水庫地殼形變觀測概念

水庫地殼形變觀測為確定水庫所在地區(qū)的地殼形變量，以評價(jià)、預(yù)測區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和水庫地震可能性等所進(jìn)行的測量工作。水庫地殼形變觀測是變形觀測之一。這種地殼形變是多種因素綜合作用的結(jié)果。例如地殼內(nèi)部應(yīng)力的變化，外界氣象條件的變更，水庫水位升降對地殼壓力的改變等。這些作用力或以時(shí)間為函數(shù)作周期性的變化，或隨時(shí)間的推移而增減、消失，而由此引起的地殼形變量在以日、月或年為單位的時(shí)間內(nèi)一般是很微小的，故水庫地殼形變觀測通常需要進(jìn)行長期的、高精度的重復(fù)測量。為了對比水庫蓄水前后對地殼穩(wěn)定性的影響，應(yīng)盡可能在水庫蓄水前開始進(jìn)行系統(tǒng)的觀測，精準(zhǔn)記錄之前對比之后就可以了。

包括地殼水平形變、地殼垂直形變和地面傾斜等觀測；水庫地殼水平形變觀測的傳統(tǒng)方法是進(jìn)行高精度的測角三角網(wǎng)測量。20世紀(jì)70年代以來，隨著高精度中短程電磁波測距儀的日趨完善和電子計(jì)算機(jī)平差計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，已越來越多地采用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的高精度邊角網(wǎng)或測邊三角網(wǎng)。水庫地殼垂直形變觀測一直沿用精密水準(zhǔn)測量，一般都以最高精度等級的水準(zhǔn)測量方法及儀器進(jìn)行；觀測水平位移的觀測墩和觀測垂直位移的水準(zhǔn)標(biāo)石，都要求埋設(shè)在非淹沒區(qū)的基巖上，以避免移位和沉降，并保證其在水庫蓄水后能夠繼續(xù)使用。作為沉降觀測基準(zhǔn)的水準(zhǔn)基點(diǎn)，應(yīng)盡可能設(shè)在可封閉的巖洞內(nèi)建成洞室恒溫標(biāo),或者采用雙金屬標(biāo)、測溫鋼管標(biāo),以消除溫度變化對標(biāo)志高程的影響。雙金屬標(biāo)由膨脹系數(shù)不同的兩根金屬管組成，可根據(jù)兩管長度變化的差數(shù)修正管頂?shù)母叱獭y溫鋼管標(biāo)的鋼管中置有電阻溫度計(jì)，用以計(jì)算高程改正數(shù)。地面傾斜觀測一般以精密水準(zhǔn)儀或地面傾斜儀進(jìn)行。此外，為研究斷層活動性，可布設(shè)高精度的?。ㄎⅲ┤蔷W(wǎng)進(jìn)行絕對的和相對的水平、垂直地殼形變觀測，或布設(shè)短基線、短水準(zhǔn)進(jìn)行相對的形變觀測，后者可直接取得高精度的成果。2100433B

地震必然伴隨有地殼形變的現(xiàn)象已被確認(rèn)無疑了。但地殼形變與地震的關(guān)系,特別是與地展前的地殼形變在時(shí)空上有著怎樣的聯(lián)系,雖然經(jīng)過不少大地震孕育過程中地殼形變變化的研究,至今尚未認(rèn)識清楚.不過,根據(jù)我國和其它國家的觀測和地震工作者多年來探索的結(jié)果,可以提出以下的一些基本認(rèn)識。

(1)從已觀察到的大地震震區(qū)地殼形變的演變過程得知,與地震有關(guān)的地殼形變有明顯的階段性。大致可分為長期緩慢形變、震前快速形變、震時(shí)突變和震后調(diào)整四個(gè)階段,相應(yīng)地反映了應(yīng)變能量的積累、集中、釋放和調(diào)整

過程。

(2)在我國大陸內(nèi)部各大地震震區(qū)的大面積形變的持續(xù)時(shí)間、范圍、速率、梯度等相差較大。實(shí)例證明,板內(nèi)地震地殼形變異常的速率和幅度比板塊邊緣地震的要小,這可以看作是板內(nèi)地展與地殼形變的關(guān)系特征之一。

(3)通過定點(diǎn)地殼形變觀測到的形變異常,大都在展中外圍地區(qū),即表現(xiàn)出在空間上有相對集中性,在時(shí)間上有明顯同步性,在強(qiáng)度上和圖像上有相對的復(fù)雜性。

(4)從區(qū)域構(gòu)造的大范圍來看,地殼形變場的變化用帶有粘滑機(jī)制的彈性回跳來描述比較適合。因?yàn)闇\源構(gòu)造地展與地殼中已有的斷裂有著密切關(guān)系,它們往往是這些斷裂的擴(kuò)展或再活動。

(5)在地震區(qū)既出現(xiàn)垂直地殼形變,也出現(xiàn)水平地殼形變。這是由于地殼深部巖石層的彈性決定了地殼形變對應(yīng)力變化的依賴性。當(dāng)應(yīng)力變化時(shí),就可產(chǎn)生張、壓、扭性的地表形變,其位移值越大,地震越強(qiáng),越靠近震中。

(6)通過長期地殼形變連續(xù)觀測顯示的地殼應(yīng)力變化特別緩慢和均衡。在大多數(shù)地震前出現(xiàn)地殼傾斜異常,且有延續(xù)性和形態(tài)及數(shù)值等方面不同的特點(diǎn)。2100433B

(1)依據(jù)傳統(tǒng)的區(qū)域大地測量和現(xiàn)代的空間大地測里方法所進(jìn)行的重復(fù)觀測,捕捉趨勢性的大范圍地殼活動信息,為中、長期地震預(yù)測提供依據(jù);

(2)用地殼形變連續(xù)觀測方法以補(bǔ)充傳統(tǒng)大地測盆方法的觀測精度和復(fù)測周期等方面的不足,從而獲得高精度的地殼應(yīng)變的、傾斜的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)；

(3)建立臺站型的連續(xù)觀側(cè)方法以監(jiān)測幾天至幾秒為周期的地展地殼形變的前兆,為突破短臨期地震預(yù)測關(guān)提供依據(jù)；

(4)應(yīng)用地殼形變連續(xù)觀測方法觀測地震前后地殼形變的特征,為研究地震機(jī)制、展源物理、建立理論模型提供外部約束;

(5)應(yīng)用地殼形變連續(xù)觀測方法所觀測到的固體潮、地脈動、應(yīng)變階躍、地傾斜現(xiàn)象,為其它學(xué)科服務(wù)。

日本是研究地殼形變與地震關(guān)系最早的國家.從1883一1906年就對覆蓋日本列島的一等三角測量網(wǎng)進(jìn)行第一期地殼水平形變觀側(cè)。同時(shí),在1883年開始對東京清周圍進(jìn)行一等水準(zhǔn)網(wǎng)的地殼垂直形變觀測。到1930年又建立了地殼形變的連續(xù)觀測方法。日本在積累近百年觀測資料基礎(chǔ)上,地震學(xué)家坪井忠二(C.Touboi),于1933年研究了

多次地震時(shí)地殼的不連續(xù)應(yīng)變變化值,得出結(jié)論,如果地震后地殼的應(yīng)變能盆完全被釋放出來,則臨震前地殼積累的應(yīng)變極限值為萬分之一量級。

美國是非常重視地殼形變與地震關(guān)系研究的國家之一。自1851一1860年就在著名的圣安德烈斯斷層上布設(shè)一條跨斷層基線,開始觀測斷層的水平運(yùn)動。在1874一1892年間對該斷層基線復(fù)測時(shí),發(fā)現(xiàn)基線已呈右旋彎曲。到1906年又一次對原基線復(fù)測結(jié)果表明,斷層兩側(cè)相對位移增大很快。就在1906年4月28日沿該斷層中的一段突然錯(cuò)動,發(fā)生8.3級大地震(即舊金山地震),震后的1907年再一次復(fù)測,原基線被錯(cuò)開約6m左右。

前蘇聯(lián)也是一個(gè)多地震的國家,他們一直把地殼形變觀測手段放在重要位置上.1948年在阿什哈巴德發(fā)生7.6級地震,事后分析,地震前曾出現(xiàn)地面隆起.到1949年國家認(rèn)為有必要大力擴(kuò)展并在組織上加強(qiáng)地震觀測工作。因此,在歐洲部分和西伯利亞進(jìn)行大規(guī)模水準(zhǔn)測量和復(fù)測,探索區(qū)域性地殼運(yùn)動速率之差異,作為地震危險(xiǎn)區(qū)劃的重要標(biāo)志。到50年代建立了地球物理試驗(yàn)場,進(jìn)行地殼傾斜和地應(yīng)變的觀測,從而發(fā)現(xiàn)了一系列地震之前的地殼形變異?，F(xiàn)象。

我國地殼形變觀側(cè)工作始于1962年,當(dāng)時(shí)廣東省新豐江水庫地區(qū)發(fā)生6.1級地震(即1962年3月19日河源地震),為研究和監(jiān)測庫區(qū)的地殼運(yùn)動,在該庫區(qū)周圍建立了一個(gè)高精度的監(jiān)測網(wǎng)。1966年邢臺地區(qū)發(fā)生7.2級地震和6.2級強(qiáng)余展后,開始地震綜合預(yù)測研究工作 。