0 引言

水平面的应变观测理论上有3个未知数，要用3个独立的测量量来求解。中国地震局地壳应力研究所20世纪60年代从国外引入压磁式钻孔应力仪，原为3个分量式设计(Hast，1958)。四分量式钻孔应力应变仪1977年由笔者在全国地应力专业会议上首次提出^①(苏恺之，2003)，并在会议期间展示了四分量压磁式钻孔应力仪(张培耀1974年制出，见地壳应力所档案室，编号841.14)。40多年来，中国大陆已安装入网100余台四分量钻孔应变仪，系统性综述也已问世(邱泽华，2017)。国外(Gladwin，1984；石井紘等，2017)也吸纳四分量应变仪能做数据自检的理念，改成自己的四分量结构，但尚未接纳中国合理的四元件均布样式，而中国四分量应变研究近几年又有了重要的新震例。

^①《地应力相对观测方法》原为芜湖会议发言稿，初收录于国家地震局地震地质大队情报室印《地震地质参考资料》1977年第2期，后发表于《钻孔地应变观测新进展》

应变观测处在这一发展节点，有必要对核心问题做再思考或再梳理，澄清一些潜在的模糊观念。例如以为：某个方向的元件只反映该方向的应变信息；元件的读数变化量就是该方向岩石的线应变；求解3个未知数就只需用3个元件的测值和3个方程式做计算；计算岩石应变状态只需要元件的位移灵敏度，等等，均影响到资料的恰当理解和更好运用。本文着重强调以下2个认识。

(1) 现今的钻孔应变仪，均在井下使用钢筒和水泥的工作方式，不是“空孔法”而是“实孔法”(苏恺之，1985)。从元件的基本力学公式出发，可得知：应变仪内钢筒的径向位移值直接给出的解答，就是岩石的最大主应变方位角及面应变和切应变。只有当四分量均匀分布时，求解式较为简明，而且2个应变量(面应变、切应变)的计算分别只需一个灵敏系数，计算结果的系统误差来源比较明了。此后，如需要可以做相加减的计算，得出最大、最小主应变，此二者为“推算的再生结果”，同时涉及2个灵敏系数。

因此，采用钻孔应变相对观测数据开展多种分析应用时，如：各种异常现象的分析描述、各种干扰系数计算、用应变固体潮记录来评价资料优劣的具体途径、同震应变阶跃资料的审视方法等，过去和现今多把各个元件做为第一对象来绘图及分析研讨，而恰当途径是将面应变和剪应变作为对象，也不宜把最大和最小主应变作为首要、“最直接”甚而唯一的评论对象。这将给我们的资料分析带来新的体会。

(2) 四分量应变仪的突出优点，是可以得到2个面应变测值，由此可通过自检式，俗称“1加3等于2加4”式(苏恺之，2003)，得知数据的可靠性。诚然，也可以对2个面应变做相关系数计算，即自检验(本文称之为“自检因子”)计算，且可实时地连续进行。本文给出2个震例应变资料的初步分析结果，似暗示我们：自检因子曲线也会出现并非来自仪器故障的暂时性变动，可能包含新的信息——邻近地区将有中强地震的“旁证”，从而引发新课题。此类新思维将给钻孔应变观测带来新面貌。

1 应变仪结构

四分量钻孔应变仪结构示意见图 1，其中(a)图为各个元件的理想安装方位，(b)图为SKZ-1型钻孔应变仪的核心——特制钢筒，由不锈钢棒经精密线切割制成，内有8个精确定位的细肋条，4个尺寸一致的元件镶嵌在2个相对肋条上，以保障相互夹角的准确。每个元件里主要有一经严格挑选配组、参数一致的电容式位移传感器。

2 基本公式解析 2.1 钢筒内径变化测量工作式

镶嵌在钢筒肋条之间的元件直接感受钢筒内径的变化，有式

$ U = 2u \times a \times k $

(1)

式中：U为地面仪器终端读数的变化量，单位可以是mV或数字；u为钢筒内壁径向位移，单位为μm；a为传感元件自身的位移灵敏系数，单位为mV/μm；k为电子线路有效放大倍数。现在厂家已开始把U值归一化为应变单位，即位移量与钢筒内直径之比。

可注意到，对传感单元而言，仅有一个位移灵敏系数。但对实孔法应变仪，是从钢筒内径的径向位移来感知岩石应变的变化，此时需要2个灵敏系数(苏恺之等，1984；苏恺之，1985)。需从钢筒在岩孔里的力学关系来分析。

早在第一次世界大战期间，出于对枪炮腔体强度的研究，弹性力学就已给出带有夹层(衬垫)的钻孔内外各个点位的变形表达式(萨文，1958)，中国在20世纪70年代末开始引用(不是推导)。钻孔内各个层位的应力、应变、位移等均有同形式的关系式，只是系数表达式不同。当元件之间夹角均匀分布时，变化量U为

$ {U_1} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\left(\psi \right) $

(2)

$ {U_2} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\left({\psi + 45^\circ } \right) $

(3)

$ {U_3} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\left({\psi + 90^\circ } \right) $

(4)

$ {U_4} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\left({\psi + 135^\circ } \right) $

(5)

式中，U为元件测量值依时间的变化量(或称增量)，Ψ为最大主应变方位角(从正北向起算，逆时针为正，系三角几何定义)，ε_Ⅰ、ε_Ⅱ为岩石的最大、最小主应变。

从上述基本式可得知，求解计算有3个层位(3个次序)的答案(未知数)，第1层位是：A(ε_Ⅰ+ ε_Ⅱ)、B(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)及主应变方位角Ψ。注意到，系数A总是和面应变(ε_Ⅰ+ ε_Ⅱ)紧贴着，系数B总是和切应变(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)紧贴着，所以苏恺之等(1984)把系数A称为面应变灵敏系数，B称为切应变灵敏系数。可用理论或实验方法得到A、B的具体数值，进而得到(分离出)面应变(ε_Ⅰ+ ε_Ⅱ)和切应变(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)值，此为第2层位的结果。注意到，面应变数值的系统误差仅依赖于A值的系统误差，切应变的系统误差仅依赖于B值的系统误差，这2个独立计算间互不干扰，本文即看重此应变表示法。而第3层位的计算结果才是最大与最小主应变，即把(ε_Ⅰ+ ε_Ⅱ)和(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)的数值相加再除以2，或相减再除以2。但需注意，无论是ε_Ⅰ还是ε_Ⅱ，计算结果误差不仅与A、B误差有关，而且与ε_Ⅰ、ε_Ⅱ大小比值有关(苏恺之等，1984)。所以在使用ε_Ⅰ或ε_Ⅱ的数值时务需留意。

现有厂家正尽力把4个元件的参数调节一致，于是本文公式中不考虑4个元件的性能差异，即灵敏系数A、B与元件序号无关(阚宝祥等，2007)。实际上，如果元件性能不一，尤其是元件间B/A比值不一时，会给用户在做各种标定调节时带来难以处理的困难。

经三角函数变换，元件的工作表达式已很简洁^①。

$ {U_1} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\psi $

(6)

$ {U_2} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) - B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\sin 2\psi $

(7)

$ {U_3} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) - B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\psi $

(8)

$ {U_4} = A\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + B\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\sin 2\psi $

(9)

2.2 未知量求解式

式(6)—(9)即为简洁求解式，由此可体悟到四分量应变处理的核心特点是：元件分成单号组和双号组，组内数据相加得到面应变，组内数据相减得到切应变和主方位角，即求解式的核心是加减式而已。对面应变有

$ {\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)_1} = \left({{U_1} + {U_3}} \right)/2A $

(10)

$ {\left({{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)_2} = \left({{U_2} + {U_4}} \right)/2A $

(11)

由此可知，取得面应变只需面应变灵敏系数A，A的系统误差直接且唯一决定了面应变的系统误差。式(10)、式(11)给出的2个面应变应相等，由此得到重要关系式“四分量入门第一式”(苏恺之，2003)^②，即

$ {U_1} + {U_3} = {U_2} + {U_4} $

(12)

^②只有在元件均匀分布时，检验式才如此简单。Gladwin (1984)从20世纪末开始将其三分量改成四分量，他只是在原三分量格局下，插入第4个元件，和原1号元件垂直。这种情况下的数据自检式较复杂，4个元件的权重不均匀。计算切应变和方位角的公式也复杂了，不够实用。

式(12)在多个场合有重要应用，如仪器质量评价、资料定期巡查、元件位移灵敏度微调(校准)等。为评价2个数据系列是否变化形态一致，目前普及做法是相关系数的计算(邱泽华，2017)。相关系数曲线多是有小量起伏、近于1的直线，偶有稍大跳动(犹如噪声规律)，均属正常。但要说明，相关系数非唯一论证途径或完美方法，例如，当(U₁ + U₃)与(U₂ + U₄)2条曲线有程度不等的缓慢漂移而岔开时，相关系数反应较迟钝(如下文的图 3、图 4)，必要时可用残差曲线来做相关系数曲线的补充。

切应变的计算只需切应变灵敏系数B，即

$ {\varepsilon _{\rm{I}}} - {\varepsilon _{{\rm{II}}}} = \frac{{\sqrt {{{\left({{U_1} - {U_3}} \right)}^2} - {{\left({{U_2} - {U_4}} \right)}^2}} }}{{2B}} $

(13)

式(13)的本质是勾股弦定律。(U₁ - U₃)和(U₂ - U₄)相当于勾和股，最大切应变值则是弦长的1/2(当B = 1时)。

目前有多人乐于使用“2个差应变”曲线，即(U₁ - U₃)和(U₂ - U₄)曲线，而不用最大切应变(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)作图分析，此不失为一个实用方法，目视2条曲线形态也能知晓切应变大小与方位角有无变化，但建议正式发表论文中使用最大切应变和主方位角。

在最大主应变的方位角计算里，不需要切应变灵敏系数B^③(目前相关应用偏少)，则

$ \psi = \frac{1}{2}{\rm{arctg}}\left({\frac{{{U_4} - {U_2}}}{{{U_1} - {U_3}}}} \right) $

(14)

2.3 计算式引发的讨论

由式(6)—式(9)出发，可引发以下讨论。

2.3.1 接纳2个灵敏系数的观念，是认识上的进步

在台站要对仪器做标定，即钢筒内直径的变化与仪器输出之间的关系做格值测定，于是有人潜意识认为，2倍的径向位移值相应的应变值就是岩石的线应变，进而认为“地应变观测只需这个位移灵敏系数”就够了。只需一个灵敏系数的观念，来自20世纪70—80年代使用的四分量压磁法应力仪，该应变仪属空孔法仪器，在平面应变状态下，A =1.75，B =1.4，即B/A = 0.80是恒定值，的确只有1个灵敏系数。

现今高灵敏度钻孔应变仪均采用实孔法，由钢筒内径变化量直接得到A(ε_Ⅰ+ ε_Ⅱ)和B(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)。A、B的估计值误差直接影响到面应变、切应变的误差。Gladwin (1984)、张凌空等(2013)给出式(2)—式(5)中A和B的理论数值曲线；张凌空等(2013)还将中国几种型号应变仪参数等代入理论式，得到以下结果：A = 0.56—1.687，平均值为1.121；B = 1.120—1.889，平均值为1.505。A和B的平均值偏移了空孔条件下(设泊松比为0.3)的A、B值(A =1.75，B =1.4)近几成或一成，比值A/B也与平均值0.8有几成的差异。多年来，我们的一些文章在处理观测数据时，因没有明确的A、B数据，只得拿B/A等于1.0、1.5或2来应对，如不加说明会有遗留问题。

鉴于此，有人建议厂家与有关专家携手调查地震台站的岩石类别、力学参数，提供半定量的A、B估计值。投入观测的台站可以通过潮汐因子的计算得到大环境里的A、B宏观数值(包含地形起伏影响和大范围岩石力学参数作用)。总之，我们将逐渐接纳和使用A、B灵敏系数，以使观测数据的处理更趋合理。

2.3.2 用应变潮汐观测评价数据质量的方法尚有可增色之处

式(1)—式(4)给出钢筒内直径依岩石应变状态变化的规律，即U₁ = A(ε_Ⅰ+ ε_Ⅱ) + B(ε_Ⅰ- ε_Ⅱ)cos2Ψ，如邱泽华等(2009)注意到的，已与完整岩石里线应变的规律不同，即

$ U = 1/2\left( {{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} + {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right) + 1/2\left( {{\varepsilon _{\rm{Ⅰ}}} - {\varepsilon _{{\rm{Ⅱ}}}}} \right)\cos 2\psi $

(15)

这就涉及如何使用潮汐因子中误差来评定观测资料的做法。利用应变固体潮汐理论曲线和实测曲线做对比是个好途径，但目前使用的软件却以式(15)计算的M₂波幅度作分母，以元件的输出值作分子，得到潮汐因子值，进而对每个元件2条曲线的不重合度给出中误差，再把4个中误差做均值，该计算的本质是反映面应变的观测误差，但不如直接计算面应变的中误差，而且缺乏对切应变观测误差的计算和评价，显得不均衡。

近期，《地震地倾斜与地应变观测台网运行规范》即将实施。一个应急的、却也极恰当、更具合理的处置方法就是，在计算潮汐因子和中误差时，潮汐应变幅度的理论数值不再使用线应变，也不再按元件做评论，而是评判面应变和剪应变，如此可最大限度地抑制系统误差，消除资料分析中遇到的一些“莫名”困扰，如几个元件之间潮汐因子差别较大，且每个月都在变动。

2.3.3 求解3个未知量的最佳途径

在以往固有观念作用下，习惯用3个已知数和3个方程式来求解3个未知数。从1974年制作出四分量压磁应力仪开始就延续着三分量时代的传统：先从4个元件的读数里每次选出3组，按麻烦的解析式“直接”算出最大、最小主应变值(如，刘序俨等，2014)，共得4组解；比较4组未知数解的差异，差异很小则承认结果可靠。这样的固有观念和做法在四分量压磁应力计资料分析中延续到21世纪初。作者曾多次拿着推导解析式向张培耀等证明：只要自检式(12)成立，那么4组计算结果必定一致，无需计算4次并做结果比较。本文强调了均匀利用4组元件读数，可以快捷计算最终结果，可参考邱泽华等(2009)的论文。四分量通用式的理念和运用走过缓慢曲折之路，其原因之一或许是因没有国外文献可“引证”。

2.3.4 确定方位角的心算法值得推荐

式(14)很简单，但对初学者来说总易出错，常在多次碰壁之后才悟出要领。相应的计算软件或会问世，但心算方法仍值得提倡，心里有数可以有助于人机对话。这里有一个力学观念：“最大主应变的方位角必定和变化最大的元件的方位靠得最近”，用目视和心算法可以轻松估计误差不大于25°的半定量结果。步骤如下：①在(U₁ - U₃)、(U₃ - U₁)、(U₂ - U₄)、(U₄ - U₂)这4组差值里，把2个正值留下，负值舍弃；②记住2组正值列于前端的2个元件编号，这两个元件所挟持的角度区域即为方位角所在区域。此处把我们曾多次碰壁的2个小教训介绍如下。

(1) 记住元件的工作方位是“既朝前也朝后”。我们提元件的方向时，常把说、写和想简化，例如：元件为NE向，实际含义应为NE—SW向，在查看地质构造图、思考可能的震源位置时，潜意识里常往北面思考，而忽视南边，把南半边忘却了。

(2) 在遇有压缩应变时(实践中多见，如下文震例)，由于有的仪器输出符号定义压缩为负，导致按代数值所得出的最大主应变，在实际意义上反为最小主应变。例如：一个主应变为压缩10个单位，另一主应变为拉伸1个单位，在计算中因前者为负值，称为最小主应变，后者为正值，被定为最大主应变，方位角差了90º。

3 震例分析中自检因子曲线异常的发现

在地震重点监视区建立密集型地震观测台网(何德强等，2014)正受到关注。在云南省昭通地区，2012年9月7日发生彝良M 5.7地震，2014年8月3日发生鲁甸县6.5级地震，震区各分布3个和4个应变观测站点，地震及地震台分布见图 2，获得面应变、切应变及自检因子曲线异常，有力证实了危险区布设密集观测网的实际意义。在此按照本文的观测理念梗概地审视2次地震震前、震时和震后的应变异常。

为行文简便，设A = B = 1，在将来有了A、B具体数值后，将这里的面应变数值除以A，切应变数值除以B，即可得到修正的应变值。

应变观测曲线向下为压缩，向上为拉伸。计算相关系数的窗口宽度为25 h。每个台站产出9条曲线，自上而下依次为：4条元件读数曲线，2条组内读数差曲线(俗称差应变曲线)，2条组内相加曲线(面应变曲线)及自检因子曲线。可体会到，查看元件读数相加、相减的曲线，效果优于直接查看元件原始读数曲线。文中对曲线的说明和认识较粗浅，也没有涉及许多重要和生动的物理量，如同震阶跃、地震波动、高频异常信息，潮汐因子及其中误差等。

3.1 彝良M 5.7地震

2012年9月7日11时19分，云南省昭通市彝良县与贵州省毕节地区威宁县交界发生M 5.7地震，震源深度14 km；12时16分，彝良县又发生M 5.6地震，震源深度10 km。发震构造均系NE走向的石门断裂。图 3给出近场3个测点的观测结果，观测台站震中距分别为：彝良台12 km，大关台23 km，渔洞台46 km。

(1) 震中距最小彝良地震台记录。由图 3(a)可见：①切应变异常出现时间早于面应变异常；②2种应变在地震前几天未见明显异常(寂静期、成核期?)；③地震发生前10天，2条差应变曲线出现分叉，表明主方位角开始有偏转(从NNE向转到NE向，顺时针)；④地震发生时面应变的跳跃幅度远小于切应变跳跃幅度，由此认为该地震是走滑型剪切破裂，这里的信息会得到震源物理学者的关注；⑤地震发生后约4天，9月11日清晨震中区出现暴雨，面应变出现压性变化，2条切应变产生较大幅度的跳跃性变化，且跳跃方向与地震发生时刻的跳跃方向近似。但当日自检因子无异常，估计11日开始的曲线变化主要是降雨的负荷影响，也不完全排除地下水渗透带来的断层蠕动加重了切应变的变化；⑥切应变和面应变的异常幅度为图 3、图 4的7组曲线中最大者，切应变的异常已达3×10-6量级；⑦自检因子曲线异常，是昭通地区应变观测第一条自检因子异常曲线，而2条面应变曲线出现分叉现象，原因不明。

2012年8月6日彝良地区降雨26.1 mm，切应变曲线出现明显扰动，面应变扰动较小，可能是因为，来自岩壁的明显裂隙，受水压作用而产生一定扩张，导致切应变发生变化，面应变所受影响反而不大。此次降雨干扰应与彝良M 5.7地震事件无关。

(2) 大关地震台站记录。大关台在地震发生前有几天停电，地震发生后赶巧恢复了通电。曾以为本台的资料无使用价值，之后整理时才发现，自检因子的异常曲线虽不完整，却依然有不可或缺的使用价值，还可得知最大主应变方位角出现扭转(由NS向转到NW向，逆时针)，见图 3(b)。

(3) 震中距较大的渔洞地震台记录。渔洞测点应变异常不明显，自检因子曲线的异常值得肯定。其应变观测曲线的背景值与其他测点相比，自检因子平日跳动较多，2条面应变曲线出现分叉[图 3(c)]，可见观测资料可信度稍差。不同于下文中鲁甸M 6.5地震前后该台2条差应变曲线分叉不大的特点，此次彝良M 5.7地震分叉较大，表明出现方位角的偏离(从NW向转到NNW向，逆时针)。

渔洞台周边2012年9月11日有少量降雨，9月26日出现较强降雨，应变观测曲线受到2次降雨影响(9月26日降雨致使面应变出现约125×10^-9的扩张)，但曲线变化极性相同。降雨带来面应变的改变较易理解，但导致切应变发生变化过去少有报道(以前只注意到应变仪各元件对水位的敏感量不一)。切应变受降雨影响发生变化，可能由裂隙水压力增加，引起小裂隙的微小扩张所致。注意到，渔洞地震台自检因子并未因强降雨发生变化，可见自检因子异常并非来自地表。

汇总可知，对于2012年彝良M 5.7地震，彝良、大关、渔洞地震台应变仪自检因子曲线，异常峰值多出现在发震时刻前后，也有的在地震前数小时出现，但异常均在震后几天至10天即逐渐自行恢复(自检因子特有的“记忆消失”特性)。

3.2 鲁甸M 6.5地震

2014年8月3日16点30分鲁甸发生M 6.5地震，图 4给出鲁甸、渔洞、大关、彝良地震台(震中距分别为：鲁甸台26 km，渔洞台39 km，大关台90 km，彝良台91 km)当年7—8月的应变观测曲线，可见鲁甸M 6.5地震应变异常规律与彝良M 5.7地震记录互相印证，如：震中距最小的地震台应变异常信息较显著。因鲁甸地震台2014年4月1日安装四分量仪井下部分，7月初安装数字化采集及传输电路，故图 4里缺失7月初的观测数据。

(1) 鲁甸地震台应变记录。由图 4(a)可见：①面应变和切应变均出现为期约10天和1天的短期、临震异常，其变化形态、幅度等均不同，表现为：面应变震前变化较大，震时反应却较小，与图 3中彝良地震台的记录相似，超出我们熟知的概念范畴，值得关注；切应变在震前、震时、震后均有明显变化。此次震前一天鲁甸台面应变、切应变观测曲线几乎同时出现跳跃，而渔洞、大关、彝良地震台无类似记录，是否为慢地震或断层的预滑移，尚需研究；②自检因子异常达到极值后数小时发生M 6.5地震(仅鲁甸地震台记录曲线如此“典型”)；③2条差应变曲线出现变化差异，间有跳跃，表明主方位角发生改变，大致从NW向转变到NNS向；④8月底的曲线浮动来自降雨干扰，表现为面应变曲线的下降(压性变化)，切应变也有变化，与图 3中渔洞台受降雨影响的曲线形态相似。进而可知，自检因子不会因降雨发生扰动。

(2) 渔洞地震台记录。渔洞台钻孔距水库发电站尾水河道123 m，该河道宽60 m，距大坝1.4 km，日常观测曲线应受水库发电影响出现跳动，目视法无法分辨应变曲线的异常，见图 4(b)。面应变和切应变的潮汐因子曲线，在此地震发生前3—4个月就曾出现短期异常，这里限于篇幅未能展示。另一个待研究的现象是，自检因子曲线在此前2年内常有莫名跳动，且对4个元件及2个面应变曲线采用目视法未观测到小跳动，与图 3中彝良地震前后时期的自检因子曲线不同，此处自检因子曲线只有参考意义。自检因子曲线异常极大值出现在地震发生前，地震发生时刻的异常幅度小于极值，且震后幅度不大的异常维系数月，以上现象均和鲁甸、大关、彝良地震台表现不同，值得研究。目前自检因子曲线跳跃的根源尚未可知，是否与周围大块岩体的地下水运动有关，今后可做进一步分析。

2014年7月9日渔洞台应变观测受到降雨干扰，但干扰形态似不具典型性，面应变由张性变化转为压缩变化。当然自检因子无反应，倒是安慰。

(3) 大关地震台应变记录。大关台应变异常曲线与渔洞台记录几乎相同，见图 4(c)，目视结果不明显，且未察觉到潮汐因子的变化，但自检因子异常较显著。2条差应变曲线自2014年7月8日起出现分叉，表明此次M 6.5地震前主方位角出现扭转(位于NW向，有不大的逆时针偏转)。

(4) 彝良地震台记录。由图 4(d)可见，此次M 6.5地震发生前15天出现面应变和切应变的缓慢异常变化，且切应变幅度较大，达10^-7量级。震时变化需在大比例尺上观察而自检因子曲线在地震后近20天再次出现极值，并伴有2个面应变曲线的缓慢分叉，这些在图 3、图 4的7条自检曲线中具有特殊性，这是怎样的震后效应，引发了新课题。

3.3 小结

对比2个震例的7组曲线，可知：①在近场测点的四分量应变观测中，大多可得面应变和切应变的短期及临震变化，2种应变变化有其独立性，其变化幅度、出现时间、形态等大多不一致，而在鲁甸M 6.5地震发生前，渔洞、大关地震台应变异常不明显；②切应变变化较活跃，应为走滑断层作用所致；③地震时同震响应的极性，均继承此前临震异常极性，即这两个震例都显示了有预位移的力学图像；④自检因子曲线的异常，极值多出现在地震发生时刻或其后不久，唯有在对鲁甸M 6.5地震分析中，渔洞台自检因子异常不确切；⑤从目前应变资料分析可知，自检因子异常并非来自地表影响，且具有自恢复功能。

本文给出的近场异常资料的珍贵之处，也在于告诉我们，如能在多震区努力维系、完善地震观测网络，适当加密网点，并增设快速采集手段，那么在未来中强地震发生之前，将能主动围捕到醒目信息。

4 结束语

本文触及了2个需要不断深入思考的课题。

(1) 自检因子(2个面应变相关系数)在较大地震发生之前，有可能在某些地区、距离不远的观测点出现为时几天或十几天的前兆异常。该系数不能对远方的地震做出反应，不能对较小的地震有反应，不能更早时日给出异常，是其缺憾，却也恰是其长处：面应变相关系数计算简单，所受干扰少，人为因素小。但这只是触摸它的开始。

在2012年彝良M 5.7地震后，昭通市地震局绘制并审视自检因子曲线的异常，排除了干扰或仪器故障后更为不解；2014年鲁甸M 6.5地震，邻近4个地震台站中有2个地震台得到明显的应变异常，且3个地震台出现较确切的自检因子异常，此时不得不正视这种从没见过、听过的现象(Kong et al，2015)。同一时期，池顺良也在思索他在四川姑咱等地安装的四分量钻孔应变仪数据的“失恰”现象，即在震前、临震、震时和震后的几个时间段，面应变相关系数统计值有逐步下降和逐步恢复的过程(池顺良等，2014)。

2种型号的四分量应变仪在不同地点，对几个不同的中强地震，分别给出统计或曲线式的相关系数异常，或许具有其客观性，却都直对着“尴尬”困境：原本只是用来证实资料可靠的参数，却偏偏在应变异常出现时陪伴着自身异常。这个发现期望得到进一步证实，也需要足够的如渔洞台2014年的“反面”震例，以助于我们作冷思考。再有，是怎样的力学机理，使得弹性力学计算式的前提条件受到某种暂时的破坏或扰动？

随之而来的凝重话题是，为什么在中国大陆的过去和现在，都曾观测到为数不多但也不能算少的种种震前应变异常，而美国、日本等地鲜有记录。在许多国外学者对地震预报持悲观情绪的今天，是否要提请我国的年轻一代直视这条可能会打搅现有思绪的线索？

笔者不确切的回答是：美国(深大断裂)与日本(直下型断层俯冲)断裂构造与中国不同，中国大陆走滑断层诸多，孕震的闭锁点(孕震核)必定有以力学过程为主的“成长—运移—发震—震后调整”过程，易造成水平应变场，尤其是切应变场的异常变化。

(2) 四分量应变仪的新启程。4个均匀分布的元件分成2组，组内测值相减或相加即可得到切应变(2个差应变)曲线和2个面应变曲线及最大主应变方位角。在3个未知数之外还有一个“多余”值——2个面应变的相关系数。以上4者能演绎出五彩缤纷的力学图像。

这条充满希望的新路还很漫长，现在刚开始苏醒，有大量实际问题尚待解决。单是硬件方面就有：井下仪器的长寿命(如厂家承担20年使用期)，安装方位角的严格可控，元件特性之间的严格一致，钻孔质量的控制等。

本文是对钻孔应力—应变观测的倡导者李四光教授的深切缅怀和敬意。1977年的芜湖会议(全国第一届地应力专业工作会议)至今已40余年，特撰写本文以纪念。正是这次会议催发了多种钻孔仪器的诞生和新思想的萌生。在21世纪里，应变观测仪器质量，科研工作者眼界的宽度和深度，所得观测资料，都应优于以往，这些在激励着我们不断前进。

感谢昭通地震人对四分量应变仪的一贯支持和信赖，十多年来他们倾尽全力建设和维护中密度钻孔应变台网，才有机会和条件获得如此空前的近场资料，而现今其秒采样数据已开始实时汇集，对短临震情做实时分析，必将有效提高应变异常的时效性；山东省地震预报研究中心孔向阳协助绘制图件，特一并致谢！