姑咱地震台张应变异常信号与修路施工间关系探讨

与2008年5月12日汶川M_(S)8.0地震时记录到的大量压应变异常信号不同,2013年4月芦山M_(S)7.0地震前后姑咱地震台钻孔应变仪记录到的却是显著张应变异常,特别是临震前几日信号大幅度突升,而该时段恰巧台站大门前进行修路施工,这究竟是地球物理异常还是干扰,一直有很大争议。研究发现,这些异常信号在时间上具有高度的准同步性,即都发生在白天8:00—10:00或7:30—17:00之间,这正是工人的上班时间,而自然力产生的异常应具有随机性特征,不应有较强规律性;其次,临震前的异常振幅比芦山地震本身产生的振幅还大2倍,将其视为地球物理异常也有违常理。又结合腾冲地震台钻孔应变观测干扰实例进行分析,认为尚不能排除该张应变异常为施工干扰的可能性。

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.

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。

分量式钻孔应变观测耦合系数的计算

根据双衬套钻孔应变观测力学模型,推导出平面应力作用下各分量应变观测中两个耦合系数(A、B)的计算公式,为进一步确定地壳应变场最大、最小主应变的数值及方向提供了必需的前提条件,对当前国内外开展的利用钻孔应变进行地震、火山和板块边界的观测研究具有一定积极意义.研究结果表明,A、B与用双环模型和复变函数法解算出的c(面应变响应因子)、d(剪应变响应因子)之间分别存在2倍的关系(c=2A,d=2B),并且二者绘制的曲线完全一致,c、d的物理含义分别是地壳岩石面应变与剪应变观测的井孔耦合系数.

地壳应变场观测中体应变与面应变转换系数的计算

将钻孔体应变仪与分量式应变仪的观测资料在面应变平台上进行整合,对于解决目前两种应变仪观测数据的评估、分析、处理和地震预报问题有实际意义.根据潘立宙-陈沅俊和Evertson理论及弹性力学知识,分别建立了平面应力作用下体应变和面应变观测的力学模型,推导了观测钻孔、空孔和无孔岩石体应变与面应变转换系数的计算公式,发现它们都可以归结为同一公式描述,差异仅在于k(体应变仪钢筒内壁或无孔岩石面应变与空孔岩石面应变之比)的取值不同.用Evertson理论推导的公式与空孔岩石情形相近,当岩石弹性模量为4×1010—8×1010Pa时,二者都可以看成是对潘-陈公式的一种简化、近似计算;无孔岩石的情况则相当于在岩石弹性模量为1×1010Pa时对该式的一种估计.文中结合实际情况对转换系数的各种影响因素进行了详细分析.

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。

Sacks体应变仪日波、半日波观测值影响因素分析

研究了2003—2006年天津宝坻地震台Sacks体应变观测值与固体潮、气压、抽水和降雨的关系,认为固体潮汐是影响体应变日波、半日波变化的第一种主要因素,与其呈同步、线性、正相关关系,月回归系数平均值为0.533,其时间函数存在年变;日、半日周期气压波是影响体应变日波、半日波变化的第二种主要因素,亦与其呈同步、线性、正相关关系,月回归系数平均值为6.28×10-11/Pa,其时间函数无明显年变;机井近距离短时抽水会对体应变日波观测产生同步脉冲干扰作用,这是由地下水动力学效应所致;暴雨会对体应变日波观测产生一定的同步上升干扰,并且降雨量越大作用越明显,这可能与台站所处地区含水层强富水、连通性和导水性好有关。

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。

两种应变仪的面应变观测资料的比对研究

对徐州地震台的YRY-4型分量式和TJ-2型体积式钻孔应变仪,2008—2010年的面应变原始观测曲线、年变曲线、降雨干扰曲线、气压影响曲线和固体潮汐观测结果进行了比对研究,并计算了各自的相关系数和影响系数,总结了二者的共性和差异。

Sacks体应变地震波的观测结果分析

研究宝坻台Sacks钻孔体应变仪的地震响应能力,发现它与震级及震中距有关,即体应变地震波振幅与震级和震中距的数理统计关系是随震级增大呈指数增加、随震中距增大呈幂函数衰减;分析了京津地区6台Sacks体应变仪在多次地震发生时,震时应变阶的响应特征,显示其极性(压、张)与观测点所在断层有一定关系。

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。

姑咱台压应变异常信号与汶川和芦山等地震的关系研究

对2007~2014年姑咱台应变仪第一分量的分钟值原始观测曲线进行研究。结果表明,其日、月异常合计幅值、频次和时间均在汶川地震前显著增加,日、月累加值曲线相应快速上升,2008年以后速率明显放缓,前后相差最大可达10倍、9倍和4倍,与汶川地震表现出较强的对应关系。但之后发生芦山和康定地震时,这一过程并未重现。根据龙门山一带地应力实地测量结果和视应力分析结果,对该现象进行一定程度的解释。

抽水对体应变的干扰及其消除方法

通过对北京昌平台Ｓａｃｋｓ体应变和气压、水位及抽水资料的综合对比分析，较系统地论述了抽水对体应变年变、月变和日变的干扰作用，并探讨了消除干扰的方法。结果表明，去掉干扰后的体应变曲线与１９８９年大同等地震存在一定的对应性。本文在研究体应变的同时，也研究了地下水位的变化，并比较了二者的异同。

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.

昌平台Sacks体应变仪观测曲线年变现象成因研究

本文系统地研究了北京昌平台Sacks体应变仪观测曲线年动态变化的基本规律,结合井水位、抽水和降雨等实际观测资料,分析后认为,台站附近农田机井季节性抽水和地下水的自然补给是造成体应变年变现象的根本原因,并探讨了体应变与井水位的定量关系和物理机制,同时对地震预测中所关心的“破年变”问题也进行了探讨。

降雨对体应变的干扰

通过对Ｓａｃｋｓ体应变与气压、水位及降雨资料的综合对比分析，论述了降雨对体应变月变和日变的干扰作用，并探讨了干扰产生的物理机制和消除干扰的方法。

抽水时体应变大幅度波动成因的探讨

本文通过对北京昌平台体应变观测资料与抽水资料的对比分析,论证了间歇性抽水作用是体应变产生大幅度短周期应变波的根本原因。由于水位变化与体应变基本同步,因而本文对地下水位的研究也有一定的参考价值。

中国钻孔体应变仪同震变化观测结果

同震形变反映了来自震源区的变化，它是建立地形变与地震之间关系的最直接桥梁，因而对地震预报有至关重要的意义。钻孔体应变仪属于高精度地形变观测仪器，最适合揭示短期形变变化。我国使用的体应变仪分为两类，一类是从美国华盛顿卡耐基研究所引进的Sacks型体应变仪（6套），另一类是中国地震局地壳应力研究所研制的TJ型体应变仪（约80套）。

岩石压应力传递系数计算及影响机制

钻孔应变观测是地壳岩石应变相对测量的主要方法,对其附加应力场的研究,可以有效分析岩石压应力向探头的传递过程,可对应变仪有关力学参数的设计和观测数据的物理解释提供帮助。考虑到外加应力在岩石、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,推导轴对称应力作用下岩石压应力的传递系数公式,分析影响机制,并给出有关变化规律曲线和定量指标。

姑咱台钻孔应变观测曲线年变现象成因探讨

2008年5月和2013年4月在四川龙门山断层上相继发生汶川8.0级地震和芦山7.0级地震，四川姑咱台震中距仅为130 km和70 km，是相距这两次地震最近的形变台站，由于该台四分量钻孔应变仪在震前均记录到明显的异常变化，因此受到很多关注。考虑到该种仪器记录到的面应变与剪应变最具有明确的物理意义，对二者观测曲线的年动态进行了研究，认为它们与钻孔水位（孔深40 m，基岩为花岗闪长岩）的变化密切相关，而水位又主要受降雨量控制。该项工作对于确定异常是否与地震有关，提供了一定背景的分析资料。