DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用

文章简述了DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪(简称“钻孔应变仪”)的理论基础,攻关了微位移感知、降噪、控温、性能测试、标定等关键技术,并通过了性能测试,标定结果表明:该应变仪达到了高分辨率(≥5×10^(-11)ε)、宽频带(10~100 Hz可选)、大动态范围(≥1×10^(-3)ε)、24位AD记录、低功耗(<3 W)等技术指标,其性能优于同期美国PBO和日本同类钻孔应变仪,是一款国际领先的地壳运动长期观测仪器,基本能够满足地壳长期应变缓慢积累的蠕变运动和短期应变快速变化的地震火山活动等观测需求。2008年以来,通过20余个地应力台站的应用,该钻孔应变仪记录到大量的地壳形变、断裂活动、同震应变波、应变阶跃、矿压活动等应变信息,并以北长山地应力台站应变监测数据自洽性检验和土耳其地震映震能力分析为例发现:北长山地应力台站电容传感器1#+3#和2#+4#元件应变曲线总体平稳,相关系数R2达到0.95;1#-3#和2#-4#元件的差应变年变化速率为10-8量级,反映出长岛地区以剪切应力为主,且处于地震活动相对高的应力环境;利用该应变仪观测到2023年2月6日土耳其M 7.8级和M7.5级两次地震明显的同震应变响应,尤其是获取了M7.8级主震面波周期为50~60 s,呈现出面波异常,理论上可分辨出100 km范围M0.74级地震产生的应变波,达到了应用示范效果。该钻孔应变仪在地球动力学研究、内动力地质灾害监测等领域具有较好的推广价值和应用前景。

深井地壳活动综合观测技术略谈

岩石圈在地球内动力作用下,塑造出不同类型的地球表面形态,而通过钻孔地壳活动综合观测技术捕捉地壳应力状态及其动态变化规律,是人类认识地球内动力过程、研究内动力地质灾害机理的重要途径。文章总结了日本、美国等发达国家以及IODP国际合作研究计划在发展钻孔地壳活动综合观测技术方面的贡献,并对中国钻孔应变观测技术及其观测仪器发展历程、研发现状进行了系统性的总结,尤其是“十三五”以来,在深地深海探测国家战略的大背景下,中国地质调查局、中国地震局等单位相继完成井中综合地球物理观测系统研发工作,并在陆域综合观测站中完成野外验证。其中,中国地质科学院地质力学研究所利用系统集成关键技术成功研制的地壳活动综合地球物理观测系统,拥有应变、倾斜、地震、地磁、地温、孔隙压等多种传感器和15个分量,具备观测地壳变形、应力、应变、倾斜、地震及其诱导的地温、水文、地电、地磁等岩石圈地球动力相对变化的能力,已在甘肃山丹(安装深度253 m)、四川平武(WFSD-4,1600 m)观测站投入使用,取得了一定的成效,对中国未来突破3000 m深井地壳活动综合观测技术具有指导意义,可为地球动力学研究、深部矿产和地热资源安全开采、内动力地质灾害预测提供重要地应力动态变化信息。同时,以“十四五”深地深海探测国家战略为契机,提出了深井地壳活动综合观测系统的未来发展方向和构想。