用鉆孔應(yīng)變觀測(cè)研究地震

1、用鉆孔應(yīng)變觀測(cè)研究地震邱澤華2009年4月. 北京1觀測(cè)對(duì)象我們觀測(cè)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(cè)相匹配，也為了便于使用常用的地面位錯(cuò)理論等數(shù)學(xué)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(guó)的PBO項(xiàng)目3美國(guó)的PBO項(xiàng)目4日本：東海南關(guān)東地區(qū)氣象廳實(shí)施捕捉地震前兆現(xiàn)象1976-198131個(gè)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(tái)Sacks-Evertson體應(yīng)變儀（SRL DIL）和一臺(tái)Gladwin張量應(yīng)變儀（SJT）1992年12月在美國(guó)圣安德列斯斷層上同時(shí)觀測(cè)到的慢地震應(yīng)變變化。圖中標(biāo)注了地震及其大小。 7慢地震例8中國(guó)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的現(xiàn)狀體應(yīng)變臺(tái)站分布9中國(guó)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的現(xiàn)狀四分量應(yīng)變臺(tái)站分布10中國(guó)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的現(xiàn)狀重點(diǎn)研究的

4、問(wèn)題實(shí)地標(biāo)定問(wèn)題映震能力問(wèn)題同震應(yīng)力觸發(fā)問(wèn)題斷層活動(dòng)性問(wèn)題地球自由振蕩問(wèn)題地震前驅(qū)波問(wèn)題氣壓干擾問(wèn)題地震前兆問(wèn)題11鉆孔應(yīng)變觀測(cè)的發(fā)展方向在強(qiáng)震帶上建大量觀測(cè)點(diǎn)增加土層測(cè)點(diǎn)增加遙測(cè)點(diǎn)12在強(qiáng)震帶上建大量觀測(cè)點(diǎn)13在強(qiáng)震帶上建大量觀測(cè)點(diǎn)14增加土層測(cè)點(diǎn)15增加土層測(cè)點(diǎn)16增加土層測(cè)點(diǎn)17增加土層測(cè)點(diǎn)18增加遙測(cè)點(diǎn)臺(tái)站模式：要充分利用現(xiàn)有的臺(tái)站還要認(rèn)識(shí)到這種模式今后難以大規(guī)模推廣技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題管理上存在問(wèn)題如何保護(hù)？如何維護(hù)？19地殼活動(dòng)綜合觀測(cè)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(cè)的是地表附近一點(diǎn)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(duì)位移。因?yàn)橛^測(cè)的

5、是變化，所以標(biāo)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(cè)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(niǎo)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(cè)的實(shí)地標(biāo)定問(wèn)題有二層涵義：在第一個(gè)層面上，可以認(rèn)為實(shí)地標(biāo)定是相對(duì)室內(nèi)標(biāo)定而言的，是對(duì)儀器（元件）靈敏度的標(biāo)定，稱為相對(duì)標(biāo)定；在第二個(gè)層面上，由測(cè)值換算出孔徑相對(duì)變化以后，還要利用理論固體潮等依據(jù)對(duì)與鉆孔周圍介質(zhì)的彈性有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，稱為絕對(duì)標(biāo)定。應(yīng)根據(jù)互檢條件先進(jìn)行實(shí)地相對(duì)標(biāo)定，然后用理論固體潮進(jìn)行實(shí)地絕對(duì)標(biāo)定，才能進(jìn)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(duì)實(shí)地標(biāo)定（i1，2，3，4） Si = Ki Ri （i1，2，3，4） 24相對(duì)實(shí)地標(biāo)定姑咱臺(tái)的相對(duì)標(biāo)定結(jié)果25相對(duì)實(shí)地標(biāo)定相對(duì)標(biāo)定前相對(duì)標(biāo)定后26絕對(duì)實(shí)地標(biāo)定27絕對(duì)實(shí)地標(biāo)定計(jì)算A：計(jì)算B：28絕對(duì)實(shí)地標(biāo)定姑咱臺(tái)絕對(duì)標(biāo)定結(jié)果29絕對(duì)實(shí)地標(biāo)定面應(yīng)變30應(yīng)變換算對(duì)于任意三個(gè)方向的應(yīng)變觀測(cè)值Si（i=1,2,3），有31應(yīng)變換算對(duì)于夾角為45度的應(yīng)變觀測(cè)值Si（i=1,2,3），有32應(yīng)變換算因?yàn)樗姆至裤@孔應(yīng)變儀有四個(gè)元件，所以可以得到四組應(yīng)變變化計(jì)算結(jié)果。雖然理論上四組結(jié)果應(yīng)該基本相等，但是實(shí)際上還是有一定出入。這多少令人感到疑惑。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們提出了一種綜合而具

7、有對(duì)稱性的計(jì)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(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)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(biāo)表示可以進(jìn)行線性疊加 主應(yīng)變計(jì)算公式35應(yīng)變換算工程表示可以進(jìn)行線性疊加 主應(yīng)變計(jì)算公式36應(yīng)變換算姑咱臺(tái)的應(yīng)變換算37判別地震前兆的三個(gè)準(zhǔn)則準(zhǔn)則1：有正常背景準(zhǔn)則2：非干擾影響準(zhǔn)則3：與地震相關(guān)這是符合常識(shí)的準(zhǔn)則，更是大量實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。38判別地震前兆的三個(gè)準(zhǔn)則準(zhǔn)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(qiáng)烈。地震孕育是一個(gè)逐漸成熟的過(guò)程。震時(shí)：地震時(shí)的變化顯著大于地震前兆變化。如果地震發(fā)生時(shí)觀測(cè)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(guò)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(bào)不準(zhǔn)的重要原因。39四、汶川地震附近臺(tái)網(wǎng)情況對(duì)異?，F(xiàn)象的錯(cuò)誤判斷姑咱臺(tái)觀測(cè)的地震前兆與唐山地震前兆異常對(duì)比40附近臺(tái)網(wǎng)情況41姑咱臺(tái)觀測(cè)的地震前兆正常異常據(jù)池順良報(bào)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(jī)制觀測(cè)異常的統(tǒng)計(jì)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(duì)比56與唐山地震前兆異常對(duì)比57與唐山地震前兆異常對(duì)比58謝謝！59姑咱臺(tái)觀測(cè)的地震前兆60姑咱臺(tái)觀測(cè)