江苏省形变台网包括6套TJ型体应变仪，从北向南分别位于连云港、徐州、六合、南京、南通及溧阳地震台，分钟值采样，观测精度可达10^-9-10^-10，探头深度集中在60-90 m。整点值观测数据可以清晰记录到固体潮汐 (陈启林等，2005)，分钟值可以清晰记录到地震应变波、震时产生的微小应变阶跃响应 (同震应变阶)、近震高频地震波和远震面波等 (郑江蓉等，2005)。

六合地区位于江南丘陵北部边缘，地形较为平坦。六合地震台在江苏省南京市东北方向约50 km处，位于六合区冶山镇冶山林场，地貌单元为二级阶地，相对高差不足10 m，绝对高程11 m，钻孔距滁河约400 m (杨建军等，2007)。覆盖层属于第四系沉积层，下部为1-3 m的含水砂砾层，然后是白垩系赤山组粉砂岩，厚度达数百米，该地层年龄较短，完整性较好，产状平缓，地理位置水平，属岗丘地貌 (杨建军等，2006)，海拔标高104 m，地下水水位较低。

六合地震台体应变新钻孔测点海拔高度104 m。从大地构造单元划分，属江南隆起北部边缘，中一新生代沉积盆地，覆盖层较薄，下为震旦系白云岩、灰岩与燕山期中酸性侵入岩互层，无坚硬岩石 (郑江蓉等，2011)，最下面一层为蚀变灰岩，易出现钻孔孔壁坍塌、探头石、裂隙。六合体应变钻孔深85.6 m，探头深约83 m。钻孔47.8 m以上为第四系亚粘土、粉质亚粘土，其中：44.8-47.8 m为砂砾层，系含水层，地下水深约16 m，47.8-66.4 m为紫红色粉砂岩，层状，泥质胶结，岩石完整性较好，66.4 m以下为蚀变灰岩，一般呈灰绿色或灰白色，岩心硬度较低，主要呈块状，少部分呈碎屑状 (杨建军等，2008)。

由于钻孔底部的蚀变灰岩存在岩石破裂及裂隙情况复杂，给体积式应变仪下底安装带来一定困难。为降低安装仪器的风险性，采用井下摄像系统进行探测录像，准确获悉井下情况 (马京杰等，2011)。

通过井下摄像系统测量，体应变新井套管下至81.4 m处 (下方为裸孔)，水面位于82.1 m。下方出现较为严重的钻孔破碎。井下摄像仪探测发现井下86.1 m处出现小块探头石 (探头石无固定形状，是指钻孔过程中遇到的一半在孔外一半在孔内，卡在中间形状大一点的石头)，且在井下85.9 m附近存在宽度约50 mm的裂隙，且裂隙较深。图 1为井下摄像仪拍摄的裂隙，图中黑色部分为裂隙。图 2为井下摄像仪拍摄探头石示意图。亟待解决以下问题：① 钻孔深87 m，套管下至81.4 m，套管部分无法按照仪器，裸孔很短，只有5.6 m，且完整岩石4.1 m，套管底部距孔底仅3 m，容许体积式应变仪安装的上下空间较小，受经费预算、固井难度及项目完成时间等限制，钻孔不能重打；② 完整岩石段处于裸孔段上方，其下才是破碎带，需要对破碎带进行堵封。

图 1(Fig. 1)

图 1 井下摄像仪拍摄的裂隙 Fig.1 Fissure token by borehole camera

图 2(Fig. 2)

图 2 井下摄像仪拍摄探头石与裂隙示意 Fig.2 Sketch map of sidewall stone, fssure and sensor of borehole camera

分析发现82-85 m段裸孔良好，岩石比较完整，体积式应变仪高度约1.6 m，深度足够安装。而对于破碎带下方裂隙与探头石部分，可以采用青石子 (用破碎机打碎青石，粒径为5-10 mm，建筑工程中俗称“瓜子片”，在装修基础工程中使用广泛) 与细砂混合，进行填充。填堵破碎带的目的是，抬高井底深度，井深控制在约85.5 m，有效封堵破碎带。

对钻孔井下破碎带进行堵封，需要在填堵破碎带的同时，精确控制钻孔深度，且对井底硬度有一定要求，在将井底夯实后，静置一段时间，以防止仪器下井过程中产生滑落现象。具体实施方案如下：① 采用瓜子片与细砂覆盖破碎带；② 采用深度测绳铁头夯实井底，抬高井底深度 (钻孔深度必须精确控制，在堵封过程中，除将底部夯实外，还要用测绳不断进行深度测量)；③ 采用沉砂器将水泥浇筑井底；④ 安装固定体积式应变仪。

由于钻孔内径仅130 mm，采用大石块填井有一定风险，而体应变仪器对井底固定要求较高，不能存在较大空隙而影响测量数据的可靠性 (苏恺之等，2003)。堵塞破碎带的目的是为了在其上方安装体应变仪器，安装仪器时沉落的特种水泥不能向下泄漏进入破碎带。设计3种试验方案：① 采用瓜子片与细砂封堵裂隙；② 采用速干水泥填补裂隙；③ 丝袜包裹瓜子片与少量黄豆封堵裂隙。采用以上方案，用测绳量好井深，计算填充体积，应将钻孔填充至85.7 m；通过不断填充与测量，最终将井深固定在此深度。

(1) 按照填充要求，采用较大瓜子片填堵裂隙，上覆细砂，但次日水清后发现裂隙仍然存在，填充的瓜子片流入裂隙，未起到封堵裂隙的作用，钻孔深度恢复至85.9 m。该方案未解决问题。

(2) 用绳索将塑料套管顺置井底，将调匀的速干水泥经沉砂器灌入井底裂隙，加少量水冲下套管中剩余水泥，之后用缓慢提起沉砂器，几小时后采用测绳重新测量，发现井深依然停留在85.9 m，说明速干水泥流入裂隙，未能填补裂隙。

(3) 将丝袜包裹瓜子片与少量黄豆，体积比较大，不易流入裂隙，且黄豆遇水膨胀，可以有效填堵裂隙。在包裹过程中丝袜尽量采用双层，以防止井壁磨破丝袜石子流出。丝袜包每包大概300-450 g，填入8包后，采用测绳测量，井深变为85.5 m，第2天重新测量深度，由于黄豆吸水膨胀，井深略有抬升，填入细砂，井深85.4 m。破碎带探头石与裂隙被有效封堵，静置1天后，钻孔井底未出现滑落现象，井深控制在85.4 m。图 3为井下摄像仪拍摄的丝袜包填堵井底裂隙照片。

图 3(Fig. 3)

图 3 丝袜包填堵井底裂隙 Fig.3 Package flling stockings bottom crack

体应变仪器对裸孔完整性及井底牢固性要求比较高，需要加入水泥对井壁与体应变探头耦合。体应变仪器安装前，再次用水泥对井底进行浇筑，用来固定井底与仪器。随着水泥固化，体应变仪得到固定。

选取六合地震台体应变旧井2009年及溧阳台2015年同期 (9月26日-27日) 体应变观测数据，与六合体应变新井2015年9月26日-27日观测数据进行对比，见图 4。由图 4可见，六合体应变旧井及溧阳体应变井均可清晰观测到固体潮，六合新井体应变观测曲线光滑，固体潮清晰。因此，该填补裂隙方法能够有效解决钻孔井下破碎问题，对体应变观测数据影响较小，能够清晰识别固体潮，数据精度为10^-9。

图 4(Fig. 4)

图 4 体应变井9月26日—27日观测数据对比 (a) 溧阳台；(b) 六合台 Fig.4 Comparison of the observed data of the volumetric strain in September 26 and 27

由图 4(b)可知，六合体应变新井固体潮数据清晰可见，但依然存在下降趋势，数据趋势仍不稳定，且与溧阳固体潮变化存在相关性。通过和2015年9月26日-27日溧阳体应变井体应变数据的2 880个分钟值数据与六合体应变新井体应变数据进行相关分析，求解出二者相关系数为0.817 3，属高度相关，进一步证明钻孔破碎带填堵对体应变观测干扰并不显著。

钻孔应变仪安装前，采用井下摄像系统，可以掌握井下情况；钻孔井下裸孔破碎，出现探头石与裂隙时，应具体问题具体分析，探头石问题能够通过填堵瓜子片予以解决，对于较宽裂隙，可采用丝袜包裹石子与黄豆的方法解决裂隙疏漏问题；通过体应变井观测数据对比分析，发现裂隙填堵后，观测井可清晰观测体应变固体潮，观测精度为10^-9；体积式传感器由于大面积与岩石耦合，在钻孔破碎带附近也可记录到清晰固体潮汐，但固体潮汐精度变差，说明传感器安装在破碎带附近对观测资料质量有一定影响。

井下摄像系统能够清晰观察钻孔内部情况，但摄像头在使用过程中对井下水质要求较高，钻孔水浑浊将直接影响观测结果。本文提及的钻孔破碎带填堵方法与处理方式，可对其他存在井下破裂带现象的钻孔应变仪安装提供一定借鉴。为获得高质量观测资料，应尽可能遵照观测规范要求，避开明显的裂隙带 (数米远为好)。

感谢中国地震局地壳应力研究所李海亮老师及打井队马昭威在六合体应变安装中给予的支持与帮助。