邱澤華 池順良

1）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

2）河南省鶴壁地震局，河南鶴壁 458000

鉆孔應(yīng)變儀與傳統(tǒng)地震儀有一個(gè)本質(zhì)的區(qū)別，就是地震儀觀測(cè)的是一個(gè)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化，而應(yīng)變儀觀測(cè)的是位移的空間導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間的變化。當(dāng)然，進(jìn)一步還要說明，早就有所謂應(yīng)變地震儀。但是那一直都不是主流，并且是基線式觀測(cè)，而不是鉆孔式觀測(cè)。同時(shí)還要說明，傾斜儀觀測(cè)的也是位移的空間導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間的變化，但是與應(yīng)變儀不同。鉆孔應(yīng)變儀與傳統(tǒng)地震儀觀測(cè)對(duì)象的不同，使這種鉆孔應(yīng)變儀對(duì)地震的觀測(cè)具有特殊的重要性。

中國(guó)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)都是分鐘值采樣，因此，不能用來研究地震波。2008年3月17日，汶川地震前，為了試驗(yàn)的目的，池順良等在姑咱臺(tái)用YRY-4 型四分量鉆孔應(yīng)變儀進(jìn)行了每秒100 次采樣觀測(cè)，碰巧記錄到兩次震級(jí)M3 左右的地方震。這在中國(guó)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)發(fā)展史上是第一次。這些年也進(jìn)行過高采樣率的鉆孔四分量應(yīng)變儀和體應(yīng)變儀的觀測(cè)，但是都未記錄到地方震。

四分量鉆孔應(yīng)變觀測(cè)的基本特征是對(duì)數(shù)據(jù)有自洽要求，即相互垂直的兩個(gè)方向的觀測(cè)數(shù)據(jù)之和應(yīng)為不變量（面應(yīng)變）。在這樣高的采樣率下，YRY-4 型四分量應(yīng)變儀觀測(cè)數(shù)據(jù)保持了令人滿意的自洽。分別對(duì)于每次地方震，兩條面應(yīng)變記錄曲線都是幾乎相同。證明了這種儀器良好的性能，這為我們的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

我們對(duì)該應(yīng)變儀這兩次地方震記錄的研究，重點(diǎn)放在主方向變化上。因?yàn)橹鞣较驍?shù)據(jù)具有周期性，所以如何確定一個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)是一個(gè)需要認(rèn)真對(duì)待的問題。對(duì)數(shù)據(jù)的不正確的采用，將使曲線看上去毫無規(guī)律。我們確定一個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)的方法遵循兩個(gè)原則：一是采用增量（也稱差分）來進(jìn)行計(jì)算，依次選取最接近前一個(gè)值的數(shù)據(jù)；二是在0°～360°范圍內(nèi)考察整個(gè)數(shù)據(jù)的均值，以方差最小的均值為中點(diǎn)繪曲線圖，變化幅度為－180～180。

我們還分別針對(duì)P 波和S 波的主要部分，繪出了每一個(gè)時(shí)刻的變形橢圓。從而取得了一個(gè)重要的認(rèn)識(shí)：在波列經(jīng)過期間，P 波的主方向基本保持一定，而S 波的主方向呈現(xiàn)顯著的連續(xù)變化。這對(duì)證明P 波的無旋性質(zhì)和S 波的有旋性質(zhì)，給出了直接的證據(jù)。國(guó)際上近年來興起了對(duì)地震波的旋轉(zhuǎn)作用的研究，但是給出這樣的證據(jù)是第一次。