中国钻孔应变观测数据库

如今的地震成因理论认为：地震是地应力变化导致的。因此，要研究和预报地震，就必须对地应力变化进行观测。

1966年邢台地震后，在李四光先生的倡导下，我国首先应用压磁元件传感技术开展了以地震预报为目的的钻孔应力连续观测。1968年，美国卡奈基研究所的Sacks和德克萨斯大学的Evertson研制出世界上第一台钻孔体应变仪。三十多年来，钻孔应变观测迅速发展，日益完善。钻孔应变观测已经取代钻孔应力观测。在美国庞大的“板块边缘观测”(PBO)计划中，钻孔应变观测将与GPS一起，被大量布设在圣安德烈斯断层附近和阿拉斯加南部地区。这标志着利用钻孔应变仪观测地壳运动进入了一个新的发展阶段。

我国钻孔应变观测仪器的探头一般置于钻孔中数十米深的基岩中，观测的是地壳表层的应变变化。观测对象包括：体应变和分量应变。

钻孔体应变仪的观测原理是：当盛有不可压缩液体的可变形容器所受压力发生变化时，向上的出口处的液面高度就会随之变化。目前钻孔应变观测台网使用的体应变观测仪器，是中国地震局地壳应力研究所研制的TJ系列体应变仪。这种仪器的观测精度达到10 ，可以清楚地记录到固体潮，并且有良好的稳定性，是中国地震局“九五”开始正式入网的地震前兆监测仪器。

钻孔分量应变仪实际直接测量的是孔径相对变化。当远处有均匀水平主应变和时，钻孔的方向的孔径相对变化

式中，为一般实际观测给出的数值，是的方位角，而A和B与套筒内径、套筒外径、围岩等效杨氏模量和泊松比、套筒材料的杨氏模量和泊松比有比较复杂的关系。我国研制的分量钻孔应变仪在四个方向上安装了元件，这样就有四种测值组合来确定应变，可以互相验证，保证观测结果的可靠性。这种观测仪器的观测精度达到10，可以清楚地记录到固体潮。目前台网使用的钻孔分量应变仪，主要有RZB和YRY两种。RZB型分量钻孔应变仪是中国地震局地壳应力研究所研制的。1978年列为局重点仪器研制项目。1985年12月，其原理样机通过鉴定。YRY型分量钻孔应变仪是河南鹤壁地震局研制的，是中国地震局“十五”开始正式入网的地震前兆监测仪器。这种仪器的一个变种是钻孔差应变仪。

台网分布

“十五”之前，中国钻孔应变观测台网只有三十多个台站，使用的主要是TJ体应变仪。“十五”期间，钻孔应变台站数量将大幅度增加。根据中国地震局地壳应力研究所钻孔应力－应变台网管理组的最新调查结果，到“十五”计划完成的时候，将有接近一百个台站。使用的仪器主要是TJ体应变仪和YRY分量应变仪。

台网技术系统（仪器、环境）：

中国地震局2002年颁布的《地震专用仪器设备入网许可主要技术指标(试行)》，对钻孔应变仪的要求是：

1、测量对象：钻孔内岩体应变状态的变化

2、传感装置：

分辨率≤1×10-9

日均漂移≤1×10-8

量程≥5×10-6

动态范围≥80dB

噪声水平≤1×10-9

非线性≤1%FS

标定重复性5%

输出2V。

3、数据记录装置：

分辨率：100μV

动态范围≥9dB；

准确度（0.02%FS+1字）（0℃～+40℃，6个月）；

采样时间间隔≤1分钟；

时间服务精度≤1秒/天。

4、整体具备温度、水位与气压辅助观测传感器，具备自动标定装置。

台站应该远离振动、负荷、抽水等各种干扰源，探头应安装在基岩相对完整的深度段。台站应该具备避雷、供电、通讯等设施，还应该同时具备气压、水位等辅助观测。

台网观测资料及应用情况

目前，我国钻孔应变观测已经完全实现数字化，一般采样时间1分钟。中国地震局地壳应力研究所技术管理组作为该观测手段牵头单位，保存了比较完整的台网正点值和分钟值数据，包括应变观测数据和辅助观测数据。

地壳中的应力（应变）变化与多种因素有关，这些因素主要包括地壳的构造运动、地球的固体潮作用、气压变化，以及自然的地下水位变化等。钻孔应力－应变观测记录到所有这些因素造成的变化，其科学用途十分广泛，包括：

观测连续变化：研究短临地震前兆、断层活动、固体潮等问题；

观测同震变化：研究震源过程、应力触发、地球自由振荡等问题；

观测震后变化：研究后续地震、慢地震等问题。

我国的钻孔应力－应变观测的主要目的是预报地震。三十多年来，在地震预报上，用钻孔应力－应变方法预报地震积累了丰富的资料和经验，有很多成功的例子，已经成为有效进行地震预报的手段之一。例如，唐山地震虽然没有成功地预报出来，但是大量资料说明地应力观测对该地震实际上是有明显反映的。近的如赵各庄台、陡河台，远的如锦州台、大连台、长清台等，震前的异常变化一目了然。特别是在研究唐山地震断层上的赵各庄台和陡河台的地应力观测曲线时，发现唐山地震前它们有非常相似的变化，为正确认识唐山地震的孕育过程提供了重要的资料，有关文章发表在国际学术刊物上，产生了一定的影响。又例如 ，1984年新疆地震局建立钻孔应变观测网以来，新疆及其附近地区共发生中强以上地震27组。其中有异常的有22组，占81%；填预报卡片并预报正确的10组，占37%。这10组有预报的地震的震中到台站的距离都在250km以内。新疆地震局以这样的成绩，连续7年获中国地震局年度预报评比前三名，并获1993～1997年中国地震局防震减灾优秀成果二等奖。

近年来，利用钻孔应变观测在一些重要的基础理论研究方面也取得了显著的进展。在研究昌平综合地应力（应变）观测台的同震应变变化时，发现一些地区的地震造成了远大于理论值的阶跃变化，深入的分析表明，这些地震可能触发了台站附近的断层错动，在此基础上提出了同震应力触发的概念。在研究2004年印尼苏门答腊海啸地震中，发现钻孔应变观测清楚地记录到地球自由振荡，并进一步发现，体应变适合记录球形振荡，差应变适合记录环型振荡。因为与地震仪观测的是质点的运动不同，应变仪观测的是应变，所以这实际上是为研究地球自由振荡提供了新的观测资料。 钻孔应变观测有诸多优点：受地表影响小，受地形限制少，精度高，频带宽，造价低，安装方便，维护简单，无需参考点等。但是这种观测也有不容忽视的缺点，其中特别重要的是雷击问题，一直没有得到彻底解决。另外，由于一些台站的地质条件不符合要求，安装质量不高，探头与周围岩石耦合不好，导致了观测数据变化不稳定的问题。