RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统的垂向应变 - 震灾防御技术.PDF

第9 卷 第1 期 震灾防御技术 Vol. 9 ，No. 1 2014 年3 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Mar. ，2014 陈征，欧阳祖熙，李宏，李涛，吴立恒，范国胜，张钧，2014 ．RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统的垂向应变测量单元. 震 灾防御技术，9 （1）：126—132. RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统的 垂向应变测量单元 1 陈 征 欧阳祖熙 李 宏 李 涛 吴立恒 范国胜 张 钧 （中国地震局地壳应力研究所，北京 100085 ） 摘要 目前钻孔应变观测一般为水平应变，使用无限岩石平板中的钻孔应力集中模型，可反演出水平 应力场分布及变化。如果在此基础上加上垂向应力测量，就可反演出三维应力场分布。本文介绍的RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统的垂向应变测量单元，外钢筒为波纹管结构，并通过螺旋刻丝、热 处理等技术，其垂向等效弹性模量比耦合水泥低一个数量级，同时垂向应变钢筒的水平向等效弹性模 量高于垂向弹性模量一个数量级。垂向应变探头的力学结构可以被形象地看成是一个螺旋柱形弹簧， 其轴向极易产生弹性形变，而水平向的硬度却得到了极大的加强，因此可在竖井中较为准确地测量轴 向应变。 关键词：垂向应变 钻孔应变 三维应力 深井宽频带地形变综合观测 引言 地壳在构造应力场作用下将发生差异运动与受力变形，同时积累能量，最终导致局部地 壳的破坏，即发生地震。地壳形变场，在地震震前、震中、震后有着不同的形式，通过对地 壳形变的测量，有利于更好地认识和分析地壳运动规律和地震孕育过程，对于建立地壳动力 学数值模型、研究地震机理和捕捉震前的构造应变信息有重要的科学意义，也是研究地壳应 力和构造应力场的重要手段（李涛等，2011 ；唐磊等，2011 ）。 自上世纪70 年代，我国就进行了钻孔应变观测研究，至今已经积累了大量的钻孔应变 台站数据和实际观测经验，但由于技术所限，只局限于水平应变的测量，无法进行三维应力 反演。而在国际上，日本学者近年来尝试了在水平应变测量的基础上增加垂向应变测量，以 实现三维应变观测。但是由于其采用的是磁位移传感器，因此动态范围不大，灵敏度较低， 并存在较大磁漂。 RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统（图1）集成了水平应变、倾斜、应变地震波等 1 基金项目 “十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAK19B03 ）和中央级公益性科研院所基本科研业务专项基金资助项目 （ZDJ2011-03 ，ZDJ2013-06 ，ZDJ2013-07 ）及地震行业专项（201408006 ）联合资助 ［收稿日期］ 2013-09-29 ［作者简介］ 陈征，男，生于1979 年。硕士，副研究员。主要从事钻孔形变观测技术研究。E-mail: duduchen1979@ 1 期 陈征等：RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统的垂向应变测量单元 127 测项，并在国内首次提出了垂向应变测量单元的设计。该系统各测项均使用电容传感器作为 −3 −10 传感元件，因此克服了磁传感器的缺点，实现了大动态范围（2 ×10 ）和高灵敏度测量（10 ）， −7 应变量级。 且年漂移量优于10 图1 RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统示意图 Fig. 1 RZB deep wideband deformation integrated observing system 1 RZB 型深井宽频带地形变综合观测系统的三维应变测量探头结构 RZB 型深井宽频带地形变综合观