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本文分引言、数字观测原理、地壳应力与应变、井水位观测系统的响应机制、地质构造与地震活动背景、观测资料数据处理与分析、认识与讨论等七章,并根据漳州地区井水位、体应变仪与伸缩仪等三种观测系统分别对印尼远震、汶川地震、台湾地震的体应变响应,综合分析了漳州地区的地壳体应变变化特征。
虽然井水位观测系统可作为一种天然的体应变计,但在利用井水位观测系统进行体应变计算之前,首先要解决的是井水位观测资料的观测格值问题,但是我们无法知道岩体体应变对井水位进行激励的输入值,但天赐良机,鉴于一口优良的观测井能清晰地记录到双峰双谷体应变固体潮曲线,我们可以固体潮体应变理论值作为观测井的激励值(输入值),再由井水位观测资料的维尼迪可夫调和分析结果的半日波M2波群的振幅比作为井水位观测系统的灵敏度,其倒数即为观测格值,然后就可把井水位观测转换成体应变值;体应变仪,其测量原理是根据安装在钻孔中的仪器腔体的体积变化而获得岩体体积的相对变化量,因此,体应变仪的观测值本身就是体应变;根据弹性力学理论,地壳表面一点处的任意两个正交方向上线应变之和为该点处的面应变,面应变的2/3为该点的体应变。因此,根据安装在正南北和正东西方向上的伸缩仪观测值的组合就可求出台站的体应变。
本文以单震多台的方式,对同一地震所激励的井水位、伸缩仪、体应变仪三种观测系统的体应变响应进行对比分析,结果显示,这三种观测系统所记录到的是叠加在体应变固体潮背景上的一种阶跃,对印尼远震、汶川地震、台湾地震都分别做出了不等程度的响应,体应变响应幅度以体应变仪最为显著,伸缩仪次之,井水位最小,响应时间井水位较慢。计算结果表明,以上三种观测系统的体应变幅度约为1O-7~10-9,体应变响应幅度与地震能量成正比,与震中距成反比。这里要说明的是,井水位观测系统给出的体应变为弹性孔隙介质的体应变,这种体应变是由构成含水层的固体框架的岩体体应变与孔隙度(水体积)体应变的叠加,而体应变仪与伸缩仪是安装在较完整的岩体中,纯粹是一种岩体体应变。由于数字化仪器采样间隔为1分钟,仅可以记录到周期大于120s的面波所激励的体应变。虽然井水位观测系统可以记录到清晰的“水震波”,但“水震波”不等同于地震面波,实质上为地震面波所引起的一种体应变波。由此可知,本文所介绍的对井水位观测值进行格值标定是一个行之有效的方法,并且从体应变这个几何不变量入手,分别根据测区井水位、体应变仪与伸缩仪观测值所得到的体应变,可对测区震前、震时、震后的体应变时空演变特征进行分析研究,以便对大震前的长、中、短、临前兆进行跟踪,有益于综合利用井水位、体应变仪和伸缩仪观测资料,对漳州地区地壳体应变进行长、中、短、临前兆跟踪。