用鉆孔應(yīng)變觀測研究地震

1、用鉆孔應(yīng)變觀測研究地震邱澤華2009年4月. 北京1觀測對象我們觀測的是地表的應(yīng)變變化。雖然探頭是位于地下，但是那只是為了避免地表的干擾。 為了與GPS和InSAR等其它觀測相匹配，也為了便于使用常用的地面位錯理論等數(shù)學工具，探頭一定要盡量位于比較淺的（而不是比較深）的地方，以便近似代表地表的情況。 2美國的PBO項目3美國的PBO項目4日本：東海南關(guān)東地區(qū)氣象廳實施捕捉地震前兆現(xiàn)象1976-198131個體應(yīng)變儀深度：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慢地震例一臺Sacks-Evertson體應(yīng)變儀（SRL DIL）和一臺Gladwin張量應(yīng)變儀（SJT）1992年12月在美國圣安德列斯斷層上同時觀測到的慢地震應(yīng)變變化。圖中標注了地震及其大小。 7慢地震例8中國鉆孔應(yīng)變觀測臺網(wǎng)的現(xiàn)狀體應(yīng)變臺站分布9中國鉆孔應(yīng)變觀測臺網(wǎng)的現(xiàn)狀四分量應(yīng)變臺站分布10中國鉆孔應(yīng)變觀測臺網(wǎng)的現(xiàn)狀重點研究的

4、問題實地標定問題映震能力問題同震應(yīng)力觸發(fā)問題斷層活動性問題地球自由振蕩問題地震前驅(qū)波問題氣壓干擾問題地震前兆問題11鉆孔應(yīng)變觀測的發(fā)展方向在強震帶上建大量觀測點增加土層測點增加遙測點12在強震帶上建大量觀測點13在強震帶上建大量觀測點14增加土層測點15增加土層測點16增加土層測點17增加土層測點18增加遙測點臺站模式：要充分利用現(xiàn)有的臺站還要認識到這種模式今后難以大規(guī)模推廣技術(shù)上沒有問題管理上存在問題如何保護？如何維護？19地殼活動綜合觀測裝置（示意圖）20我們記錄的是什么？四分量鉆孔應(yīng)變儀觀測的是地表附近一點的水平應(yīng)變變化。但是其直接記錄并非應(yīng)變變化，而是鉆孔井壁的徑向相對位移。因為觀測的

5、是變化，所以標定和應(yīng)變換算都要用增量。 21我們記錄的是什么？我們觀測的物理量滿足的公式：應(yīng)變滿足的公式： 通常情況是，A小于1/2而B大于1/2，這是由于探頭的套筒截面不容易發(fā)生面積的改變，但是其形狀很容易改變。 22我們記錄的是什么？鉆孔應(yīng)變觀測的實地標定問題有二層涵義：在第一個層面上，可以認為實地標定是相對室內(nèi)標定而言的，是對儀器（元件）靈敏度的標定，稱為相對標定；在第二個層面上，由測值換算出孔徑相對變化以后，還要利用理論固體潮等依據(jù)對與鉆孔周圍介質(zhì)的彈性有關(guān)的參數(shù)進行標定，稱為絕對標定。應(yīng)根據(jù)互檢條件先進行實地相對標定，然后用理論固體潮進行實地絕對標定，才能進行應(yīng)變換算，給出可作為應(yīng)變

6、變化使用的數(shù)據(jù)。23相對實地標定（i1，2，3，4） Si = Ki Ri （i1，2，3，4） 24相對實地標定姑咱臺的相對標定結(jié)果25相對實地標定相對標定前相對標定后26絕對實地標定27絕對實地標定計算A：計算B：28絕對實地標定姑咱臺絕對標定結(jié)果29絕對實地標定面應(yīng)變30應(yīng)變換算對于任意三個方向的應(yīng)變觀測值Si（i=1,2,3），有31應(yīng)變換算對于夾角為45度的應(yīng)變觀測值Si（i=1,2,3），有32應(yīng)變換算因為四分量鉆孔應(yīng)變儀有四個元件，所以可以得到四組應(yīng)變變化計算結(jié)果。雖然理論上四組結(jié)果應(yīng)該基本相等，但是實際上還是有一定出入。這多少令人感到疑惑。為解決這個問題，我們提出了一種綜合而具

7、有對稱性的計算方法。 33應(yīng)變換算令有需要注意的是，這種主應(yīng)變表示是不能用來進行簡單應(yīng)變疊加的。一般地講，相同方向的應(yīng)變變化才能疊加。 34應(yīng)變換算地理座標表示可以進行線性疊加 主應(yīng)變計算公式35應(yīng)變換算工程表示可以進行線性疊加 主應(yīng)變計算公式36應(yīng)變換算姑咱臺的應(yīng)變換算37判別地震前兆的三個準則準則1：有正常背景準則2：非干擾影響準則3：與地震相關(guān)這是符合常識的準則，更是大量實踐和經(jīng)驗的總結(jié)。38判別地震前兆的三個準則準則3：與地震相關(guān)（震后總結(jié)）震前：越趨近地震發(fā)生異常越強烈。地震孕育是一個逐漸成熟的過程。震時：地震時的變化顯著大于地震前兆變化。如果地震發(fā)生時觀測不到明顯變化，所謂的震前異

8、常就不大可能與地震孕育過程相關(guān)。震后：異常變化震后衰減。震后總結(jié)至關(guān)重要。目前得到的可靠的前兆現(xiàn)象目前仍然十分缺少，這是地震預(yù)報不準的重要原因。39四、汶川地震附近臺網(wǎng)情況對異?，F(xiàn)象的錯誤判斷姑咱臺觀測的地震前兆與唐山地震前兆異常對比40附近臺網(wǎng)情況41姑咱臺觀測的地震前兆正常異常據(jù)池順良報告42The recordings of Guza stationDec. 1, 2006 Feb. 24, 2009 池順良， 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物理機制觀測異常的統(tǒng)計特征與巖石破裂前的聲發(fā)射現(xiàn)象相同55與唐山地震前兆異常對比56與唐山地震前兆異常對比57與唐山地震前兆異常對比58謝謝！59姑咱臺觀測的地震前兆60姑咱臺觀測