用钻孔应变观测研究地震

1、用钻孔应变观测研究地震邱泽华2009年4月. 北京1观测对象我们观测的是地表的应变变化。虽然探头是位于地下，但是那只是为了避免地表的干扰。 为了与GPS和InSAR等其它观测相匹配，也为了便于使用常用的地面位错理论等数学工具，探头一定要尽量位于比较浅的（而不是比较深）的地方，以便近似代表地表的情况。 2美国的PBO项目3美国的PBO项目4日本：东海南关东地区气象厅实施捕捉地震前兆现象1976-198131个体应变仪深度：50300m 5Strain record of a slow earthquake sequence, 1978Strain measurements by A. Linde

2、, I.S. Sacks, J.A. Snoke, and S. Suyehiro at three borehole strainmeters in southern-central Honshu recorded a major, slow earthquake sequence following the magnitude 7 Izu-Oshima earthquake of January 14, 1978. The discontinuity represents the time of the main shock. Slow slip produced strain chang

3、es evident over the next hour. Aftershocks as large as magnitude 5.8 resulted from stress distribution due to the slow earthquake. 6慢地震例一台Sacks-Evertson体应变仪（SRL DIL）和一台Gladwin张量应变仪（SJT）1992年12月在美国圣安德列斯断层上同时观测到的慢地震应变变化。图中标注了地震及其大小。 7慢地震例8中国钻孔应变观测台网的现状体应变台站分布9中国钻孔应变观测台网的现状四分量应变台站分布10中国钻孔应变观测台网的现状重点研究的

4、问题实地标定问题映震能力问题同震应力触发问题断层活动性问题地球自由振荡问题地震前驱波问题气压干扰问题地震前兆问题11钻孔应变观测的发展方向在强震带上建大量观测点增加土层测点增加遥测点12在强震带上建大量观测点13在强震带上建大量观测点14增加土层测点15增加土层测点16增加土层测点17增加土层测点18增加遥测点台站模式：要充分利用现有的台站还要认识到这种模式今后难以大规模推广技术上没有问题管理上存在问题如何保护？如何维护？19地壳活动综合观测装置（示意图）20我们记录的是什么？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，而是钻孔井壁的径向相对位移。因为观测的

5、是变化，所以标定和应变换算都要用增量。 21我们记录的是什么？我们观测的物理量满足的公式：应变满足的公式： 通常情况是，A小于1/2而B大于1/2，这是由于探头的套筒截面不容易发生面积的改变，但是其形状很容易改变。 22我们记录的是什么？钻孔应变观测的实地标定问题有二层涵义：在第一个层面上，可以认为实地标定是相对室内标定而言的，是对仪器（元件）灵敏度的标定，称为相对标定；在第二个层面上，由测值换算出孔径相对变化以后，还要利用理论固体潮等依据对与钻孔周围介质的弹性有关的参数进行标定，称为绝对标定。应根据互检条件先进行实地相对标定，然后用理论固体潮进行实地绝对标定，才能进行应变换算，给出可作为应变

6、变化使用的数据。23相对实地标定（i1，2，3，4） Si = Ki Ri （i1，2，3，4） 24相对实地标定姑咱台的相对标定结果25相对实地标定相对标定前相对标定后26绝对实地标定27绝对实地标定计算A：计算B：28绝对实地标定姑咱台绝对标定结果29绝对实地标定面应变30应变换算对于任意三个方向的应变观测值Si（i=1,2,3），有31应变换算对于夹角为45度的应变观测值Si（i=1,2,3），有32应变换算因为四分量钻孔应变仪有四个元件，所以可以得到四组应变变化计算结果。虽然理论上四组结果应该基本相等，但是实际上还是有一定出入。这多少令人感到疑惑。为解决这个问题，我们提出了一种综合而具

7、有对称性的计算方法。 33应变换算令有需要注意的是，这种主应变表示是不能用来进行简单应变叠加的。一般地讲，相同方向的应变变化才能叠加。 34应变换算地理座标表示可以进行线性叠加 主应变计算公式35应变换算工程表示可以进行线性叠加 主应变计算公式36应变换算姑咱台的应变换算37判别地震前兆的三个准则准则1：有正常背景准则2：非干扰影响准则3：与地震相关这是符合常识的准则，更是大量实践和经验的总结。38判别地震前兆的三个准则准则3：与地震相关（震后总结）震前：越趋近地震发生异常越强烈。地震孕育是一个逐渐成熟的过程。震时：地震时的变化显著大于地震前兆变化。如果地震发生时观测不到明显变化，所谓的震前异

8、常就不大可能与地震孕育过程相关。震后：异常变化震后衰减。震后总结至关重要。目前得到的可靠的前兆现象目前仍然十分缺少，这是地震预报不准的重要原因。39四、汶川地震附近台网情况对异常现象的错误判断姑咱台观测的地震前兆与唐山地震前兆异常对比40附近台网情况41姑咱台观测的地震前兆正常异常据池顺良报告42The recordings of Guza stationDec. 1, 2006 Feb. 24, 2009 池顺良， The anomaly is suggested by Chi et al, 200943More enlargements44High-pass signals of the

9、strainscut-off period:128min45High-pass signals of the strainscut-off period:128min46Comparison of Long-term, anomalous and coseismic changes of the strains47Overrun Rate changes of high-pass signals48Band-pass signals: S0=S1+S2+S3+S449Overrun Rate changes: S0=S1+S2+S3+S450Band-pass signals: S1-S351Overrun Rate changes: S1-S252Band-pass signals: S2-S453Overrun Rate changes: S2-S454物理机制观测异常的统计特征与岩石破裂前的声发射现象相同55与唐山地震前兆异常对比56与唐山地震前兆异常对比57与唐山地震前兆异常对比58谢谢！59姑咱台观测的地震前兆60姑咱台观测