海原台四分量钻孔应变观测的相对标定及资料应用

宁夏海原台四分量钻孔应变观测的相对标定结果显示,标定后分量1、分量3之和与分量2、分量4之和的资料相关性显著增强,标准差明显减小,更加满足四分量应变仪的校核条件,表明该钻孔应变观测资料是可靠的。将各分量应变资料去趋势,计算出面应变1+3和2+4、差应变1-3和2-4,对面应变、差应变资料和相对标定系数在2008年4月6日固原3.8级、5月12日汶川8.0级、10月3日固原4.0级和11月24日固原3.8级地震前的异常变化进行了分析探讨。结果显示,钻孔应变观测的相对标定及资料应用有助于地震前兆异常的判定识别。     

2015年昌黎MS 4.2地震发生前易县地震台钻孔应变观测数据异常

2015年9月14日河北昌黎发生M_S 4.2地震,收集整理易县地震台四分量钻孔应变仪观测数据,基于面应变和切应变视角进行分析,发现二者在震前出现异常变化,且2组面应变相关系数在震前数天即出现异常,该异常或可作为中小地震前应力应变异常识别的信息之一。     

佘山地震基准台四分量钻孔应变仪相对标定

YRY-4型四分量钻孔应变仪观测数据基本符合自洽方程,当数据不符合自洽方程时,一个可能原因是,井下探头中元件的灵敏度发生了变化。佘山地震基准台四分量钻孔应变仪于2006年安装运行,井下探头中各元件现已出现不同程度的老化,在数据分析前必须进行实地相对标定。本文利用应变观测资料的原始值(变化值)和差分值,按照月尺度及年尺度,分别计算四元件灵敏度系数K及矫正前后C_(95)信度指标。对比发现,在月尺度下,若观测资料质量良好,采用变化矫正效果更好,而对于“坏点”较多月份,采用差分矫正可有效去除坏点,提高C_(95)信度指标;在年尺度下,变化矫正后C_(95)信度指标更高。     

首次直接观测到与理论预测一致的同震静态应力偏量变化——2016年4月7日山西原平ML4.7地震的钻孔L应变观测

地震会引起同震位移和应力场变化,造成现存各断层上的库仑应力变化量的增加或减小并影响后续地震风险,对于地震预测具有重要意义.现有的大量地震实例中,理论计算的同震位移场与GPS、InSAR等实测的同震位移吻合,间接证实了基于均匀理想弹性假定下可以使用半无限空间Okada公式计算与位移微分相关的同震应力变化.然而,由于地壳并非严格的均匀理想弹性介质,理论计算和直接测量的同震应力变化进行比较仍是一个重要的研究课题.中国对四分量钻孔应变仪的数百个地震同震阶变的研究,发现记录绝大多数阶变不能满足自检条件;美国板块边界观测(PBO)中数百个同震钻孔应变记录同样发现观测幅度与理论预期值相差甚多,可达一两个数量级,这成为国际钻孔应变观测中的一个未解难题.2016年4月7日山西原平发生ML4.7地震,该地震虽然不大,但原平钻孔应力台站距离震中仅19 km,得到了优质的同震阶变记录.本文以此展开研究,结果表明台站观测到的主应力方向和应力偏量大小,均与基于震源机制解的破裂模型的理论预计值很好吻合,这是首次实际观测到与理论计算预测基本一致的同震水平应力偏量变化,为利用库仑应力概念估计后续地震活动性提供了观测基础.然而,观测到的应力变化与理论计算值相差109 Pa的围压,本文也对其可能原因进行了探索,认为在探头、固结水泥和围岩三个可能影响观测的因素中,固结水泥影响可能性最大,并对今后工作提出了建议.     

高采样四分量钻孔应变仪记录应变地震波的可靠性分析

自2017年开始,陆续对中国地球物理台网10个钻孔应变测点的数据采集器进行升级,产出了大量的高采样钻孔应变观测数据。利用相关系数和自检精度2个检验四分量观测数据自洽性能的指标,定量分析了台站记录的2020年2月3日成都5.1级和2020年3月25日千岛群岛7.5级地震的应变地震波,结果显示高采样观测数据信度较高。对比分析了10个台站记录的2次地震的震相,证明高采样四分量钻孔应变仪具备记录清晰应变地震波的能力,且其可靠性较高。综合结果证明,高采样四分量钻孔应变观测可进一步为地震学研究提供新的数据资源。     

分量式钻孔应变仪监测的附加应变场面应变分析

根据钻孔加衬模型和应变理论,得出分量式钻孔应变仪观测值不等于实际的线应变,但相互垂直的应变元件观测值之和与面应变成正比例.利用四分量钻孔应变仪的“自检”功能,对观测数据进行校正.以漳州地震台分量式钻孔应变仪资料为例,计算校正系数.校正前后的残差分析结果表明,校正效果明显.     

格尔木地震台钻孔应变仪映震性能分析

利用格尔木钻孔应变可靠的观测资料,通过分析典型震例前的分量日均值、差应变、日分钟值曲线变化特征,发现M≥7地震前有中短期异常,M≥6地震前有短临异常。通过分析震时分钟值曲线变化特征,发现钻孔应变仪同震阶变明显,两次海西地震的阶变幅度不尽相同。     

2016年7月19日新疆M_S 4.5级地震乌什地震台形变异常

利用乌什台数字化前兆形变观测资料,分析乌什MS 4.5级地震前乌什台水管倾斜仪、洞体应变仪数据变化情况。通过对比分析发现:地震前,洞体应变仪北南分量数据曲线正常,东西分量数据曲线加速拉张,05:14—20:32拉张幅度达到7.40×10~(-7),7月19日5时至20日16时乌什洞体应变仪东西分量快速拉张了9.20×10~(-7);7月19日5—19时,水管倾斜仪北南分量数据曲线正常,东西分量数据曲线反向西倾7.13ms,且05:59—06:06、07:36—07:46、18:42—18:56数据掉格,水管倾斜仪异常结束后1小时,在洞体应变仪异常过程中发生了乌什MS 4.5级地震。水管仪东西分量震前反向西倾,洞体应变仪东西分量震前拉张加速,短临异常明显,且2套形变观测震前异常时间同步性较好。     

2013年芦山MS7.0地震的震前及临震应变异常

距离芦山地震震中70 km的姑咱地震台YRY四分量钻孔应变仪2013年4月16—19日记录到8次幅度达到十倍固体潮幅的张性应变阶跃, 这在该仪器6年多运行期间尚属首次. 这些应变异常与芦山地震在时间、 空间上相关; 应变异常的主压应力方向与震前宝兴水压致裂地应力测量主压应力方向相近, 并与震前5个月中长达3个月的应变异常主压应力方向一致; 应变阶跃起始与远震震波同时到达. 综上认为, 4月16—19日的应变异常有可能是芦山地震发震断裂在破裂错动前地层蠕滑的反映.      

3种钻孔应变仪记录的玛多MS7.4地震同震响应特征对比分析

针对2021年5月22日青海玛多MS7.4地震,采用3种型号的钻孔应变仪观测到的应变资料对比分析同震应变波,结果表明3种仪器记录同震的初动时间、波动幅度和持续时间等存在一定差别:在震中距相当的情况下,TJ型体应变仪和RZB型四分量钻孔应变仪存在波动幅度变化小、持续时间短的问题,难以从背景变化中区分同震响应,影响钻孔仪器同震规律研究; YRY?4型四分量钻孔应变仪波动幅度变化大,持续时间长,在映震效果上表现较为突出。     

基于钻孔应变地震波记录确定地震面波应变震级

近年发展的高采样率的钻孔应变仪可以记录到地震波造成的水平应变,是动态库仑应力研究的重要手段.利用钻孔应变仪记录的应变地震波确定地震震级,是一个重要的科学课题.本文收集了我国10个应变台站四分量钻孔应变仪2020年1—3月记录的10 Hz采样应变地震波资料,共选出震级M≥4.0的浅源地震68个,用最小二乘法求得应变震级公式为Mε=lg E max+1.65 lg(Δ)+1.43.对于6.5级以下的地震,计算得到的应变震级ε与中国地震台网中心公布的震级M CENC基本一致:M CENC=1.03ε-0.23,但本研究中的两个7级地震,应变震级出现了震级饱和现象.本文的基本结论是:应变定震级是可行的,但对于两个7级地震的饱和现象需要进一步深入研究,因为它们不但涉及震级确定,而且涉及远震动态库仑应力触发地震的研究.今后要对更多的大震钻孔应变波形记录进行分析.     

基于钻孔应变观测约束的2016年新疆呼图壁M6.2地震的发震断层研究

利用北天山地区的钻孔应变观测资料,分析2016年呼图壁M6.2地震同震应变阶跃的张、压性特征。结合余震精定位方法等给出的震源参数,基于弹性位错理论,模拟不同震源参数下的同震应变阶跃的张、压性特征。通过对钻孔应变张、压性的模拟值与实测值进行对比分析,研究呼图壁M6.2地震的发震断层。结果表明:(1)震中附近4个四分量钻孔应变台站数据自检性能较好,且多记录到明显的同震应变阶跃,其中,呼图壁、石场、巴伦台应变阶跃较为明显,张、压性变化最大值分别达2.5×10^-8和-3.4×10^-8;(2)在地震震源参数为293°/64°/90°(走向/倾角/滑动角)、发震断层面倾向北时,钻孔应变张、压性的模拟值与实测值最为吻合,呼图壁M6.2地震的发震断层极有可能为一条倾向北的高角度逆冲型盲断层。本文结果为认识呼图壁M6.2地震的发震构造提供重要力学依据。     

高采样率四分量钻孔应变同震响应分析

针对2012年4月11日苏门答腊北部附近海域8.6级地震,选取了2套10Hz采样YRY型四分量钻孔应变仪、1套100Hz采样FBS-3B型宽频带地震计的观测结果,在预处理后对比分析了上述观测结果在同震时段的响应特征.利用S变换方法研究了整个同震时段的频谱动态演化过程,并对各震相时段的频谱细节进行了分析.同站点地震仪与钻孔应变仪S变换结果表明,二者的同震频谱演化过程具有较好的一致性,可以相互参照进行波动信号的甄别,说明钻孔应变仪在高频端的监测结果是可靠的.     

从5.12汶川地震前后分量应变仪观测到的应变异常看建设密集应变观测网络的必要性

2004年我国“数字地震观测网络工程”决定在我国布设40套YRY-4型四分量钻孔应变仪。本文介绍5·12汶川地震前后分量应变仪观测到的应变异常及根据应变异常与其它观测手段对8·30会理6.1级地震较准确的预测。据此,提出我国有必要加速应变密集台网建设。     

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。     

姑咱台钻孔应变观测值年变化的数值模拟解释

中国是最早开始以地震预测为目标的钻孔应变观测的国家之一。YRY-4四分量应变仪等中国自行研制的应变仪已达到世界先进水平,其分辨率可达10-10量级,且可以稳定工作。为了捕捉构造应力变化的信号以及探讨它们与地震活动的联系,首先需要识别并排除降雨、气压变化、地下水位变化、河流涨落、抽注水等非构造因素引起的地应变。在某些台站(如大渡河谷旁的姑咱台),YRY-4型应变仪观测到年周期变化的应变信号。截至目前,没有相关文献解释产生这种信号的物理机制。文中试图解释该信号的成因。考虑地形因素,建立了三维有限元热-弹性耦合模型,模拟了地表温度年变化引起的热应变,说明了春季和秋季达到波峰和波谷的年周期变化的信号是地表温度年变化引起的热应变信号。建议高分辨应变仪(例如YRY-4型应变仪)地应变台站选址时应尽量选择开阔的区域而避免地形起伏较大的区域。     

2016年7月19日新疆MS 4.5级地震乌什地震台形变异常

利用乌什台数字化前兆形变观测资料,分析乌什M_S 4.5级地震前乌什台水管倾斜仪、洞体应变仪数据变化情况。通过对比分析发现:地震前,洞体应变仪北南分量数据曲线正常,东西分量数据曲线加速拉张,05:14-20:32拉张幅度达到7.40×10-7,7月19日5时至20日16时乌什洞体应变仪东西分量快速拉张了9.20×10-7;7月19日5-19时,水管倾斜仪北南分量数据曲线正常,东西分量数据曲线反向西倾7.13ms,且05:59-06:06、07:36-07:46、18:42-18:56数据掉格,水管倾斜仪异常结束后1小时,在洞体应变仪异常过程中发生了乌什M_S 4.5级地震。水管仪东西分量震前反向西倾,洞体应变仪东西分量震前拉张加速,短临异常明显,且2套形变观测震前异常时间同步性较好。     

唐山地震引起的剩余倾斜场的空间分布和倾斜阶跃

由倾斜断层的静态位错模式计算了唐山地震引起的剩余倾斜场的空间分布和泰安等倾斜仪台站处的理论倾斜阶跃,讨论了按不同震源参数计算得到的剩余倾斜场的空间分布特征和断层参数对倾斜变化的影响。各台站倾斜阶跃的观测值是:泰安,1.4×10^-8（北）,1.1×10^-7（东）;沙城,2.4×10^-7（北）;易县,-1.3×10^-7（西）,单位为弧度。观测值与理论计算值的比较表明,观测的和计算的倾斜阶跃的方向是一致的,但数值上观测值较大。观测的和计算的倾斜阶跃方向的一致性说明了观测到的阶跃与地震的关系,而观测值较大则说明观测的倾斜阶跃仍包含其他局部因素的影响。观测倾斜阶跃的上升时间约3小时。分析表明,它可能是地震滑动和无震缓慢蠕动的综合效应。     

汶川、鲁甸、康定地震前应变数据由自洽到失洽的转变与地震成核

根据四分量钻孔应变观测的弹性理论模型,四个分量的观测值 S1、S2、S3、S4之间存在“自洽方程”：S1＋S3＝S2＋S4。“十五”期间新建的“数字地震观测网络工程”四分量钻孔应变观测系统中已有一批台站,无论是几天的短期数据,还是6年以上的长期数据,两组面应变相关系数 k 值都超过了0．99。k 值不受降雨、河湖水位、机井抽水等外界干扰影响,具有稳定性。但姑咱台和昭通台,分别在汶川8．0级、鲁甸6．5级和康定6．3级地震前,观测到了 k 值发生明显变化即数据自洽性遭到破坏的现象。导出自洽方程的条件是安装应变仪钻孔附近岩石完整及应力源与观测点间介质的连续性要求,由此,作者认为,姑咱台和昭通台面应变相关系数发生变化可能由于台站附近发生的大地震的地震成核过程中震源区地层介质连续性逐渐受到破坏所致。     

基于钻孔应变观测资料分析远震造成的动态库仑应力变化

已有证据充分证明了大地震远震触发作用的存在.为认识其机理,需要深入探究大地震产生的远场动态应力对断层面应力及断层地震活动性的影响.四分量钻孔应变仪作为超宽频地壳应力监测的重要手段,可以直接记录地震波传来时造成的动态水平应变和应力,这些资料对动态库仑应力变化及其影响的研究有着重要意义,而迄今尚未得到足够重视和应用.本文通过对高台、通化台的四分量钻孔应变仪记录到的2018年太平洋地区4次大地震事件数据进行分析,识别出了P波、S波和面波等不同震相,运用应力花瓣方法分析了它们的特点,计算了它们各自引起的动态应力变化,展示了利用钻孔应变实际观测资料定量研究不同震级大小、不同震中距离的远震地震波在台站位置处的地壳造成动态应力变化的可行性.研究发现,台站位置处动态应力变化的主应力轴方向大体与震中方位角一致,并讨论了对台站附近断层面上动态库仑应力的影响.定量计算结果表明,这4次地震在高台、通化台附近断层面产生的动态库仑应力变化峰值在数百帕量级,低于一般认为的动态触发阈值,也的确没有观测到被动态触发地震活动.但是本文的思路和方法,对今后更大远震可能产生的触发效应提供了研究基础.