几种旋转地震仪在深部地下巷道的观测对比

光纤旋转地震仪具有宽频带、高灵敏度、便携等优点,在地震旋转运动的观测中有着广阔的应用前景.光学旋转地震仪的性能会受观测环境噪声的影响,因此,在低噪环境下测试仪器的自噪声、验证其对远震信号的分辨能力是非常有意义的.利用淮南停产的潘一东煤矿-848 m的地下巷道空间,我们开展了深部地下地震联合观测试验,对比了R-2型电化学式旋转地震仪与FOS1、FOS2、FOS3三种光纤旋转地震仪的自噪声水平,及其记录的远震Love波信号垂向旋转分量与切向加速度的相干性.观测与分析结果表明:光纤旋转地震仪的灵敏度高于R-2电化学式;较小的体积使得FOS3型六分量地震计的自噪声较高,而相对大体积的FOS1型单分量与FOS2型双分量光纤旋转地震计具有更低的自噪声和Allan方差,能有效捕获1000 km左右的远震旋转信号,且二者观测地震事件的波形具有较高的一致性.表明深地环境可用于光纤旋转地震仪的自噪声测试和比对,且有助于国内旋转地震仪性能的提高.

高精度光纤旋转地震仪研究及应用

基于光纤陀螺(FOG)的光纤旋转地震仪(FORS)对平动不敏感,兼具低噪声、高灵敏度和便携等优点,特别适用于行星地震学中三维旋转分量的观测。基于偏光干涉理论建立了消偏FOG中Sagnac干涉仪环路(SIA)的输出光谱模型,揭示了消偏FOG的误差机理,提出并验证了在SIA中增加高频相位调制的噪声抑制技术。设计了基于差分消偏光纤陀螺的高精度FORS,研制出BHFORS-3C型三轴高精度旋转地震仪,三轴自噪声均小于4.5 nrad·s^(-1)·Hz^(-1/2)。通过长期现场观测,获得了大量地震三维旋转观测数据,并进行了模型分析和研究。研制的旋转地震仪已具备现场应用条件,为行星地震学六分量观测和地震活动的精准分析提供了重要支撑。

旋转地震动及其对工程结构抗震性能影响研究综述

工程结构旋转地震效应的观测已有几百年历史,但是直至20世纪的很长一段时间内,学者们普遍认为旋转地震动微弱,旋转地震动效应可以忽略不计。但是,近几十年来,随着多种高灵敏度旋转地震仪的研制,成功地观测并证实了旋转地震波的存在,此外学者们还研究推导了采用平动地震波合成旋转地震波的理论计算方法,实测和合成旋转地震波促进了旋转地震动作用下工程结构抗震性能分析的开展。通过梳理国内外相关研究文献可知,旋转地震动对工程结构抗震性能具有显著影响,有必要考虑旋转地震动对工程结构动力响应的不利影响。尽管当前对基于旋转地震的工程结构抗震性能分析取得了一定的进展,但仍处于起步阶段。因此,文中分别从旋转地震仪研制、旋转地震波合成方法和旋转地震动对工程结构抗震性能影响等方面进行概述和总结,综述旋转地震动及其对工程结构抗震性能影响的研究进展和现状,并对未来研究发展趋势和焦点进行展望,期望能够对旋转地震动及其作用下工程结构抗震性能分析和规范修订提供一定的参考。

光纤振动传感之一:旋转测量技术及其地震学应用

地震波场可分解为三分量平动和三分量旋转运动.旋转分量包含重要的波场梯度信息,是地震波场重建的关键要素,但过去由于缺乏稳定的高灵敏度旋转测量仪器,它在不同的地震学应用中常被忽略.光纤旋转地震仪是率先打破测量仪器缺乏困境、最先实现商业化的旋转地震仪,也是目前最有发展前景的地震波旋转直接测量设备.光纤旋转地震仪基于Sagnac效应,并依托成熟的光纤陀螺技术实现振动的旋转分量测量.它具有纯光电传感不受平动影响的测量优势;并且能够在高灵敏度和宽频带旋转测量的基础下实现设备的小型化,有利于旋转测量的应用推广.因此,光纤旋转地震仪和传统的地震仪将形成互补,实现旋转和平动六分量(6C)的观测,更好地提取地震波场特征,提高振动监测能力,有效改善震源过程反演、地下结构成像和地震破坏机理研究等应用.本文主要介绍光纤旋转测量的基本原理、旋转地震学的应用及其潜在应用前景.

云南漾濞M_(S)6.4地震信号的旋转和平动分量面波记录分析研究

旋转分量是地震波场的重要组成部分,可以为地球内部结构成像和震源参数测定等研究提供基础信息,然而缺少高精度的观测仪器,其应用受限.新发展的高精度光纤陀螺为测量旋转分量提供了一个较为可行的方案,其性能需要进一步验证.为此,武汉大地测量国家野外科学观测研究站利用两个光纤陀螺和一个宽频带地震仪组成了多分量观测系统,并开展了观测工作,记录到了云南漾濞地震的Love波信号.基于Love波信号的垂向旋转速度记录和切向加速度记录,开展了Love波视速度和到达方位角度测算分析.结果表明视速度存在明显频散特性,测算值与其他方法测算值相当,到达方位角接近大圆路径预测值,尾波部分到达角偏离较大.由此表明高精度的光纤陀螺可以用于区域震监测,结合地震仪可形成多分量观测系统,为地震学研究提供有效数据.

倾斜和加速度的地面地下观测对比分析

R-2型旋转地震仪可同时记录旋转三分量、MEMS加速度以及倾斜角度.利用在淮南深地实验室地面和深部地下实施的两期连续观测数据,本文分析了地面和地下加速度与倾斜观测中背景噪声的差异.结果表明:相比于地面,深地环境背景噪声干扰更弱,频谱上二者差异可达10 dB,说明深地环境具有低振动噪声的优势.利用倾斜数据对MEMS加速度进行倾斜校正,校正前后的对比结果显示倾斜对加速度测量具有不可忽略的影响.地倾斜信号的时频分析结果表明,相对于地表环境,深地环境有利于进行长周期微弱地球形变信号的检测.本文还分析了固体潮信号观测的精度要求与现有仪器的不足,证明了在深地环境下进行高精度观测的必要性.

地面运动旋转分量观测综述--以中国台湾地区旋转运动观测为例

旋转地震学是一门全面研究由地震、爆破以及周围环境震动引发的地面旋转运动的新兴学科.随着观测水平的提高及旋转运动研究的深入,旋转运动研究的重要性也逐渐突显出来.目前国际上对于旋转地震学研究较多,而中国大陆地区鲜有文章提及旋转运动观测.本文从3个方面对旋转运动观测进行描述.首先基于经典弹性力学,介绍了旋转运动的基本理论,表明可以通过直接、间接的两种方法获得旋转量.其次介绍了旋转运动观测进展,表明观测技术的发展对旋转运动的观测具有重要影响.最后考虑到中国台湾是旋转运动观测研究较早并且较为深入的地区,重点介绍了中国台湾地区的观测实例.本文对旋转运动观测进展进行梳理,期望对国内开展旋转地震学观测及研究提供一定的帮助.