2018, Vol. 39
钻孔体应变观测是地震前兆监测的一个重要手段，为地震预测和地震科学研究提供了重要的观测数据。苏恺之（2003）对我国钻孔应变观测回顾与展望后认为，钻孔应变可有效降低气象的和人为的地面干扰，特别是深钻孔能极大削弱因地表裂隙带来的观测不稳定性，因此观测数据受干扰较小。邱泽华（2010）通过对中国分量钻孔地应力—应变观测发展重要事件回顾，认为我国钻孔体应变观测在钻孔应力观测基础上发展而来。李海亮（2017）认为体应变仪器能够很好地记录同震地震波及其振动信号，可以利用同震记录进行相关研究。2007年1月江苏省溧阳地震台新台开工建设，2009年12月12日安装体应变仪并投入运行。至今产出大量高质量体应变观测数据，在江苏全省甚至全国的资料质量评比中名列前茅。本文对溧阳地震台体应变观测资料变化形态、观测质量和观测精度、潮汐因子中误差、地震波记录能力等参数进行分析，发现体应变能记录到全球不同地区、不同震级的同震波，波形清晰，且具有不同的同震波形特征，可为分析预报人员进行地震研究提供依据。
1 溧阳地震台体应变测项概况溧阳地震台（下文简称溧阳台）属国家基本台，位于苏南地区溧阳市南郊15 km处，恰在1974年4月22日5.5级和1979年7月9日6.0级地震震中偏东南约23 km处，台基岩性为安山玄武岩，海拔高度23.1 m（毛华锋等，2005）。溧阳台在地质构造上处于新华夏系NNE向茅山大断裂与NWW向活动断裂交汇部位，地形为半山坡。溧阳新台于2009年12月12日安装TJ-Ⅱ型高精度体积式体应变仪并投入运行，并进行水位、室温和气压等辅助测项同步观测。观测室与存放体应变探头的井相距10 m，井深61.0 m，井孔开孔直径150 mm，套管直径146 mm，终孔直径130 mm，体应变传感探头安装于井下57.9 m处，探头外径114 mm，总长1 500 mm，仪器灵敏度系数2 891.56×10-9/V，压缩为正，格值为0.213×10-9/mV，灵敏度优于1×10-9，能记录到清晰固体潮和远大震地震波。本文选取2011年1月1日至2015年12月31日体应变观测整点值和分钟值数据进行分析，发现数据连续可靠，固体潮清晰（图 1）。
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图 1 溧阳台体应变整点值曲线 Fig.1 Hourly curve of body strain at Liyang Seismic Station |
钻孔体应变观测受到来自各种干扰因素的影响，对观测数据连续率和稳定性产生较大影响，如：停电、仪器故障、标定、雷击、人为干扰、更换仪器、时钟错误、软件故障、工作参数错误等，特别是因软件问题造成仪器死机现象较多，此时需要关机重启，容易造成整天的数据丢失（宋茉等，2010；李艳等，2011；马京杰等，2013）。溧阳台观测仪器均采用UPS供电，UPS发生故障时即会造成缺数，几年来因仪器故障导致数据连续率降低。溧阳台2011年1月至2015年12月体应变数据完整率见表 1。从表 1可见：溧阳台体应变仪观测资料连续率比较高，达到99.8%以上，仅在每年雨季个别月份出现少量数据缺数。
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表 1 溧阳台体应变完整率 Tab.1 Body strain integrity rate at Liyang Seismic Station |
体应变观测仪器稳定性直接关系到观测资料质量（明成山等，2005）。统计发现，溧阳台体应变观测项比较稳定，观测数据日变形态（图 2）和年变形态正常、固体潮清晰，长期观测数据存在缓慢压性上升的漂移过程，应与仪器稳定性及观测场地的地质构造有一定关系（图 1，图 2）。
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图 2 溧阳台体应变分钟值日变形态 Fig.2 Diurnal variation of body strain minute value at Liyang Seismic Station |
钻孔体应变观测数据的潮汐因子精度与台站所处位置的地质构造和周边环境有较的关系，孔位所在处基岩越完整、干扰越少，观测数据精度越高。体应变观测资料内在质量优劣的重要指标是M2波潮汐因子和相对中误差，1类应变台站相对中误差指标小于0.05。溧阳台2011—2015年体应变观测记录潮汐因子和相对中误差见表 2。从表 2可见：2011—2015年潮汐因子大多在1.6上下，相对中误差多小于0.01，只有2011年3月数值较大，达到0.17，主要由2011年3月日本9.0级系列地震造成。2011—2015年溧阳台体应变日均值固体潮夕变化见图 3，可见固体潮比较正常。
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表 2 溧阳台潮汐因子和相对中误差变化统计 Tab.2 Variation statistics of tidal factor and mean square error at Liyang Seismic Station |
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图 3 体应变日均值固体潮夕变化 Fig.3 Solid tide variation of diurnal mean value of body strain |
2011年1月至2015年12月，溧阳台体应变仪记录到M 4.0以上地震应变波434次。由于地震发生的距离不同，统计发现，国内1 000 km以内M 5.0以上地震、400 km以内M 4.8和M 4.9地震均能记录到同震波，M 6.0以上地震则大部分能记录到应变波，全球M 7.0以上地震均能记录到应变波，所选时段内最大地震为日本2011年3月11日M 9.0地震。以几次典型地震为例分析同震应变记录，图 4给出尼泊尔M 8.1地震、日本M 9.0地震、所罗门M 7.8和M 7.5地震及中国台湾M 5.3地震同震波形，分析体应变分钟值变化。由图 4可见：震级大的地震应变波持续时间较长，最长达几百分钟，最短只有几分钟；应变波幅度一般与震级大小和震中距远近有关，即震级越大应变波的幅度就越大，相同震级的地震，震中距越小，应变波幅度越大。同震应变波的初动方向对每次地震不一定相同，有的地震向上，有的地震向下。
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图 4 溧阳台体应变记录的典型地震同震波形 (a)尼泊尔M 8.1地震；(b)日本M 9.0地震；(c)所罗门M 7.8和M 7.5地震；(d)中国台湾M 5.3地震 Fig.4 Typical coseismic waveforms of body strain recorded at Liyang Seismic Station |
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表 3 溧阳台体应变仪同震波统计 Tab.3 Statistics of coseismic wave with body strain meter at Liyang Seismic Station |
地震台站观测资料质量优劣受多方面因素影响，可据以下措施提高质量，具体有：①需堪选理想的观测场地，因为体应变观测数据可反映地下断层构造活动情况，台站距断层较近，岩石破碎不适合安装应变仪器；②勘选地址时不能只考虑运行维护的便利，为观测仪器的长远发展，需选择干扰小的台址；③加强观测人员责任心，精心维护观测仪器，仔细分析观测数据，加强保护观测环境。
由于溧阳台体应变仪安装时间短，周边地区无中强地震发生，尚未接收有效异常信息反应，但仪器灵敏度较高，观测曲线固体潮清晰。
能记录到全球不同地区发生的不同震级的地震同震波，波形清晰，且具有不同的同震波形特征。
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