临夏台钻孔系统性质的论证

对中国临夏台2013年至2014年两年的井水位和四分量钻孔应变资料进行了预处理以消除趋势与突跳.根据文献(Means,1982;Young and Budynas,2005),相互正交的两条测线的应变观测值之和等于面应变.文献(刘序俨等,1988)证明近地表的面应变的2/3等于体应变,因此,可由4分量钻孔应变观测值得到钻孔体应变,然后根据体应变与井水位观测资料,从时域和频域对该钻孔系统的性质进行了论证.结果表明,在时域,体应变与井水位高度负相关.钻孔系统的灵敏度为—0.1620mm/10-9.把两年中的某两个月份的两者时间坐标轴和纵轴比例尺放大,发现井水位曲线的峰/谷与体应变观测曲线的谷/峰一一对应,两者的相位滞后非常小.在频域内,本文采用Venedikov调和分析方法分别取得了井水位与体应变9个月的半日波与全日波数个波群的逐月潮汐因子与相位滞后,然后作简单计算,得到了钻孔系统对上述波群的灵敏度与相位滞后.结果表明9个月中大多数波群的灵敏度不但十分相近,且非常接近由时域得到的周年频率分量的灵敏度,但相位滞后误差较大,本文对此进行了分析,认为由反正切得到的相位滞后受计算误差影响较大,应以时域经审视所得的相位滞后接近于零为准.通过时域与频域的分析,表明井水位对体应变的响应基本是线性时不变的,论证了临夏台钻孔系统基本上满足了叠加性、齐次性与时不变性,基本上为一线性时不变系统.     

汤坑井水位观测系统体应变响应分析

井水位观测系统作为一种天然的体应变计,我们可以把固体潮理论值作为观测井的输入值,以维尼迪可夫调和分析结果的半日波M2波群的振幅比作为井水位观测系统的灵敏度,其倒数即为观测格值,然后就可将井水位观测转换成体应变值。本文以汤坑井为例,计算分析了由印尼远震、汶川地震、台湾地震共三种地震类型对汤坑井水位所激励的水震波,结果显示,所记录到的水震波是叠加在体应变固体潮背景上的一种阶跃,对三种地震类型都分别做出了不同程度的响应,体应变固体潮响应幅度最高可达10^-7,体应变响应幅度与地震能量成正比,响应延迟时间与震中距成正比。     

张渤带洞体应变参数解算及结果分析

采用张渤带2002年以来的洞体应变观测资料,首先利用Venedikov调和分析方法计算带内各个台站洞体应变测项的潮汐因子和相位滞后,并以潮汐因子的稳定性对观测资料进行了质量评价.其后,以怀来台伸缩仪为例讨论了3分量和2分量观测解算平面应变参数的模型及其适用性,结果表明二者的相关系数在0.9以上.在此基础上,选取张渤带上资料较稳定的16个洞体应变台站资料进行了应变参数时间序列计算,并对华北M5.0地震前应变参数同步变化现象进行了总结.最后对比了洞体应变与GPS应变的差异,并分析了可能的原因.     

昌平台Sacks体应变仪观测曲线年变现象成因研究

本文系统地研究了北京昌平台Sacks体应变仪观测曲线年动态变化的基本规律，结合井水位、抽水和降雨等实际观测资料，分析后认为，台站附近农田机井季节性抽水和地下水的自然补给是造成体应变年变现象的根本原因，并探讨了体应变与井水位的定量关系和物理机制，同时对地震预测中所关心的“破年变”问题也进行了探讨。     

雷暴产生的气压突变对体应变与同井水位干扰的对比研究

对首都圈地区涞水台等Sacks体应变与同井水位数字化分钟值观测数据进行对比研究,发现在雷暴时段二者潮汐观测曲线会发生同步显著畸变异常。经小波分析、回归分析和功率谱分析,并与气压资料比对,证实这是由于雷暴引发了气压瞬间突变而产生的干扰,其幅值比背景值分别高近8倍和11倍,这种现象主要集中在雷雨季节的6～8月。进一步研究了周期气压波对体应变与井水位的影响规律和机制,并将雷暴日与无雷日气压对体应变和井水位的影响系数曲线进行了比较,总结了它们之间的差异和特征。     

承压井水位观测系统对体应变的响应机制分析

本文基于弹性力学与流体静力学原理对承压含水层这种弹性孔隙介质在作用力激励下所作出的体应变响应的力学机制进行了较清晰深入的阐述与理论推导,得到了井水位系统的动力学方程,该方程表明井水位系统为一个零阶的放大环节,其传递函数为一常数,从而给出了在含水层孔隙度分别等于零和等于1情况下的井水位系统所允许的理论格值范围.鉴于井水位系统为一个天然体应变计,其维尼迪柯夫调和分析所得到的振幅比（或潮汐因子）即为该水井的传递函数（灵敏度）.由于半日波为水位观测资料的主项,而M2波又为半日波的主项,因此以M2波灵敏度的倒数作为该井水位系统的格值是较为可取的.在取得格值的基础上,本文利用福建5口水井2008年5月份的井水位分钟值对发生在5月12日的四川汶川地震所引起的同震阶变进行计算,四川汶川大地震所引起的这5口水井的水震波幅度与体应变潮汐波幅度约为10^-7~10^-8.     

昌平台钻孔应变固体潮调合分析

介绍了体应变观测潮汐因子和勒夫数 h2 之间的线性关系 ,h2 的变化幅度较体应变观测潮汐因子震前异常变化大 7.5倍。同时 ,昌平台剪应变观测潮汐因子 O1波与体应变观测潮汐因子M2 波震前异常有较好的一致性 ,研究钻孔应变观测潮汐因子的变化有可能是取得地震前兆的有效途径之一。     

钻孔体应变观测资料的实地校正

以钻孔体应变为例,利用潮汐因子对钻孔体应变观测资料进行校正。结果表明,由于各台所处的构造条件、地形条件、钻孔条件不同,各台的校正系数也不同。校正系数隨时间变化比较稳定,变异程度系数最大约为4.1%最小仅有0.1%,表明校正结果相当好。文中给出了部分钻孔体应变台站观测资料的校正系数。该方法有计算简便、结果可靠、实用性较强等优点。     

由井-含水层系统的水位动态反演含水层体应变

以孔隙弹性理论和水文地质学原理为基础,给出井水位波动与含水层介质体应变变化关系的数学表达式,结合固体潮理论分析了井—含水层系统水位潮汐波动对体应变固体潮的响应特征,用水位潮汐波来反演含水层体应变的变化,将反演结果与体应变实测资料得到的结果进行对比,发现二者有较好的一致性,说明用水位潮汐波来反演含水层体应变的方法是可行的,它为了解含水层的水文地质特性、体应变的变化及探索地震前兆提供了借鉴。     

安徽六安地震台TJ-Ⅱ体应变数据特征及异常提取方法的研究

本文对安徽市级台站六安台钻孔体应变进行了系统分析,通过对数据日常变化形态的分析,发现日变化能记录到明显的固体潮汐,但长周期数据处于"上升—开阀—上升"的数据特征;由于体应变漂移速率在缓慢改变,本文采用以月为窗长对体应变数据进行直线拟合,计算残差值,能有效消除体应变的漂移变化;通过Vendikov调和分析方法,采用以月为窗长的小时值进行潮汐计算,选取M2波振幅因子、相位滞后作为判断数据异常的依据,对本省发生的4.0级以上地震进行分析,地震前5个月未发现明显的异常。     

INFLUENCE OF PUMPING ON FOUR-COMPONENT BOREHOLE STRAIN AT TAI'AN SEISMIC STATION AND ITS INTERFERENCE MECHANISM

Four-component borehole strainmeter (FCBS) is one kind of high-precision borehole strain observation instruments invented in China. As a kind of near-surface deformation observation instrument, FCBS is also easily disturbed by the external environment factors. As a common factor, pumping has significant influence on FCBS observation. Existing studies mostly identify the pumping interference from the perspective of observation curve morphology, relatively few studies focus on its interference mechanism. In order to truly capture earthquake precursor information, it is necessary to study the interference mechanism. In recent years, RZB-3 type FCBS at Tai'an seismic station has been seriously affected by pumping, so it is necessary and also feasible to study the interference mechanism of pumping. Since the influence of pumping interference on borehole strainmeter is common, this work would be very practical and be used for reference by other borehole strain observation stations. We find that the original observation curves and observed surface strain, shear strain from RZB-3 type FCBS at Tai'an seismic station have the characteristics of synchronous change with the borehole water level, in which the linear correlation coefficient between the two observed shear strain curves and borehole water level reached 0.70 and 0.82 respectively. We further find that the principal strain direction of borehole and borehole water level after normalization meet the nonlinear function as y=1.217arctan(x)^0.224-0.284. The above phenomenon indicates that the observation of RZB-3 type FCBS at Tai'an seismic station is significantly affected by the borehole water level, and the influence is more obvious and the gradient is larger at the stage of low water level. Pumping interference often appears in low water level stage and changes the rock pore pressure state. Statistics show that pumping interference affects the borehole strain state. To investigate the interference mechanism of pumping to RZB-3 type FCBS at Tai'an seismic station, we take a known pumping as an example, in which we study the principal strain state of the borehole in three periods of normal pumping, interruption of pumping and resuming pumping respectively. During each period, we solve 3 parameters of the principal plane strain state, i.e. the maximum principal strain rate, the minimum principal strain rate and the maximum principal strain direction from four observation equations of FCBS by nonlinear iterative least squares algorithm. On the other hand, concentrated load model (CLM) is used to simulate the mechanical mechanism of pumping. Firstly, the depth of FCBS relative to pumping source and the concentrated load at pumping source are inversed, then, the strain state surrounding the pumping well, including the state at RZB-3 borehole, is simulated by forward modeling. By comparing these results, we find that: (1)The concentrated load at pumping source inversed by CLM during periods of normal pumping and resuming pumping are both located at or near the bottom of the pumping well, which is consistent with the actual situation, indicating that mechanism and degree of the influence of pumping on borehole strain are well simulated by CLM. (2)The observed strain state is consistent with the simulation result of pumping interference by forward modeling, indicating that the principal strain state of borehole calculated based on observation of FCBS reflects the true strain state of borehole under different pumping states.(3)The inversed concentrated load at pumping source during pumping periods is significant greater than the load of the pumped water, indicating that the pumping process has more significant influence on the pore pressure of rocks than the load of the pumped water. Even though CLM is an approximate simulation since it's based on some elastic assumptions, the interference mechanism of pumping on RZB-3 type FCBS at Tai'an seismic station is well explained, which is maybe very helpful for studying the influence of pumping interference on other deformation instruments, locating the unknown pumping source and studying the characteristics of pore pressure of rocks.     

乌鲁木齐台钻孔应变与水位相关性的初步研究

1999年 7月 11日乌鲁木齐台钻孔应变观测井的水位突然变化 ,通过计算该台应变与水位的相关系数和回归系数 ,研究了水位与应变的关系 ,认为利用此关系可以排除水位对观测值的影响     

青岛地震台钻孔体应变异常变化因素分析

分时段研究降雨、钻孔水位、工程施工等因素对青岛地震台体应变的影响，研究结果表明:钻孔水位反映区域地下水主要由降雨补给，降雨下渗改变地下水状态，并影响体应变观测；青岛体应变与钻孔水位的相关性及其周期特性均在2015年前后出现变化，可能与2015—2016年降雨偏少及工程施工有关；2018年1月17日台站钻孔施工很可能改变了体应变周围岩石孔隙环境，并扩大孔隙压力作用系数，可解释2018年3月以来水位小幅上升引起的体应变显著压性上升现象，受钻孔施工的影响，体应变与钻孔水位相关性的滞后特征明显减弱。     

福州地震台TJ-2型体积式应变仪安装及注水试验

在安装福州地震台TJ-2型体积式应变仪过程中,发现存在钻孔选点与观测室分开考虑等问题,提出一些建议。井孔注水试验结果揭示,该井孔探头顶部可能存在一个与探头近距离的含水层干扰。初步对气压、水位、降雨影响进行分析。     

深井水位对固体潮和气压的响应

本文以体应变固体潮对深井水位影响的偏微分方程为基础，考虑到含水层与井孔之间相互渗流的边界条件，用叠加原理、冲量定理的分离变量等方法得出了方程的解。把水井含水层的参量给予一些可能的值，通过数值计算讨论了水井固体潮系数、位相滞后和含水层参数之间的关系，解释了井水位对固体潮响应的位相滞后现象。结果表明，井孔的半径、含水层的孔隙度及固体骨架的体压缩系数愈大，含水层的导水系数愈小，则水井水位的固体潮系数愈小     

中国地下水潮汐的观测研究和分析

本文简单介绍了中国地下水潮汐的观测研究情况,介绍了对承压水位潮汐机理研究的理论结果,给出了固体潮体应变、气压和海洋潮汐对承压水头影响的偏微分方程,从这些方程的简化解讨论了它们与含水层参数间的关系.并从全国选取了33口有代表性的井孔,对这些井孔的水位和气压观测资料采取反复调和分析的方法,求出了它们的水位固体潮体应变各分波的潮汐系数和位相滞后,也求出了水位气压各分波的系数和位相滞后.      

四川四分量钻孔应变观测数据精度评价

利用邱泽华等给出的观测数据和回归分析方法,计算钻孔应变仪四分量元件的相对标定系数,并根据偏差计算自检内精度等指标,对观测数据进行质量评价。选取2017年四川四分量钻孔应变观测台网记录资料,结合四分量钻孔应变仪观测特点,计算并分析应变观测仪相对标定自检内精度,客观评价观测数据精度,结果发现,2017年仁和台四分量钻孔应变数据各月及全年相对标定系数K_i最大,偏差s最小,自检内精度数值最小,表明该台钻孔应变观测数据精度最高。分析认为,相对标定自检内精度可如实反映台站记录资料的可信度,可以更好、更客观地评价台站四分量钻孔应变观测资料质量。     

钻孔耦合对体应变观测的影响分析

利用三层厚壁筒组合模型,给出不同类型体应变的相互转换关系,分析模型参数变化对3类体应变仪观测的影响。通过对全国60多个台站的体应变观测资料分析,发现钻孔的气压系数与潮汐因子无简单对应关系。利用固体潮标定不同台站的体应变到统一系统的体应变,结果表明,多数台站存在体应变潮汐因子观测值比理论值明显偏小现象,推测可能与钻孔存在非完全耦合有关。