TJ—II钻孔应变观测资料浅析

赵桂宝+王远+孙亮亮

摘要：本文描述了嘉山地震台TJ—Ⅱ体应变仪钻孔的地质构造特点与钻孔岩芯物理特性，介绍了TJ—II体应变仪在嘉山台运行情况。通过对嘉山地震台TJ—II型体应变仪近年来观测资料的分析，针对台站观测工作中遇到的漂移、突跳、阶跃、开阀、干扰等诸多实际问题，对各种现象作了较为系统的归纳总结。正确理解这些丰富的信息，对于今后工作中准确识别震前异常有着重要意义。

关键词：钻孔体应变；数字化观测资料；干扰因素；固体潮汐；应变地震波

中图分类号： P31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

Abstract： By analyzing TJ-2 type body strain meter observation data （ from the initial installation to the normal work and recording to large strain seismic wave ） of Jiashan Seismic Station， according to observation work in the practical problems encountered （ drift， jump， seismic anomaly and interference ）， for a variety of phenomena systematically induction. Correct understanding of these rich information， for the future work to accurately identify the earthquake anomaly is of great significance.

Keywords： bore-hole body strain；digital observations；interference factor；solid tide ；strain earthpuake wave

0 引言

嘉山地震台位于安徽省东部、苏皖交界处，海拔高程95m，地理坐标为东经118°15′56″、北纬32°48′39″。台基岩性为玄武岩，处于淮阳台隆的张公岭台拱内，属下扬子地台。印支燕山期，该区受西侧郯庐断裂影响有强烈变形，新生代该区仍表现上升。区内出露地层主要为上元古界震旦系上统、新生界第三系。根据钻探资料，钻孔揭露的主要为下第三系渐新统三垛组由砂岩、泥岩、砂砾岩组成和上第三系中新统下草湾组地层。嘉山台钻孔应变自2010年正式投入观测以来，已经运行有数年时间，积累了大量丰富的观测资料。

1 钻孔情况

嘉山地震台体应变观测钻孔编号01，开口孔径：150mm；终孔孔径：130mm；孔深：64.3m（到套管顶）；水深：61.3m。钻孔底部系先钻至80m，后又用水泥砂浆封孔至65.2m，探头下到井底后，由于探头底部并非接触原有岩孔，中间隔了封孔的水泥砂浆，可能会对观测资料有一定影响。探头底部的实际埋深63.9m，水泥层顶部的实际埋深61.9m（水泥层在探头上方的的有效厚度为1m）。水泥采用自应力水泥，水泥、水、石英砂用量比例为25kg：20kg：25kg。仪器所处位置岩性为微风化玄武岩（N） ——灰黑、暗红、黑褐色，坚硬状态，湿。层状结构、块状结构，节理网状发育；具气孔构造，气孔圆形、椭圆形或不规则状，部分气孔被方解石、绿泥石、绿帘石、蛋白石、玉髓、沸石等充填，构成杏仁构造。主要为斑状结构或无斑隐晶质结构，含辉石、斜长石、橄榄石及黑色矿物等。岩层为坚硬岩，较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。

2 TJ-II钻孔应变仪工作原理和主要参数

TJ-2钻孔应变仪包括体应变观测和应变辅助观测（水位计、气压计、温度计三项观测）

1.其中体应变传感器主要技术指标如下：

基本量程：6×10-6，并能运用开阀动作将该量程无限拓展。

分辨力：<1×10-9

非线性误差：<1%

标定重复性误差：<3%

频带宽度：0-2HZ（探头输出）

自身稳定性：<1×10-7/年

记录方式：模拟，数字

工作环境：室温5-40℃ 相对温度≤85%

气压：760mmHg条件下连续工作。

电源：市电220V±20%，电瓶三只12V，交直流自动转换。

2.辅助传感器主要技术指标（表1）

3 主要干扰分析

以2010年以来相关时间段产出的体应变观测资料作为研究对象，一是通过分析各项辅助测项数据看对体应变数据产生的影响，二是看仪器自身工作状态对数据的影响。

3.1 辅助项数据与体应变数据的关系

3.1.1 地下水位影响

地下水位的变化，带来水压力的变化，在孔隙压力发生变化时，也会导致体应变观测值的变化。嘉山台安装体应变仪的钻孔比较特殊，由于探头底部并非直接接触原有岩孔，中间隔了封孔的水泥砂浆，属于二次回填水泥砂浆的情况，可能会对观测资料有一定影响，孔底本身无水，所以嘉山台体应变与地下水位变化无显著关系。

3.1.2 降雨影响

降雨对体应变的影响可分为两类：一是降雨可带来大地负荷效应，二是降雨后延迟一段时间。当雨水逐渐渗入岩体孔隙以后，孔隙压力增加，使岩体体应变产生压缩变形，即可导致体应变观测值发生变化，而我台钻孔条件对此影响具有弱化作用。所以嘉山台体应变观测值与降雨量无显著关系。

3.1.3 温度影响

由于嘉山台钻孔深达64.3m，所以地表温度的变化不会迅速导致钻孔内温度的变化，由图2温度曲线也仅仅能看出变化是春夏上升、秋冬下降的自然走势，说明嘉山台体应变观测值与温度并无显著关系。

3.1.4 大风影响

大量观测资料表明，当刮大风时会对体应变观测值造成影响，这种影响具有随机性，它不会改变固体潮的总体变化形态。最显著的特征是固体潮记录曲线出现明显的波动，这是因为风力会使地壳的负载加大，使地壳应力、应变随着风力的强弱呈现出起伏性变化。

3.1.5 气压影响

气压变化会导致地面负载的增减，造成岩体孔隙压力的变化，从而导致体应变观测值的改变。气压的影响存在着周期性变化，体应变受气压变化的影响在不同的季节表现出强弱不同，气压对体应变影响最大的时间段基本上都在春、秋季。体应变与气压相关分析的结果，说明嘉山体应变观测受气压的影响程度不大。

3.2 仪器工作状态的影响

体应变仪在观测中由于仪器格值标定、调零、开阀、停电、数采仪工作不正常及电线插头松动等原因都可造成观测值曲线出现畸变，这些影响导致的变化形态不一样。正确地认识这些图像，对于认识震前异常无疑具有重大意义。数采工作不正常可造成仪器数据缺测，电线插头松动使观测值出现不稳，这种变化时间短，幅度大，调紧插头后即马上恢复正常；标定格值，可引起大幅度阶跃变化等。

4 资料完整性、稳定性分析

资料的完整性、稳定性是衡量观测资料质量的重要指标。观测资料只有达到观测技术标准要求时，其应用价值才高，才能更好地判断出观测资料的正常动态背景，以利于识别异常。为此，有必要对观测资料进行完整性、稳定性分析。

4.1 观测资料完整性分析

统计2010年以来观测资料整点值的连续率，嘉山地震台钻孔应变连续率达到了99.8%。资料的连续率较高，达到技术标准99.5%的优秀水平。缺记的主要原因为数采工作不正常，内部数据不存储。

4.2 观测资料稳定性分析

为了真实地反映钻孔体应变观测值的稳定性和可靠性，首先对观测资料进行排除干扰处理，首先消除了气压变化对体应变观测值的影响，然后计算了嘉山台体应变固体潮理论值。结果表明：嘉山台钻孔体应变观测潮汐因子及其相对误差、潮汐相位及其均方差变化均较大，数据漂移较大。

5 地震波记录情况分析

体应变仪以其高灵敏性不仅能清晰记录到固体潮汐变化，而且能记录到震时地震波的变化。记录地震波能力的强弱，从另一个方面也能反应它记录地壳应力、应变的能力。

对2010年3月～2015年3月间震时钻孔应变仪记录的地震波情况进行了统计，结果见表2。

在这一年间我台数字地震计总共记录到的地震数为910个，其中Ms5.0级以下地震128个，无一例记录到有同震效应，在记录到的782个Ms5.0以上的各种远震中，体应变仪同步记录到映震变化的有178个，主要集中在全球7.0级以上地震全部记录到同震效应，其次以日本和台湾中强震记录的最多。

由表2可清楚地看出，我台体应变仪对发生在全球7级以上（尤其是中国台湾、日本）的强震都能清晰地记录到地震波的全过程，且波形幅度大，形态完整。对发生在全国6级以上地震记录能力也非常强。图7-9为几次明显的映震曲线图。

6 结论

通过对嘉山台体应变仪观测资料的分析可知，气象因素对体应变数据没有明显的影响，虽然嘉山台体应变数据漂移较大，但资料变化稳定，固体潮记录曲线清晰、完整，资料的完整性、稳定性都很高。对发生在全球7级、全国6级以上地震基本上都能清晰地记录到地震波，目前尚没有记录到明显的体应变前兆异常。

参考文献

[1] 李杰，邹钟毅，等.TJ-Ⅱ型钻孔体应变仪数字化观测资料分析[M].大地测量与地球动力学，2002.

[2] 张国红，王勇，等.钻孔应变资料的可靠性分析[M].大地测量与地球动力学，2010

[3] 卢双苓，李峰，等.泰安地震台钻孔应变固体潮畸变的分析探讨[M].华北地震科学，2008