对美国地质调查局1985-2004年所收集的钻孔应变仪数据的评估

致读者本报告的动机在2003年7月召开的PBO常务委员会上,提出了很多有关现有钻孔应变仪的性能问题,我们可以在PBO的网页上看到。这些问题由许多委员提出,反映了人们有兴趣来确保作为PBO的一部分所安装的钻孔应变仪能够提供可靠的、而且是可以根据地壳应变来标定的数据。本报告将尝试根据2003年8月至2004年2月对钻孔应变观测数据的分析来回答这些问题。分析所利用的时间受限于为第一和第二两年的部署必须作出选择钻孔应变仪类型的决定。我们不可能在有限的时间内对所有的钻孔应变数据进行分析,所以只选择了一部分仪器的观测数据进行分析,且某些类型的分析只用在有疑问的仪器的数据上。本报告的观点尽管在报告中没有保密的材料,但是读者应该认识到这篇报告主要是在PBO常务委员会内部使用,而从未打算对钻孔应变仪的性能进行全面的描述。因为PBO白皮书和《地球透镜》(The Earthscope)项目建议书已经总结了根据钻孔应变仪的测量得到的科学结果,关于这些结果在本报告的第8部分比其他部分要简略一些。本报告的现况由于本报告具有较高的意义,所以正准备在USGS(美国地质调查局)上评审、批准和在线发表。经USGS批准不是为了得到和现在不一样的结论,而是为了能使所有的钻孔应变仪得到全面的评估。例如,我们要尽力完全填好第7部分的表格。本报告草稿在美国地质调查局评审和批准之前在网上发表,因此其结论应当是初步的。本报告草稿包含对2004年2月以后分发给PBO常务委员会的报告所进行的修正。只有一处修正影响了这篇报告的结论:利用Frolich体应变仪资料绘制的长期变化图是不正确的,并且导致该仪器的三分量尺度因素不同于大多数仪器这一结论也是错误的。在当前的版本中已对这一错误进行了改正;重标了功率谱的垂直坐标,对尺度的错误也作了改正。这些修正不会影响报告的结论。其他方面的修正很小。

PBO台网中钻孔应变仪的潮汐标定:垂直和剪切方向的耦合

多分量钻孔应变仪可直接测量钻孔内不同方位的直径变化。为了将测量结果转换成应变,需要一个标定矩阵,该标定矩阵通过分析已安装的应变仪对已知应变的反应估算得到。应变固体潮的理论值往往作为已知应变。本文对板块边界观测台网中12个钻孔应变仪进行上述分析,假定每个应变仪的4个元件反应应变张量的3个水平分量以及垂直分量。方位修正通过估算得到。每个PBO应变仪的第四个元件提供的信息能够用来降低耦合系数出错的可能性。加利福尼亚的3个PBO钻孔应变仪的潮汐观测值和理论值非常吻合,其他仪器的观测值也曾证实过该地区的潮汐理论值;另外,安装在Oregon和华盛顿的6台钻孔应变仪的潮汐观测值和理论值也吻合,但在那里未曾有其他仪器记录过应变固体潮。出乎意料的是,好几台应变仪有很大的垂直应变耦合系数,这增加了仪器对大气压力的响应。垂向耦合减弱面应变甚至改变其符号,面应变是由固体潮或地球深部活动引起,垂直应变和面应变的符号相反。但是垂向耦合不会消弱剪应变的响应。PBO钻孔应变仪可以提供标定后的剪应变时间序列,反应与构造活动或岩浆过程相关的应变变化。