劉文義 張文濤 李 麗 黃穩(wěn)柱 李 芳

1）中國地震局第二監(jiān)測中心，西安 710054

2）中國科學院半導體研究所，北京 100083

3）地殼運動監(jiān)測工程研究中心，北京 100036

利用光纖傳感器進行地震前兆觀測是一種獨具優(yōu)勢的地震監(jiān)測新手段。光纖傳感器具有高精度、抗電磁干擾、不存在零漂問題、易于組網(wǎng)以及適于長距離傳輸?shù)纫幌盗歇毺貎?yōu)勢，可以解決地震前兆觀測中電學測量儀器存在的固有問題。介紹了幾類常用光纖傳感器的工作原理及特點，綜述了光纖傳感器在地殼形變觀測和地震波探測兩個應用領域國內外的研究進展，并指出了目前需要解決的問題。研制了一套基于光纖傳感器的鉆孔應變、地震波和地溫同時測量的多參量鉆孔綜合地震觀測設備，外場實驗表明，該光纖綜合鉆孔地震觀測設備適應地震前兆觀測中對抗環(huán)境干擾能力、測量精度、穩(wěn)定性等方面的性能要求，具有好的應用前景。

1 光纖傳感器在地殼形變觀測和地震波探測中的應用

直接觀測地殼應變的儀器主要有兩種：一種為測量基線長度變化，例如伸縮儀、激光應變儀等；另一種就是測量鉆孔變形的鉆孔應變儀。目前，光纖傳感器用于地形變觀測，都是集中在第一種，即將光纖傳感器用于測量巖體形變引起的基線長度變化來觀測地形變。在這些光纖地形變觀測儀器中，廣泛研究的有高精度光纖干涉式測量方法和光纖光柵（FBG）絕對測量方法。2011年，美國加州大學圣地亞哥分校斯克里普斯海洋研究所的M. Zumberge等人研制出了一kuan深井觀測的光纖應變傳感器，可用于鉆孔應變測量。

光纖地震檢波器是一種建立在光纖技術和集成光電子技術基礎上新型的地震傳感器，目前發(fā)展最為成熟的是基于高靈敏度的光纖干涉技術的干涉式光纖地震檢波器，近年來光纖光柵型地震檢波器顯示出了它的優(yōu)越性，光纖激光型地震檢波器因兼有光纖光柵型和干涉型檢波器的雙重優(yōu)點而具有極大的應用前景。

2 光纖傳感器在地震前兆觀測中需要解決的問題

伴隨著光纖傳感技術的發(fā)展，光纖傳感器在地震前兆觀測中的應用也越來越廣泛，尤其是在光纖光柵傳感器用于地形變觀測和光纖激光傳感器用于地震波探測兩個應用領域，具有廣泛的應用前景。但為了實現(xiàn)工程中的大規(guī)模推廣，我們還有許多關鍵技術需要解決，比如基于光纖光柵的高精度地殼形變觀測技術、超低頻地震波的高分辨率探測技術、大規(guī)模組網(wǎng)技術以及長距離傳輸技術等。

3 光纖綜合地震觀測設備的研制及實驗結果

研制了一套基于光纖傳感器的體應變、地震波和地溫同時測量的多參量光纖綜合地震前兆觀測設備。在云南省普洱地震局大寨地震臺進行了井下觀測實驗。

實驗過程中，光纖鉆孔地震觀測設備性能穩(wěn)定，在下井后第3天（2011年12月02日）就成功記錄到了在普洱市思茅地區(qū)發(fā)生的1.2級地震，與布設在井底進行對比的傳統(tǒng)電學檢波器相比，光纖檢波器表現(xiàn)出了更高的信噪比。實驗結果表明，新試制的光纖綜合地震前兆觀測設備性能穩(wěn)定、探測靈敏，充分顯示出了它的抗電磁干擾、抗雷擊、不怕漏水漏電、耐腐蝕、不存在零漂問題等優(yōu)勢。

4 結論

現(xiàn)場實驗觀測表明，我們研制的多參量光纖綜合地震前兆觀測設備能適應地震觀測中對抗環(huán)境干擾能力、測量精度、穩(wěn)定性等方面的性能要求，具有好的應用前景。目前，我們正在改進技術方案，研制滿足地震監(jiān)測技術指標（6×10-9）的新的光纖地震前兆觀測設備。力爭在地震預報實驗場進行示范性實驗與觀測，發(fā)展新一代光纖地震監(jiān)測傳感技術。