光纤传感技术——独具优势的地震监测新手段

利用光纤传感器进行地震前兆观测是一种独具优势的地震监测新手段.光纤传感器具有高精度、抗电磁干扰、不存在零漂问题、易于组网以及适于长距离传输等一系列独特优势,可以解决地震前兆观测中电学测量仪器存在的固有问题.介绍了几类常用光纤传感器的工作原理及特点,综述了光纤传感器在地壳形变观测和地震波探测两个应用领域国内外的研究进展,并指出了目前需要解决的问题.     

基于光纤激光地震计的钻孔地震监测

钻孔地震观测能够减少地面噪声的影响,是地震前兆观测的一种有效方法.然而,随着钻井深度的增加,温度、压力不断增高,现有电学传感器暴露出了一系列问题,主要包括:散热问题、防水密封问题、长距离信号传输问题、怕雷击问题等.光纤传感器是利用光纤进行传感和传输的新一代传感器,具有耐高温高压、信号可长距离传输、防雷击、抗电磁干扰等优点,近年来获得了广泛的研究和关注.     

光纤传感器在水文地球化学地震前兆观测中的应用及其前景

地震科学面临步入中年的考验，观测技术的革新和进步可能是地震科学焕发青春的途径之一。光纤传感器具有本质安全，电绝缘性好、便于连网、易于实现远程和在线测量等一系列优点。光纤传感器完全可以解决目前地震水文地球化学数字化观测和活断层监测中的诸多不足，它能够提供更加准确和可靠的数据。光纤的应用，使得远程和地下深部测量成为可能，并且多个测项可以复用同一条光纤。光纤传感器在地震前兆观测中具有广泛的应用前景。     

基于光纤光栅的高精度测温传感器研究

利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性,我们设计制作了一款满足地震前兆观测中地温观测精度要求的双金属光纤光栅温度传感器,并首次对温度增敏后的光纤光栅传感器样品进行了精度分析,得到该传感器的精度达到士0.05℃,获得了现今光纤光栅温度传感器最高的分辨率0.0014℃/pm.该传感器的成功研制从实验上证明了光纤光栅用于地震前兆观测的可行性,为地震前兆观测的光学化打下了坚实的基础.     

分布式光纤声波传感器及其在天然地震学研究中的应用

分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing,DAS)是近年来兴起的超密集地震观测系统,具有一系列观测密度高、观测成本低、耐受恶劣环境等优势,在油气行业得到了广泛应用,也引起了天然地震学界的关注.本文简要回顾了DAS系统的测量原理、发展历程、技术方案、介绍了测量原理及其响应特性,然后围绕多个观测实验,介绍浅部结构成像、深部结构探测和地震监测三个方向的典型应用实例,最后讨论了DAS系统在天然地震学研究中应用面临的挑战和发展趋势.     

光纤振动传感之一:旋转测量技术及其地震学应用

地震波场可分解为三分量平动和三分量旋转运动.旋转分量包含重要的波场梯度信息,是地震波场重建的关键要素,但过去由于缺乏稳定的高灵敏度旋转测量仪器,它在不同的地震学应用中常被忽略.光纤旋转地震仪是率先打破测量仪器缺乏困境、最先实现商业化的旋转地震仪,也是目前最有发展前景的地震波旋转直接测量设备.光纤旋转地震仪基于Sagnac效应,并依托成熟的光纤陀螺技术实现振动的旋转分量测量.它具有纯光电传感不受平动影响的测量优势;并且能够在高灵敏度和宽频带旋转测量的基础下实现设备的小型化,有利于旋转测量的应用推广.因此,光纤旋转地震仪和传统的地震仪将形成互补,实现旋转和平动六分量(6C)的观测,更好地提取地震波场特征,提高振动监测能力,有效改善震源过程反演、地下结构成像和地震破坏机理研究等应用.本文主要介绍光纤旋转测量的基本原理、旋转地震学的应用及其潜在应用前景.     

国内外井下地震波观测与分析的现状综述

本文对井下地震波观测的历史作了回顾。在此基础上,综合介绍了国内外钻孔地震台网的发展现状及井下地震波观测的有关研究结果,包括井下地震观测的干扰分析、钻孔中观测到的地震波、井下地震观测技术的应用及其发展等内容。文中指出,井下地震台网对于完成大工业中心的地震监测来说是必不可少的。     

光纤光栅传感器用于高精度应变测量研究

利用光纤光栅对温度和应力应变的敏感效应制成的传感器可以将温度、压力、应力、应变等物理量转换成光学量（波长）,由此所构成的测量系统具有极高的稳定性,不存在零点漂移,抗干扰能力强等一系列优点.不足的是光纤光栅传感器本身灵敏度不够高,在许多场合其测量分辨率不能满足要求,特别是作为地震前兆观测的主要测量手段——应力应变测量精度要求较高.本文提出一种技术思路,即通过增敏装置来提高系统测量分辨率,理论上可以将应力应变的测量分辨率提高到10-9至10-10量级,可以满足高精度应力应变测量的指标要求.     

中国地震前兆台网主要问题探讨

通过“十五”中国数字地震观测网络项目建设,中国地震前兆台网的建设和运行维护取得了巨大的进步,但也存在一些不足之处。本文从观测、运行和服务等几个方面对中国地震前兆台网存在的一些不足之处进行了全面分析总结,提出了对这些问题的解决方法,以供今后前兆台网建设时参考。     

云南省地震观测数据库软件的开发与实现

根据云南省地震信息“十五”项目的规范和要求,设计并开发了云南省地震观测数据库系统软件。软件包括前兆模拟观测数据库管理软件（由数据源绘图检查、数据入库与管理、数据库绘图检查组成）、前兆模拟观测数据库文件上报软件和地震速报目录数据库管理软件。数据库管理系统的建立,解决了地震观测数据入库问题和数据库完整性问题,可为分析预报人员和地震科研人员提供及时、准确的数据。     

河南荥阳台水管观测的高频抖动信号分析

通过对河南荥阳地震台形变观测曲线中的“高频抖动信号”与干扰因素的对比分析,认为这种高频抖动信号有别于干扰信号,具有一定的前兆意义,是地壳形变过程的一种反映,也是一种前兆性异常现象。这种高频信号要在排除风扰等因素后才能够找出其真正的映震前兆信息。     

The crustal micro-deformation anomaly and the credible precursor*

What is a credible seismic precursor in observation of deformation A real seismic precursor ought to be resulted from the variations in the earth strain and stress. The deformation observation can provide the information during earthquake gestation and occurrence period for us. Usually the seismic precursors can be divided into field and epicentral region precursors. The precursor information is very useful for seismic prediction from epicentral region or near epicentral region. Micro-deformation observation mainly includes tilt, strain and gravity observation. Compared with GPS, geodesy and mobile deformation observation, micro-deformation (tilt, strain) shows the change of deformation which is continual in a limited volume with dominant observed range of 10(6~10(10 m. Because the variation of the crustal nature and cracking can be directly obtained by micro-deformation observation, it is an effective way to find middle-short term and short-term precursor.     

首都圈地区前兆台网映震能力的强化方案研究

本文以首都圈地区现有前兆台网的映震能力评价为基础，提出了前兆台网强化的原则与方法。强化的原则是，以近期地震危险性研究成果为依据，以捕捉源兆信息为目标，以捕捉短临异常信息为重点。强化的途径是，对现有布局作适当的调整与优化，布设电磁波与断层土壤气为主的前兆台网，建设地下流体综合观测站与构筑地震前兆的立体化观测系统。     

调整形变观测思路探寻地震预报的新途径

应用现有的仪器设备和技术手段,避开各种干扰因素捕捉新的观测要素,为地震预报提供可靠的前兆信息,本文提出了一种新的观测方案.新方案由三部分构成:一是在观测思路上将作用力作为观测目标;二是在台站的布局中改变现行的独立观测方式,以局域台站组的形式来集中布设观测点;三是对形变仪中的水管仪和伸缩仪布设方式进行调整,由单分量方向线上的相对观测改为两套仪器就同一固定点进行绝对值观测.     

天津地震台站集中监控及远程控制系统建设

介绍了天津市地震局塘沽地震台集中监控及远程控制系统的建设、设备及软件使用等方面的情况,借助于光纤技术,实现了前兆观测手段地震台站无人值守模式的应用,保障了台站观测环境及仪器设备安全、监控、控制等需求。塘沽地震台作为先行建设的试点,为今后无人值守台站的建设提供借鉴及经验。     

浙江地下流体在汶川8．0级地震中的映震效应研究

通过“十五”改造,浙江省目前有地震地下流体观测台站5个,10项测项,主要是水位,水温和水氡。在2008年5月12日四川汶川8．0级地震中有明显映震效应的台站为100％,测项为80％。水氡测值表现为临震向上突跳异常,最大异常幅度达23．7％,创历史之最;水温测项主要出现临震突跳或阶跃;水位测项主要是同震效应现象,为水震波引起的脉冲和阶跃变化。认为同震效应可能是地震发生后地震波传播引起的含水层弹性形变所致。并且认为观测效果不一定是井位越深越好,而是要看含水层封闭情况和仪器观测传感器的位置,没有明显的优劣之分。好的静水位观测井记录的水震波效果明显优于动水位观测井。由于前兆数字化仪器采样率相对较底（1次／min）,记录数据缺失较多,记录的同震变化波形不完整,很难进一步分析。     

几次中强地震前乌什、阿合奇台数字形变资料异常变化分析

利用乌什、阿合奇台数字形变观测资料,分析了近几次远场7级左右地震和近场5级地震前形变资料的变化情况.分析表明:震前2个台的数字形变资料有明显变化的大多是NS分向,部分地震前的中短期异常可以认定,远场强震和近场5级地震前7天左右,乌什水管仪NS向大多存在不同程度高频抖动和畸变的临震异常,与天气干扰导致的高频变化不同.同时,对2个台的数字与模拟倾斜资料进行了对比分析,并对几次中强地震前后形变资料变化所反映的地球物理现象进行了探讨.     

面对21世纪的地震观测技术与传感器

简要回顾了地震传感器的发展历史,根据国内外地震传感器的发展现状,分析了测震和前兆传感器如何适应提高地震观测与预报水平所面临的问题,进一步探讨了未来几十年地震传感器的需求和研究方向。     

数字形变观测的高频抖动信号对地震前兆响应分析

通过对河南荥阳地震台水管观测记录中的60例“高频抖动信号”,与周围250 km范围内地震事件在时间域的前兆响应的统计分析,结果表明,这种信号与地震事件之间具有一定程度的前兆响应关系.认为该高频抖动信号与周围地震具有内在的关联性,是地壳形变过程的一种前兆反应,具有一定的前兆意义.     

地下含水层氡浓度和水位实时动态的潮汐现象与数字化单井综合观测

在宁德地震台进行的地下水数字化单井综合观测实验中, 采用“恒流式”单井综合观测方法, 配套相应的技术系统, 实现了对地下含水层氡浓度和水位实时动态的连续综合观测, 而且记录到两者具有与固体潮相对应的同步性半日波微动态。 分析认为, 这一方面为地下水有关测项预报地震力学基础的研究提供了新的观测事实; 另一方面, 为试图通过综合观测以期有利于识别干扰与地震前兆信息研究思路的实践提供了一种新途径。