[发明专利]用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法

说明书

本发明公开了一种用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法，应变仪包括：钻孔探头为筒体结构；第一水平向测量激光干涉仪探头、第二水平向测量激光干涉仪探头、第三水平向测量激光干涉仪探头、第四水平向测量激光干涉仪探头、第一垂向测量激光干涉仪探头、第二垂向测量激光干涉仪探头和一个垂向应变测量激光干涉仪探头分设在所述钻孔探头内壁上；各激光干涉仪探头分别与应变仪主机电气连接。通过多个激光干涉仪探头能测量出任意入射的地震应变波，实现了对三维应变场的地震应变波的准确测量。

技术领域

本发明涉及测量地震应变波的应变仪，尤其涉及一种用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法。

背景技术

目前，为了观测火山、地震等动力学过程的微弱构造应变信号，多采用应变分辨率优于10^-9的高分辨率钻孔应变仪，如：Sacks-Evertson型、TJ型等体积式应变仪，RZB型、YRY型、GTSM型、SKZ型等分量式应变仪。这些高分辨率钻孔应变仪目前已布置在板块边界观测台网(Plate Boundary Observatory(PBO))、中国地震观测台网等一系列地学观测台网中。观测结果已在火山动力学、地震孕育发生过程(瞬间滑移、断层蠕变、地震成核、慢地震、静寂地震等)、地震震源评价、地震预测等科学研究中发挥了重要的应用。

目前使用钻孔应变仪时，为减少地表干扰对地壳应变场ε^R测量的影响，是将钻孔应变仪的测量探头安装在钻孔(钻孔直径d为100mm左右)内一定深度处，并用膨胀水泥与钻孔基岩耦合在一起。当地壳应变场ε^R发生变化时，钻孔、膨胀水泥、探头钢筒的变形随之发生变化，通过探头的测量单元可直接测量出探头钢筒内径(或体积)相对变化，然后考虑测量单元的方位矩阵可得到仪器应变ε^I。如假设地壳应变场ε^R在钻孔附近五倍钻孔直径以上范围内为均匀应变场，则基于远场均匀应变作用下两环夹杂圆孔应力集中模型给出的地壳应变场ε^R与仪器应变ε^I线性静态耦合关系即可表示为：ε^R＝K^-1ε^I，式中K为静态耦合系数矩阵，与钻孔、膨胀水泥、探头钢筒的物性和几何性质有关。

由于采用的差动式电容传感器只能测量探头内部径向变化的原因，目前的钻孔应变仪测量的是静态的水平面内的应变分量，即测量的是平面应变场，而地震应变波一般会斜入射到钻孔，形成的入射应变场是三维应变场，而目前的钻孔应变仪由于不能测量斜入射到钻孔的地震应变波，因此，并无法准确测量三维应变场的地震应变波。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法，能解决现有钻孔应变仪，所存在的不能测量斜入射到钻孔的地震应变波，无法准确测量三维应变场的地震应变波问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪，包括：

应变仪主机、钻孔探头、第一水平向测量激光干涉仪探头、第二水平向测量激光干涉仪探头、第三水平向测量激光干涉仪探头、第四水平向测量激光干涉仪探头、第一垂向测量激光干涉仪探头、第二垂向测量激光干涉仪探头和一个垂向应变测量激光干涉仪探头；其中，

所述钻孔探头为筒体结构；

所述第一水平向测量激光干涉仪探头、第二水平向测量激光干涉仪探头、第三水平向测量激光干涉仪探头和第四水平向测量激光干涉仪探头环向间隔设置在所述钻孔探头筒体结构的内壁上，所述第一水平向测量激光干涉仪探头、第二水平向测量激光干涉仪探头、第三水平向测量激光干涉仪探头和第四水平向测量激光干涉仪探头处于同一平面上，所述第一水平向测量激光干涉仪探头、第二水平向测量激光干涉仪探头、第三水平向测量激光干涉仪探头和第四水平向测量激光干涉仪探头中，相邻两个探头的测量方向之间的夹角为45度；