基本介紹
- 中文名：中國鑽孔應變觀測資料庫
- 外文名：Borehole strain observation data base in China
- 解析度：≤1×10-9
- 日均漂移：≤1×10-8
- 量程：≥5×10-6
如今的地震成因理論認為：地震是地應力變化導致的。因此，要研究和預報地震，就必須對地應力變化進行觀測。
1966年邢台地震後，在李四光先生的倡導下，我國首先套用壓磁元件感測技術開展了以地震預報為目的的鑽孔應力連續觀測。1968年，美國卡奈基研究所的Sacks和德克薩斯大學的Evertson研製出世界上第一台鑽孔體應變儀。三十多年來，鑽孔應變觀測迅速發展，日益完善。鑽孔應變觀測已經取代鑽孔應力觀測。在美國龐大的“板塊邊緣觀測”(PBO)計畫中，鑽孔應變觀測將與GPS一起，被大量布設在聖安德烈斯斷層附近和阿拉斯加南部地區。這標誌著利用鑽孔應變儀觀測地殼運動進入了一個新的發展階段。
我國鑽孔應變觀測儀器的探頭一般置於鑽孔中數十米深的基岩中，觀測的是地殼表層的應變變化。觀測對象包括：體應變和分量應變。
鑽孔體應變儀的觀測原理是：當盛有不可壓縮液體的可變形容器所受壓力發生變化時，向上的出口處的液面高度就會隨之變化。目前鑽孔應變觀測台網使用的體應變觀測儀器，是中國地震局地殼應力研究所研製的TJ系列體應變儀。這種儀器的觀測精度達到10 ，可以清楚地記錄到固體潮，並且有良好的穩定性，是中國地震局“九五”開始正式入網的地震前兆監測儀器。
鑽孔分量應變儀實際直接測量的是孔徑相對變化。當遠處有均勻水平主應變和時，鑽孔的方向的孔徑相對變化
式中，為一般實際觀測給出的數值，是的方位角，而A和B與套筒內徑、套筒外徑、圍岩等效楊氏模量和泊松比、套筒材料的楊氏模量和泊松比有比較複雜的關係。我國研製的分量鑽孔應變儀在四個方向上安裝了元件，這樣就有四種測值組合來確定應變，可以互相驗證，保證觀測結果的可靠性。這種觀測儀器的觀測精度達到10，可以清楚地記錄到固體潮。目前台網使用的鑽孔分量應變儀，主要有RZB和YRY兩種。RZB型分量鑽孔應變儀是中國地震局地殼應力研究所研製的。1978年列為局重點儀器研製項目。1985年12月，其原理樣機通過鑑定。YRY型分量鑽孔應變儀是河南鶴壁地震局研製的，是中國地震局“十五”開始正式入網的地震前兆監測儀器。這種儀器的一個變種是鑽孔差應變儀。
台網分布
“十五”之前，中國鑽孔應變觀測台網只有三十多個台站，使用的主要是TJ體應變儀。“十五”期間，鑽孔應變台站數量將大幅度增加。根據中國地震局地殼應力研究所鑽孔應力－應變台網管理組的最新調查結果，到“十五”計畫完成的時候，將有接近一百個台站。使用的儀器主要是TJ體應變儀和YRY分量應變儀。
台網技術系統（儀器、環境）：
中國地震局2002年頒布的《地震專用儀器設備入網許可主要技術指標(試行)》，對鑽孔應變儀的要求是：
1、測量對象：鑽孔內岩體應變狀態的變化
2、感測裝置：
解析度≤1×10-9
日均漂移≤1×10-8
量程≥5×10-6
動態範圍≥80dB
噪聲水平≤1×10-9
非線性≤1%FS
標定重複性5%
輸出±2V。
3、數據記錄裝置：
解析度：100μV
動態範圍≥9dB；
準確度±（0.02%FS+1字）（0℃～+40℃，6個月）；
採樣時間間隔≤1分鐘；
時間服務精度≤1秒/天。
4、整體具備溫度、水位與氣壓輔助觀測感測器，具備自動標定裝置。
台站應該遠離振動、負荷、抽水等各種干擾源，探頭應安裝在基岩相對完整的深度段。台站應該具備避雷、供電、通訊等設施，還應該同時具備氣壓、水位等輔助觀測。
台網觀測資料及套用情況
目前，我國鑽孔應變觀測已經完全實現數位化，一般採樣時間1分鐘。中國地震局地殼應力研究所技術管理組作為該觀測手段牽頭單位，保存了比較完整的台網正點值和分鐘值數據，包括應變觀測數據和輔助觀測數據。
地殼中的應力（應變）變化與多種因素有關，這些因素主要包括地殼的構造運動、地球的固體潮作用、氣壓變化，以及自然的地下水位變化等。鑽孔應力－應變觀測記錄到所有這些因素造成的變化，其科學用途十分廣泛，包括：
觀測連續變化：研究短臨地震前兆、斷層活動、固體潮等問題；
觀測同震變化：研究震源過程、應力觸發、地球自由振盪等問題；
觀測震後變化：研究後續地震、慢地震等問題。
我國的鑽孔應力－應變觀測的主要目的是預報地震。三十多年來，在地震預報上，用鑽孔應力－應變方法預報地震積累了豐富的資料和經驗，有很多成功的例子，已經成為有效進行地震預報的手段之一。例如，唐山地震雖然沒有成功地預報出來，但是大量資料說明地應力觀測對該地震實際上是有明顯反映的。近的如趙各莊台、陡河台，遠的如錦州台、大連台、長清台等，震前的異常變化一目了然。特別是在研究唐山地震斷層上的趙各莊台和陡河台的地應力觀測曲線時，發現唐山地震前它們有非常相似的變化，為正確認識唐山地震的孕育過程提供了重要的資料，有關文章發表在國際學術刊物上，產生了一定的影響。又例如 ，1984年新疆地震局建立鑽孔應變觀測網以來，新疆及其附近地區共發生中強以上地震27組。其中有異常的有22組，占81%；填預報卡片並預報正確的10組，占37%。這10組有預報的地震的震中到台站的距離都在250km以內。新疆地震局以這樣的成績，連續7年獲中國地震局年度預報評比前三名，並獲1993～1997年中國地震局防震減災優秀成果二等獎。
近年來，利用鑽孔應變觀測在一些重要的基礎理論研究方面也取得了顯著的進展。在研究昌平綜合地應力（應變）觀測台的同震應變變化時，發現一些地區的地震造成了遠大於理論值的階躍變化，深入的分析表明，這些地震可能觸發了台站附近的斷層錯動，在此基礎上提出了同震應力觸發的概念。在研究2004年印尼蘇門答臘海嘯地震中，發現鑽孔應變觀測清楚地記錄到地球自由振盪，並進一步發現，體應變適合記錄球形振盪，差應變適合記錄環型振盪。因為與地震儀觀測的是質點的運動不同，應變儀觀測的是應變，所以這實際上是為研究地球自由振盪提供了新的觀測資料。 鑽孔應變觀測有諸多優點：受地表影響小，受地形限制少，精度高，頻頻寬，造價低，安裝方便，維護簡單，無需參考點等。但是這種觀測也有不容忽視的缺點，其中特別重要的是雷擊問題，一直沒有得到徹底解決。另外，由於一些台站的地質條件不符合要求，安裝質量不高，探頭與周圍岩石耦合不好，導致了觀測數據變化不穩定的問題。
