钻孔体应变对气压和固体潮响应的传递函数——以陕西地区为例

如何厘清钻孔体应变信号中的气压和固体潮频响效应,一直是地球动力学研究中的一大难点.区别于国内现有研究,本文尝试采用传递函数对陕西地区的4个体应变台进行了系统诊断.结果表明:(1)低频带(0.1～0.5 cpd)气压响应的稳定性和可靠性较好,高频带(8～30 cpd)次之,中频带(0.5～8 cpd)最差;(2)不同频带...     

陕西乾陵台洞体应变周年变化的动力诊断

乾陵台洞体应变自1981年观测以来,其周年变化显著而规律,但物理机制至今尚不清晰。鉴于地表温度年变是引起地壳应变周年变化的一个重要影响因素,本文采用含地形的热固耦合解析模型,定量诊断了地表温度周年变化对洞体应变观测的影响。结果表明,地表温度周年变化5.4 K,便可造成2.2×10^-7的洞体热应变,且理论热应变的变化形态和幅值大致能与观测数据吻合。据此推定,该台洞体应变周年变化主要是地表温度年变化所产生的热应变信号。本文结果对该台热应变的合理改正和观测策略的科学优化,具有重要的参考价值。     

飑线天气过程对云南洞体应变干扰的特征与机制

2016年4月19日云南地区爆发了一次强飑线天气,并相继对楚雄和昆明台的洞体应变观测产生了显著干扰.那么其扰动的全貌和机制究竟如何?截止目前,还鲜有研究.有鉴于此,本文结合多普勒天气雷达和地面气象观测要素数据,对楚雄和昆明台洞体应变的响应历程进行了深入分析.结果表明：(1)飑线过境时的“雷暴鼻”是洞体应变呈脉冲状张性变化的主因,由此产生的最大应变量为19.04×10^-9;(2)各台洞体应变的扰动形态与“雷暴鼻”高度相似,说明其台基岩体均能以线弹性变形的方式响应飑线过程中的气压剧变;(3)“雷暴鼻”中周期性气压的能量主要集中在8～20 cpd频段内;(4)洞体应变对“雷暴鼻”的响应存在一定的相位超前现象.以上结果,不单有助于辨识云南地区洞体应变时序曲线中飑线噪声,而且还能为高频段气压效应的精确改正等提供观测证据.     

地震前兆还是降雨干扰?——与“宁强5.7级地震前陕西定点形变的异常现象”作者商榷

在宁强M_S5.7地震(2008年5月27日)发生前2天,宝鸡台洞体应变NS和EW分量分别记录到了大幅应变异常,有研究认为该异常是宁强地震的短临前兆^[1]。为客观验证该结论的真伪性,本文采用重复地震检验和统计实证等方法,对该异常进行了较系统的归因分析,结果表明降雨干扰才是主因。     

周期气压波对地壳应变场观测影响的若干因素分析

地壳应变场常用钻孔体应变仪进行测量,而周期为几分钟到几小时的短周期气压波是影响体应变仪工作的一种长期因素.本文以Evertson等人推导的体应变短周期气压干扰模型为基础,从理论上进一步探讨了体应变气压影响系数与气压周期、岩石弹性参数和井孔深度的关系及变化规律.由于体应变观测井孔存在耦合效应,又建立了大气压垂直载荷作用下观测井孔耦合系数计算方程,比较了在多重因素作用下体应变气压影响系数理论观测值与无孔岩石真实值之间的差异,并与涞水、顺义、东三旗和昌平台的Sacks体应变实际观测资料进行了比对分析.这对地震前兆微动态信息背景场的探索具有实际意义.      

台风“利奇马”对钻孔体应变的扰动分析——以浙江地区为例

利用台风“利奇马”过境浙江期间,岱山地震台、东阳地震台钻孔体应变数据,采用数据滤波和线性回归等方法,分析了这2个台站钻孔体应变对台风的响应特征。结果表明,东阳地震台受台风引起的低气压的影响,钻孔体应变与气压同步变化;而岱山地震台受低气压和降水的共同影响,钻孔体应变与气压在变化的相关性和同步性上均有差异。气压和降水导致钻孔体应变的变化量可以通过负载力学模型进行估算求解。     

不同周期气压波对钻孔体应变仪观测结果的影响

应用相关分析与谱分析方法,研究了天津宝坻、北京东三旗和河北张家口台2003～2006年钻孔体应变与气压之间的关系。分析结果表明,同一台站不同周期的气压波与体应变具有不尽相同的关系,如宝坻台年周期体应变与气压负相关,回归系数为-13.35×10-11/Pa,滞后气压变化62.15天;月周期和日、半日周期体应变与气压均呈同步、线性、正相关关系,回归系数平均值分别为7.489×10-11/Pa和6.301×10-11/Pa。不同台站日、半日周期和月周期气压波对体应变的影响较为接近,而与年周期相比差异较大。根据岩石力学和弹性力学原理,进一步探讨了不同周期气压波与体应变相关性存在差异的原因。     

体应变观测中的气压干扰机制和排除方法的研究

建立体应变理论气压干扰模型,通过实际观测资料研究了气压对体应变月变和日变的干扰过程,探讨消除干扰的方法,且和水位资料作了对比分析。     

溧阳台体应变干扰的查找与排除

从溧阳台体应变分钟值曲线中．我们发现两起较明显的干扰现象。根据两起干扰的记录特征,我们对仪器、信号接线、仪器接地线和外部环境干扰逐步分析检查,发现其中一起是由交流电源干扰引起的,另一起是由仪器信号线接触不良导致的。针对不同原因,我们采取了相应的处理办法．有效排除了两起干扰源对体应变记录的干扰。     

地壳应变场对气压短周期变化的响应

大气压力变化可分为由日、月引力和太阳热辐射产生的潮汐变化和非潮汐频段的短周期气压变化,其引起的地壳应变可达10-9量级.我们选用分钟采样的观测精度达10-9量级的钻孔应变仪,对山东省泰安台2O02～2005年气压及体应变分钟值资料进行深入分析,研究了地壳应变场对短周期气压变化的响应规律.频谱分析结果表明,短周期气压变化对体应变的影响主要集中在周期大于2000 s的低频段.利用小波分解方法,得出了短周期气压系数随不同频段和不同时间的变化规律:高频段(周期小于960 s)气压系数数值较小,随频率变化幅度较大;低频段(周期大于960 s)气压系数数值较大,但变化趋于平稳;在频段一定的情况下,短周期气压系数随时间变化较平稳.从钻孔应变仪观测原理和按余弦函数分布的载荷作用于地壳表面的应力解出发,得出了地壳不同深度对不同频率短周期气压场的响应,理论计算与实际观测基本相符.研究结果表明,短周期气压变化对低频信号(周期大于2000 s)的影响较大,提取低频地球自由振荡信号时要消除气压影响,对苏门答腊大地震激发的地球球型自由振荡的功率谱分析验证了这一结论.     

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。     

泾县、淮北地震台SS-Y型铟瓦伸缩仪洞体应变观测对比

选取泾县、淮北地震台SS-Y型铟瓦伸缩仪2017年度观测资料,从观测环境、观测资料内在质量、降水、气压因素影响差异等方面,对比2个台站洞体应变观测的异同点,并分析观测资料质量出现差异的可能原因。结果显示,淮北地震台形变观测山洞的基础条件和观测资料内在质量全面优于泾县地震台。     

华东地区钻孔体应变对飑线天气过程响应的特征与机制

2018年3月4日华东地区爆发了一次强飑线天气过程,为揭示过境区域钻孔体应变对该飑线生命史期间的响应特征与机制,本文结合多普勒天气雷达和地面气象站数据,系统分析了南昌、黄山、湖州和岱山等4个钻孔体应变台的观测记录。结果表明：(1)飑线过境时的气压突变是引起体应变显著变化的主因,由此引起最大的体应变量为16.2×10^-9;(2)气压涌升幅度与体应变的弹性压缩量具有较好的线性关系,两者变化的周期较一致,为26～74 min,而气压影响系数高达5.0×10^-9/hPa;(3)各台对飑线的响应能力较好,而且在时间、空间和强度上,体应变变化能较好地呈现飑线的演变过程和传播特征。以上结果,不仅有助于科学识别飑线所引起单台或多台体应变异常变化的物理本质;还能为短周期气压效应的改正模型提供实证依据。     

基于S变换的太原地震监测站洞体应变大风干扰时频特征分析

因太原地震监测中心站洞体应变观测分钟值数据记录的风扰信号与同震波形相似,为进行两者的特征识别,特选取2020年6月24日该台洞体应变仪与地震计记录的地震及大风波形数据,采用S变换法进行时频特征分析.结果表明,洞体应变仪记录的风扰信号与地震信号时频图像形态相似,频率接近,归一化频率范围均在0.1～0.5之间,不易辨识;在...     

据频谱特征分析短时气压波动对体应变的影响

针对短时气压波动对体应变观测资料的影响,整理易县台2002～2007年体应变、气压、降水等分钟值资料,并从中选取4个具有明显特征的时间段,采用数字滤波去除原始数据中的长周期成分,用快速傅里叶变换分析体应变的高频谱特征。计算结果表明,短时气压波动对体应变高频谱特征具有显著影响,主要影响周期为53～67 min;在气压平稳情况下,体应变的优势周期相对集中,高频谱幅度最小;而在短时气压波动及降水情况下,体应变的优势周期更趋于分散,体应变响应幅度相对较大。对体应变分钟值资料的高频信息进行分析时,需要采取回归分析、数字滤波等方法消除短时气压波动对体应变观测资料的影响。     

温度对洞体应变观测的影响及排除方法研究

本研究将相关性分析的概念扩展到局域化空间,提出局域化的相关性分析（Local-CC)技 术,作为对时间序列做定量化分析的基础;还提出了一套从形变观测数据的原始数据开始,探 讨测值对干扰的响应模型,并整合使用包括傅里叶变换（FFT)平滑滤波、局域化相关性（Locl CC)分析以及线性回归（LR),到最后差分减除在内的完整干扰减除方案,以达到消除温度变 化引起的干扰信息的目的。以昆明地震台的洞体温度记录及洞体应变观测NS向分量为例,使 用傅里叶变换（FFT)滤波器原理抽出较高频率的分量作为处理对象,并使用本文提出的局域 化的相关性算法,按照应变对温度在不同时间点上不同的相关性赋予权重;然后再利用这个权 重做线性回归分析,拟合出应变对温度的响应系数,以排除洞体温度对洞体应变观测的影响。结果显示,本文提出的方案能有效地排除温度对洞体应变观测的影响。     

小波方法对钻孔应变数据初步分析——以牡丹江台为例

牡丹江台钻孔应变仪自安装以来,受到很强烈的外界干扰,记录情况一直不好,没有取得理想的记录效果,仪器也没有发挥应有的功效。本文用小波方法对钻孔应变记录到的数据进行分析处理,查找原因,并提取有价值的信息,在现有情况下充分利用记录数据,为进一步对地震监测分析做准备。     

中国东南沿海地区钻孔体应变对超强台风“利奇马”的响应特征与机制

依据超强台风"利奇马"的强度和时空演变特征,本文采用经验模态分解等方法系统地分析并揭示了该台风对我国东南沿海地区钻孔体应变影响的全貌,并在此基础上对台风扰动的机制进行了初步探讨。结果表明:①台风演变过程中漏斗状的长周期气压波动,是造成钻孔体应变大幅张性变化的物理成因,且体应变对台风低压系统具有即时的线弹性响应特征,其变化形态与气压漏斗高度相似,弹性变形的持续时间与气压波动的历时较一致;②在周期为103 h时,-18.2 hPa的气压变幅便可在地下62 m深处产生高达-112.1×10^-9的体应变,该频点的气压影响系数为6.2×10^-9/hPa;③在空间上,台风中心在980 km以外便能影响体应变观测,且随着台风的不断逼近或远离,其影响程度也相应地逐渐增强或减弱。     

不同力源作用下九江地震台井水位仪与伸缩仪的体应变响应分析

根据潮汐因子计算结果,确定了井水位观测格值。又由线应变和水位与体应变转换公式,分别计算了在固体潮、大气压、强远震和承压含水层排水作用下伸缩仪与水位仪的的体应变响应量,二者相对变化率(体应变比值)在0.242~0.668之间,分析比较了二者的响应特征,并初步解释了水位与应变同步变化的物理机制。