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《四分量钻孔应变观测的实地绝对标定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第25卷第3期地震Vol.25,No.32005年7月EARTHQUAKEJul.,20053四分量钻孔应变观测的实地绝对标定121邱泽华,石耀霖,欧阳祖熙(1.中国地震局地壳应力研究所,北京100085,2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:钻孔应变观测的实地标定问题有二层涵义:在第一个层面上,可以认为实地标定是相对室内标定而言的,是对仪器(元件)灵敏度的标定,称为相对标定;在第二个层面上,由测值换算出孔径相对变化以后,还要利用理论固体潮等依据对与钻孔周围介质的弹性有关的参数进行标定,从而给出应变变化,称为绝对标定。文中提出了四分量钻
2、孔应变观测的绝对标定的新方法,并以昌平台RZB21型钻孔应变观测为例进行实际应用,取得了相当好的结果。关键词:钻孔应变观测;四分量钻孔应变仪;标定中图分类号:P315.61文献标识码:A文章编号:100023274(2005)0320027208引言以美国的板块边缘观测(PBO)计划为标志,钻孔应变观测得到研究人员空前的重[1][2]视。中国大陆的钻孔应变观测是在钻孔应力观测的基础上发展起来的,在未来的“十[3]五”期间也将有一个很大的发展。在中国目前的实际地震预报中,人们只关心观测曲线[4]的相对变化,不关心变化量的实际大小。但是要开展深入的研
3、究,就必须说明应变变化量的实际大小。这就涉及钻孔应变观测的实地标定问题。一般地,人们希望通过解决钻孔应变观测的标定问题从观测读数获得应变变化。显然这是一个至关重要的基本问题。文献[5]～[9]都讨论过钻孔应力观测的标定问题,一方面主要是说明地上的标定与地下的情况不同,另一方面提出可以利用互相垂直方向应力之和为不变量的特点对四分量不同元件应力观测进行互检。在标定问题上,钻孔应力观测与钻孔应变观测是有重要区别的。文献[10]提出,钻孔应变观测的标定问题有二层涵义:在第一个层面上,可以认为实地标定是相对室内标定而言的。室内标定是对仪器(元件)灵敏度的标
4、定,即观测读数与实际孔径相对变化的比例系数。这种标定可称为实地相对标定;在第二个层面上,由测值换算出孔径相对变化以后,仍然不能直接给出应变变化。人们希望知道如何根据测值来求得应变变化,还要利用理论固体潮等依据对与钻孔周围介质的弹性[11～14]有关的参数进行标定,然后由相关公式求出应变变化,由此也提出实地标定问题。这3收稿日期:2004210218;修改回日期:2004212201基金项目:国家自然科学基金项目(40374011);地震科学联合基金项目(1040037)作者简介:邱泽华(19592),男,北京人,研究员,主要从事地球动力学、地震、
5、地应力2应变观测等方面的研究。28地震25卷种标定可称为实地绝对标定。在文献[10]给出的对相对标定的研究基础上,本文将以昌平台RZB21型钻孔应变观测[15]为例,讨论四分量钻孔应变观测的实地绝对标定问题。1基本公式目前,一般的钻孔分量应变仪实际直接测量给出的是孔径相对变化。根据“钻孔加衬[16],[17]模型”,当远处有均匀水平主应变ε1和ε2时,钻孔的θ方向的孔径相对变化S=A(ε1+ε2)+B(ε1-ε2)cos2(θ-<)(1)式中,S为实际观测给出的数值,<是ε1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
6、料的杨氏模量和泊松比有比较复杂的关系。对钻孔应变观测进行绝对标定,主要问题是如何确定耦合系数A和B。自1876年Kelvin开始对固体潮进行计算分析以来,理论地球固体潮模型不断完善,人类已经可以从重力、倾斜、应变、承压水井水位涨落、相对于固体地球表面的海水水位的涨落、垂线相对地球旋转轴的变化、地球自转速度的变化等多个方面观测到固体潮现象。用理论应变固体潮来对钻孔应变观测进行标定,是目前被学者们一致采用的方[12],[14]法。根据文献[14],对于面应变,这种标定给出相当好的结果,而对于剪应变,这种标定结果还不能令人满意。中国大陆的分量钻孔应变观
7、测目前使用的是四分量应变仪,它比一般的三分量应变仪有先进之处,我们可以借助其优点采用更好的方法进行实地标定。以往的三分量应变观测标定,需要综合考虑所有未知参数,包括耦合系数A和B、时间滞后、方位角校正,以及元件灵敏度等等,用统一的计算一起反演出来。用这种方法进行绝对标定,不仅计算方法复杂、计算量大,而且得到的耦合系数与多个参数相关,其可靠性受到这些参数的准确性的制约。对于四分量钻孔应变观测资料,可以分别求出耦合系数A和B,不仅反演方法简单,计算量小,准确性高,而且得到的结果有独立性,有利于将研究引向深入。[18],[19]采用球状径向不均匀弹性地
8、球模型,设θ和λ分别表示地面上一点的余纬和东经,R为地球半径,g0为地球平均重力加速度,n阶起潮力在地球表面上一点P某一时刻产生的水平方
