钻孔应变仪观测数据的力学分析处理

摘要

分量式钻孔应变仪通过长期的应变观测,记录相对地应力场变化信息.通过相对地应力场的记录与监测,多个频段的地应变信息不仅可以为地震记录的应变信息参考,并且可以在甚长周期测震和GPS观测频段范围之间提供可靠数据,对地震预报有着重要意义.上世纪70年代石耀霖提出的四分量钻孔应变仪原理,通过记录四个依次间隔45°方向上的地应变测值,可以得到平面地应力的最小二乘解,并可以对观测数据进行自检.地应力观测应该成为地震物理预报的基础，而不是仅仅作为从曲线经验预报地震的一种手段。通常应变仪记录的地震反映了1e2~1e5Pa的应力变化；固体潮会产生1e2~1e3Pa的应力；应变仪观测数据长年变化反映了1e5Pa左右的应力变化；由于我国有部分台站钻孔应变仪部分埋深较浅（约40m），因此年周期变化1e4Pa的应力会在应变数据中观测到。用应力椭圆作为表示地应力观测的结果，可以很好地对一段时间内，钻孔应变仪观测到的地应力随角度变化，但是曲线不能直观给出对应角度的应力，需要引入截面方向指示曲线表示，并且，曲线上任一点的值与主应力之间的关系并不直观。因此，引入截面应力曲线，可以更加直观地了解一段时间内，曲线在截面法向角度上的拉压应力和大小，而由四分量钻孔应变仪的本身特性，可以提供应力计算的误差。笔者对格尔木台2006.10-2013.12和姑咱台2006.11-2013.11四分量应变观测数据进行分析，最小二乘法计算的主应力和方向用截面应力曲线方式画图，得到月主应力截面应力曲线；通过分析，格尔木台月应力变化以压应力为主，量级kPa，最大可达5kPa左右，2008年2-6月，北北东向张应力增大，月张应力变化最大在4月达到2346.7kPa；2011年8-10月，北西西向张应力增大，达到约kPa，月张应力变化最大在10月达到1037.9Pa；姑咱台月应力变化最大可达1.3e4Pa，月应力的截面应力曲线呈现较明显的年周期变化，每年3-6月，主压应力角度会发生超过60°的变化，而每年的10-12月左右，会出现连续两个月的月应力变化由3kPa左右的主张应力，变化为3kPa左右的主压应力，而最大主应力的方向没有明显变化。