Developments of borehole strain observation outside China

Borehole strain observation is playing an increasingly important role in the study on the crustal movements. It has been used by many countries such as China, USA, Japan, Peru, Australia, South Africa, Iceland and Italy, in research fields of plate tectonics, earthquake, volcanic eruption, dam safety, oil field subsidence, mining collapse and so on. Borehole strainmeter has been improved rapidly and tends to get more and more components included in one probe. Based on observations by this kind of instruments, studies on seismic strain step, slow earthquake, earthquake precursor and volcanic eruption forecasting have made remarkable achievements. In the coming years, borehole strain observation is going to become one major goedetic means, together with GPS and InSAR. Foundation item: National Natural Science Foundation of China (40374011) and Joint Seismological Foundation of China (1040037).     

钻孔环境在钻孔地形变观测中的作用

正式提出了钻孔环境问题,它对于钻孔形变仪器的安装顺利与否,资料质量好坏,资料的使用价值等,有着重大的影响。对钻孔环境的内涵作了初步的讨论,如钻孔的倾斜,钻孔的畸变,钻孔穿过破碎带和裂隙及钻孔的历史背景等。     

对当前四分量钻孔应变观测的审视——以应变不变量为标尺

本文采用摩尔圆模型推导出中国和美国3种不同类型的四分量不同布设的两套钻孔应变的5组观测组合公式,随机选取了25个台站多年的观测资料计算5组最大、最小主应变及主方向,并采用两两相关和回归分析的方法对其一致性进行了检核.计算结果显示:经过大致1—2年时间后,应变不变量变化稳定,主应变及主方向越来越接近;大多数台站5组最大、最小主应变数值之间的相关系数和回归系数接近于1,表明这些仪器记录的应变数据具有客观真实性.5组主方向数值相差较大,本文对此进行了分析,并给出了5组观测组合公式的误差估计,发现主应变计算值的最大均方根误差是有上限的,主方向没有上限.最后对影响钻孔应变5组不变量一致性的一些因素进行了初步探讨.研究结果表明钻孔应变观测技术有其特殊的困难,在经历了半个世纪实践后,取得了重要进展,但仍有一些技术问题亟待解决.     

Trial results of YRY-2 shallow borehole strainmeter at eight observation sites in North China

The analysis results of observations data indicate that this shallow-borehole (21 m – 52 m) strainmeter can record accurate crustal movements. Its records of earthquake and solid tide can be analysed. To use long period frequency data, null drift must be considered. To extend its application, the technique of installation and anti-lightning stroke should be improved. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 224–231, 1993. This project is supported by the Earth-quake Monitoring Department of the State Seismological Bureau.     

钻孔体应变与面应变观测井孔耦合系数的计算

钻孔应变观测系统（岩石、 膨胀水泥和应变仪钢筒）存在显著的井孔耦合效应,只有确定这一耦合系数,才能得到地壳岩石的真实应变值,从而实现不同测点数据的可比性．本文根据双衬套理论及弹性力学理论,建立了三维空间应力作用下体应变与面应变观测力学模型,并进一步推导各自井孔耦合系数计算式,发现两组系数与井孔的受力状况密切相关,分别与不同力源引起的应变信号相对应．亦即应力比（钻孔轴向应力与平面应力之比）不同,耦合系数也不一样,体应变随应力比的增大而下降,面应变则上升. 本文结果还表明平面应力作用下的耦合系数与外加应力无关,只与观测系统本身有关,故数值保持恒定. 此外,文中对其影响因素也进行了分析,结果表明,体应变和面应变的井孔耦合系数均随岩石弹性模量和泊松系数的增大而增大,且前者的幅度较大,井孔耦合材料水泥对二者影响均很小．     

滇黔地区钻孔应变观测记震能力研究

使用2008~2011年MW6.0以上地震目录资料,统计滇黔地区贵阳、昭通、永胜、腾冲和丽江5个地震台的钻孔应变观测资料记录同震效应的情况,进行记震能力统计分析,给出了各台站钻孔应变观测的记震响应区域及记震能力图。根据地质构造及历史地震活动情况,对各观测台站记震能力进行了对比分析。结果表明,井孔位于稳定块体及历史地震活动少的台站记震能力强,记录的同震阶变现象少;反之则相反。通过记震能力分析可知,记震能力强的台站更有可能记录到更广范围的地震前兆异常现象。     

乾陵地震台钻孔体应变观测资料分析

选取乾陵地震台2018—2020年钻孔体应变观测资料,进行完整性、年零漂和观测资料精度分析,通过采样调和分析,评价观测数据质量,并对自然环境变化、仪器系统故障和人为干扰对观测数据的影响进行分析,探讨该台钻孔体应变观测映震能力,认为： ①乾陵地震台体应变测项运行良好,观测数据质量较高; ②降雨、气压是影响体应变观测数据的主要干扰因素; ③体应变对全球7级以上、中国6级以上地震同震响应较明显,震级越大,同震响应持续时间越长。     

库尔勒地震台四分量钻孔应变观测资料可靠性论证

对库尔勒地震台的巴伦台、库米什、小泉沟子台3套四分量钻孔应变仪观测数据进行多角度可靠性分析,除按常规由4个元件的读数计算2个面应变数值及相关系数值（数据自检）外,做以下补充：对潮汐因子内精度进行计算;通过相对标定元件格值,视矫正幅度大小及对数据自检效果进行改进;与同一时段相邻区域陆态网络形变观测资料进行对比,进一步论证观测资料的可靠性。结果表明,3个子台的应变观测数据可靠,能够真实反映所处区域的构造活动和应变,可以用于区域地震预测和地震科学研究。     

永胜地震台钻孔应变震前异常分析

使用永胜地震台分量钻孔应变2013—2016年观测资料,对出现的异常现象进行分析,结果发现,异常的成因既有干扰因素,也有前兆因素。在云南省几次M 4.4—5.5地震发生前,永胜地震台分量钻孔应变出现较为显著的短期异常,异常特征主要表现为：震前多分量应变速率突然增大或张性与压性应变交替变化,异常结束后1—20天发震。     

四分量钻孔应变观测资料的换算和使用

水平四分量钻孔应变仪观测的是地表附近一点的水平应变变化. 但是其直接记录并非应变变化,应根据互检条件先进行实地相对标定(计算元件校正系数),然后用理论固体潮进行实地绝对标定(计算探头校正系数),才能进行应变换算,给出可作为应变变化使用的数据. 因为钻孔应变仪观测的是应变变化,所以实地标定和应变换算都需要用增量. 对于精确的研究,这些校正系数都可能随时间变化,因而需要根据具体问题按特定时间段对校正系数进行计算. 该文比较系统地说明了四分量钻孔应变观测资料换算和使用的基本步骤和具体方法,并以姑咱台的观测资料为例,给出了具体分析结果.     

FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计

介绍了最新研制的FZY-1型多分量式钻孔应变仪的探头的设计,所采用的电路,仪器参数的检测方法及该仪器的安装方法。     

钻孔应变观测干扰及异常分析

怀来台体积式钻孔应变仪安装于1988年,以应变固体潮为主要观测目标.多年来,取得了连续完整高质量的观测资料.本文列举了怀来钻孔应变的台址背景及仪器观测条件;分析了实际观测中钻孔应变资料受仪器零漂、气压、水位、降雨等因素的干扰;研究了钻孔应变在本区及邻区震前出现的记录曲线畸变、潮汐因子异常、应变固体潮畸变等不同形式的异常变化并对其进行特征分析.研究表明,钻孔应变观测是获取构造活动异常变化信息,进行地球物理研究、地震预测预报的有效途径.     

临汾地震台钻孔体应变观测资料分析

对临汾地震台钻孔体应变仪观测资料从数据完整率、年零漂、观测精度、噪声水平、典型干扰等方面进行系统分析,结果发现:仪器正常情况下,观测资料完整性、精度、稳定性均符合观测规范技术要求。最近几年,在每年6-9月出现的数据大幅度阶变及高频抖动畸变疑与雷雨季节、仪器老化、传感器故障有关。     

宁陕地震台体应变仪观测质量及映震能力分析

选取2016—2020年宁陕地震台TJ-Ⅱ型体积式钻孔应变仪观测资料,基于观测质量和映震能力,系统分析应变仪运行状况及地震监测效能。结果表明：该台体应变观测资料质量整体较好,但数据连续率及完整率尚有待提升;体应变仪映震能力较强,可记录国内M_S≥7.0和国外M_S≥7.4地震;同震形变响应分析结果表明,同震响应最大变幅与震中距满足A = ae^{blg D}的负相关关系,与震级满足A = ae^bM的正相关关系。     

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。     

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.     

易县地震台四分量钻孔应变观测震前异常特征

通过对河北易县地震台钻孔应变资料进行处理,发现在2014年9月6日涿鹿4.3级和2015年9月14日昌黎4.2级地震前,该台四分量钻孔应变观测到显著前兆异常变化,与2012年5月28日唐山4.8级地震前出现的异常相似度较高,异常形态均表现为"来快去慢",均在极值附近维持数日后,逐渐恢复原值过程中发生地震。     

山东荣成钻孔倾斜观测异常变化调查

荣成地震台钻孔倾斜NS分量2017年5月2日出现趋势下降（南倾）异常变化,至15日持续下降累计幅度达358×10^-3",对观测系统工作状态、观测环境干扰、气象因素及地下水位等进行调查,通过滑动相关性分析和三维点源载荷模拟等方法,结合胶东半岛近期地震活动,分析认为,该异常非干扰造成,可能反映了区域地壳应力的变化,需予以关注。     

钻孔体应变与面应变观测参数k的计算

钻孔体应变与面应变观测模型是地壳岩石应变测量资料分析的理论基础,对揭示研究对象的物理本质有所帮助,因为都含有参数k(应变仪钢筒内壁面应变与空孔岩石面应变之比),故k 的解算对模型的正确表述十分关键。考虑到外加应力需在岩石、膨胀水泥和仪器钢筒等3 层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导出轴对称应力作用下k的计算式,该式与平面应力作用下基于双衬套理论(潘立宙、欧阳祖熙和陈沅俊等建立)的解算结果完全一致,公式的可靠性由此得到互证。又对k 的影响因素进行了系统研究,给出有关变化规律曲线和定量指标。最后,与Evertson 用2 层介质模型(岩石、钢筒)推导的k 值(0. 9)进行了比较,指出二者之间的明显差异和0. 9 的狭窄适用范围。     

福州地震台TJ-2型钻孔体应变观测资料干扰分析

对福州地震台TJ-2型钻孔体应变观测资料进行整理,识别并统计引起数据曲线发生畸变的干扰因素,认为主要有气压、降雨、地下水、雷电、电源干扰等因素。分析各影响因素干扰特征,以便识别体应变观测资料干扰异常。