0 引言

分量钻孔应变仪是一种用于观测地壳应变，进而研究地球物理过程和地球动力学动态变化的仪器。该仪器安装在钻孔中，使用特种水泥作为耦合介质，具有较高的观测精度和稳定性，可以记录到清晰的固体潮汐和地震孕育过程中地壳的伸缩变形。

目前，中国主要使用YRY型和RZB型两种分量应变仪进行地壳应力应变观测，并在地震分析预报研究中取得诸多成果，如：蒋靖祥等（2004）、柳忠旺等（2014）、蒲小武等（2014）对分量式钻孔应变仪在地震前后出现的异常进行了研究；赖爱京等（2010）、阳光等（2015）对造成分量式钻孔应变仪的干扰原因进行了分析；刘琦等（2013）、唐磊等（2013）、李玉丽等（2017）、张才剑等（2019）对分量式钻孔应变仪同震响应进行了分析。

镇江市地震台（下文简称镇江台）使用RZB型分量式钻孔应变仪（下文简称分量钻孔应变仪）进行观测，且自2014年运行以来，对全球远大地震响应较好。文中总结了镇江台分量钻孔应变仪2014年5月至2018年3月记录的全球地震概况，分析地震震级与最大振幅的关系、震中距与最大振幅的关系、地震波传播方向与四分量中振幅最大的分量方位之间的关系，以便了解并掌握该应变仪性能，发现其中的规律性，为防震减灾工作提供数据参考。

1 镇江台概况及分量应变仪参数

镇江台位于镇江市润州区官塘新城，台站所在区属宁镇山脉地质条件，基岩为三叠系黄马青组砂岩。地震台始建于1978年，目前开展测震、强震动和应变观测，主要配备测震仪、强震仪以及分量钻孔应变仪。

分量钻孔应变仪由中国地震局地壳应力研究所于2014年3月30日安装，4月1日投入观测运行。分量钻孔应变仪元件分布见图 1，测项主要参数见表 1。

根据邱泽华等（2005）的计算方法，取镇江台2016年7月1日至11月30日分量钻孔应变仪四分量整点值数据进行标定，计算得到四分量相对标定灵敏度，结果见表 2。

2 分量钻孔应变仪同震记录能力

自2014年5月1日分量钻孔应变仪运行稳定以来，至2018年3月31日（2018年8月29日后分量钻孔应变仪出现故障，为保障观测数据的精确性，仪器故障前后的数据未采用），镇江台共记录142次天然地震，地震选取标准如下：在4个分量中，有一个及以上分量记录的最大振幅可与背景振幅区分，且地震发生后短时间内有余震发生的以一次地震计算。其中，与全球同期发生的相同震级大小的地震相比，镇江台记录8.0级以上地震6次，占比100%；记录7.0—7.9级地震34次，占比77.3%；记录6.0—6.9级地震86次，占比25.0%；记录5.0—5.9级地震16次，结果见表 3。文中所有地震参数均来源于中国地震台网中心网页，未统计全球5.0—5.9级地震数。

镇江台记录的5.0—5.9级地震基本发生在中国台湾地区，少部分分布在广西、云南、南海地区，震中距836—2 101 km，最远地震发生在云南省普洱市景谷傣族彝族自治县；6.0—6.9级地震震中距784—10 421 km，最远地震发生在直布罗陀海峡；7.0—7.9级地震震中距887—18 312 km，最远地震发生在智利；8.0级以上地震震中距2 079—18 972 km，最远地震发生在智利中部沿岸近海。统计结果见表 4。

3 分量钻孔应变仪记录能力

形变仪器对地震的记录能力，可在震级和震中距的关系中反映出来。

对于镇江台记录的142次天然地震，以震中距对数值lgΔ为横坐标，以震级M为纵坐标做散点图，并进行标准曲线拟合，见图 2，可得拟合直线公式为

$ M = 1.2349\lg \mathit{\Delta } + 2.3407 $

(1)

由图 2可见，震级越大，可记录地震的震中距也越大，但震级约8.0的地震几乎均偏离拟合直线，究其原因是，这些地震不一定发生在分量钻孔应变仪可记录同等震级地震的最远地点，即使震中距更大，仍可有效记录。

4 地震参数与记录特征关系

对于所选取的142次地震，从震中距和震级分别与地震波形最大振幅的关系以及地震传播方向与四分量中振幅最大的分量方位的关系进行分析，探讨镇江台分量钻孔应变仪地震波记录特征和地震参数的关系。文中的最大振幅指，分量钻孔应变仪4个分量记录的最大振幅。

4.1 震中距与最大振幅的关系

统计发现，镇江台分量钻孔应变仪记录M 6.2、M 6.4、M 6.5、M 6.7、M 6.8、M 6.9、M 7.2（据中国地震台网中心网页）地震数量较多，选择此7个震级的地震，对震中距与波形记录最大振幅进行曲线拟合，发现部分地震偏离拟合曲线（这部分地震记录波形的最大振幅较小，其震源深度≥150 km）。剔除该部分地震后，M 6.2、M 6.4、M 6.5、M 6.7、M 6.8、M 6.9、M 7.2地震分别保留10个、13个、8个、8个、9个、9个、8个，对震中距与波形记录最大振幅进行重新拟合，结果见图 3。由图 3可见，震级相同，震中距越大，最大振幅越小，拟合曲线较为符合幂函数关系。总体上，震中距与最大振幅数值拟合较好，而个别数据点偏离曲线较远，可能原因如下：①分量钻孔应变仪采样率为1次/min，有时周期长度难以分辨，所选最大振幅的最大值和最小值可能不在一个周期内，导致最大振幅量取出现误差，振幅偏大；②应变量的最大值或最小值未被记录，所量取数值非实际最大振幅，振幅偏小。

4.2 震级与最大振幅的关系

在142次地震中，选取震中距相近的地震，分析震级与最大振幅的关系。震中距近似相等的地震选取原则如下：每组地震震中距相近，组内地震数≥7。据此，将震中距划分为以下6段：Δ = 836—941 km、944—1 086 km、2 268—2 404 km、4 184—4 289 km、5 374—5 472 km、6 675—6 808 km，对应地震数分别为14、13、10、7、9、7（同样剔除震源深度≥150 km的地震），对6段数据进行曲线拟合，结果见图 4。

由图 4可见，震中距相近，震级越大，最大振幅越大，拟合曲线较为符合幂函数关系。图中多个数值拟合较好，当震级M＞7，震中距Δ＜4 300 km时，实际所测最大振幅比根据拟合曲线计算的结果偏大(5—8)×10^-8。

图 4中部分地震点位偏离拟合曲线，如：(e)图中有一个地震A数据点位置低于拟合曲线较多，可能是因为其震源深度较深（110 km）；(e)图中地震B的最大振幅明显偏高，可能是因为所量取最大振幅的最大值和最小值不在一个周期内，造成最大振幅偏大；对于点位偏低的地震，可能是因为记录的应变量最大值或最小值并非实际最大或最小振幅，导致量取振幅偏小。

4.3 地震传播方向与最大振幅分量的关系

根据地震震中、地震台站经纬度坐标，以及分量钻孔应变仪测量探头传感器方位（图 1），使用MapSIS软件，提取有关震中及台站位置的世界地图，使用CorelDRAW X4软件，量取震中和台站连线与最大振幅分量之间的角度（世界地图以台站为原点，图 1中传感器的中心点为原点，使二者重合），并根据测量角度的大小，判断地震传播方向和最大振幅分量方位的同向性。

设四分量钻孔应变仪各分量方向线S₁、S₂、S₃、S₄，如图 5所示，以中心点O为台站位置，设某一地震震中位于点A，点A、O连线设为地震波传播方向AO，假设该地震的S₄分量振幅最大，S₄与AO之间的夹角为α，若α≤30°，则判定AO与S₄同向性较好；若30°＜α≤60°，则判定AO与S₄同向性一般；若60°＜α≤90°，则判定AO与S₄同向性较差。

据以上判定原则，统计所选取142次地震传播方向（震中与台站连线方向）与最大振幅分量的夹角，结果见图 6。由图 6可见，93次地震传播方向与最大振幅分量方向同向性好，占比65.5%；41次地震同向性一般，占比28.9%；8次地震同向性较差，占比5.6%。

据此统计，同向性较好的地震占多数，表示多数地震最大振幅所在分量方向与地震传播方向基本相同。

5 结论

通过对镇江台RZB型分量钻孔应变仪同震记录进行分析，得出以下结论。

（1）该应变仪可记录研究时段内震中距2 100 km以内的部分5级以上地震，10 421 km以内的部分6级以上地震，18 312 km以内的大部分7级以上地震，以及全球所有8级地震。

（2）实际地震发生时，震中距与震级无必然关系，但理论上震级越大，所能记录的地震震中距可以越大，震中距对数值和震级符合线性关系。

（3）若震级相同，震中距越大，最大振幅越小，拟合曲线较为符合幂函数关系。若震中距相近，震级越大，最大振幅越大，拟合曲线较为符合幂函数关系。

总体而言，震中距与最大振幅和震级与最大振幅的数值拟合较好，但仍有数据点偏离曲线较远。震源深度大于150 km，地震的最大振幅偏小，将明显偏离拟合曲线，剔除后仍有数据点偏离曲线，原因如下：分量钻孔应变仪采样率为1次/min，周期长度有时难以分辨，所选最大振幅的最大值和最小值不一定在一个周期内，导致最大振幅量取存在误差，一般最大振幅偏大；未记录到应变量最大值或最小值，量取值非实际最大振幅，导致振幅偏小。

（4）多数地震的最大振幅所在分量的方向与地震传播方向基本相同。