后相差5.4~8.6倍。

图 8(c)表明，月异常时间主要集中在0~6 049 min(101 h)范围内，汶川地震前异常时间增加，地震前后幅值达到最高，日累加值曲线相应快速上升，速率约为6 944 min(116 h)/月；2008年底曲线转折后速率明显放缓，约为2 832 min(47 h)/月；2011年以后速率进一步减缓，约为1 721 min(29 h)/月，前后相差2.5~4倍。与图 6(c)比较，虽然汶川地震后日异常时间还比较长，但2009年以后月幅值已相对明显降低。

与图 6统计结果类似，2013年芦山地震和2014年康定地震前后也未出现汶川地震时的显著异常现象。

5 对统计结果的分析探讨

确定断裂带地应力状态，能为余震和今后强震发展趋势评估提供重要的构造物理参数。康定测点离姑咱台最近(图 1)，约12.4 km，汶川地震后在172 m钻孔深处用水压致裂法测得最大水平主应力值S_H为6.1 MPa ^[11-12]；泸定测点(21.4 km)震前在150 m深处测得S_H为16 MPa；跷碛测点(88 km)震前在300 m深处测得S_H为25 MPa，震后在214 m深度测得S_H为23.7 MPa；宝兴测点震后在354 m深处测得S_H为25 MPa；映秀测点震后在170~180 m深处测得S_H为15~16 MPa；青川测点(412 km)震前在400 m深处测得S_H为21~22 MPa^[13]，震后复测结果为15~16 MPa。由上述可知，汶川地震前位于龙门山断裂带中北段测点的应力值最高，位于西南段泸定的测值最低，但仍属较高水平；震后北段青川和中段映秀测点的数值均有所降低，而位于中南段的宝兴和跷碛仍处于高应力状态，地处西南段三岔口地区的康定测点应力值最低。

易桂喜等^[14-15]对地震活动性参数与视应力进行研究发现，震前龙门山断裂带，特别是中-北段已处于高应力闭锁状态，而西南段的应力积累水平明显比其低。汶川地震后，龙门山断裂带南段天全-芦山和宝兴北部等区域应力增强，天全至宝兴段应力水平相对较高，具有发生中-强地震的条件(事实上该论文刚刚发表就发生了芦山地震)，鲜水河断裂带康定以南段应力水平低，短期内发生强震的可能性较小。

从以上研究可以看出，地应力实测结果与视应力计算给出的结论基本一致。故汶川地震前姑咱台钻孔应变表现出的快速应变积累并非偶然，而是说明探头在不断受到周围岩石的挤压作用，震后区域应力降低，这种挤压迅速减弱而趋于平静(图 6)，在某种程度上解释了汶川地震前出现的压应变异常没有在芦山地震时重现。芦山地震后没有再进行地应力测量，有关视应力分析也未见报道，2014-01-22、25两次康定地震均发生在鲜水河断裂带南段(图 1)，分别距姑咱台50 km和44 km。如果汶川地震后应力场没有发生明显改变，或许是康定地震前仍无压应变异常的原因，这一问题还有待进一步研究。2008-02-27康定M_S4.9地震与2008-05-12汶川M_S8.0地震仅相差73 d，期间应变仪记录到的压应变增强信号是否与该次康定地震有关联，目前还难以给出明确结论。相信随着震例的积累，结果会日渐清晰。

6 结语

1) 姑咱台记录到的压应变信号为叠加在固体潮上的短周期变化，以脉冲型居多，该台站其他形变仪器(如水管、水平摆和垂直摆倾斜仪及洞体应变仪等)均未观测到类似的异常信号，说明该信号来自于井下岩石的水平压力，地表则没有受到影响。

2) 汶川地震前后异常信号的密度很高，单个信号的幅度和周期在震后的2009~2010年达到最高和最长，之后逐渐衰减和降低。汶川地震前压应变量值、日频次、月频次和异常时间均显著增加，日累加值曲线和月累加值曲线相应快速上升，2008年以后速率明显放缓。

3) 2013年芦山地震和2014年康定地震前后压应变统计曲线均未出现明显异常，表明汶川地震前出现的现象没有重现，其原因有待深思。

4) 汶川地震前钻孔应变表现出快速的应变积累，说明井下探头受到周围岩石不断的挤压作用，震后区域应力降低，这种挤压迅速减弱而趋于平静，这在一定程度上能解释芦山地震时该异常过程没有重现的原因。2014-11康定地震前姑咱台附近应力场的情况不清楚，与之前相比如果没有明显改变，应与芦山地震的解释相同。

5) 对于月尺度，2组面应变相关性很好，符合“自洽”原则，但日尺度相关系数则呈动态变化，即不严格遵循“自洽”原则，而且2组面应变记录到的脉冲信号幅值也不一定相同，这些差异反映了岩层的各向异性和钻孔与探头耦合质量的不均一性及采样时间的非严格同步性。

6) 若想获得准确的孕震信息，首先应把观测点设置在地震易发断层上，并且要组成一个台阵，相互印证。从地应力观测结果可以看出，即使是相距较近的测点，也可以得出不一样的结论，因此网点建设要加密，从而获知活断层的高应力区，由此确定地震的危险性。