从科学研究的角度看,地震预报不应是钻孔应变观测的唯一目的,用传统的摆式地震仪记录地震波也绝非唯一选择。自从传统的摆式地震仪诞生以来就得到广泛应用,取得一些观测成果,成为当今地震学不可或缺的观测手段。但是,这种手段不能包打天下。传统的摆式地震仪观测的是一个点的位移,是一个矢量。
应变是位移对空间的梯度,是一个张量。应变地震观测可以提供摆式地震仪不能提供的新信息。应变地震仪从来就是一个科学家们希望拥有的科学仪器。1961年,H.Benioff等人提出了“应变地震仪”的名称,Benioff et al设计制作了一种应变地震仪,并根据其观测结果进行了地球自由振荡研究。但是应变仪只给出线应变变化,不能给出应变张量变化。另外,传统的基线式应变观测传感器一般很长,不利于观测高频信号。
近些年来,用中国现有的几种钻孔应变仪陆续开展了地震波观测实验。中国地震局地壳应力研究所所属的北京昌平台进行过RZB-1型四元件钻孔应变仪的高采样率观测,与附近十三陵台的摆式地震仪观测的远震数据进行对比,发现二者的频谱很相似。但是,一方面当时观测所用仪器出现了坏道,记录并不完整;另一方面也未记录到地方震。山西昔阳台也进行过高采样率钻孔体应变仪的观测,记录到远震、近震和地方震。与附近的摆式地震仪记录进行频谱对比,二者也非常一致。但是体应变缺少方向性,与张量应变仪相比,提供的信息少。美国和日本也都曾经用钻孔应变仪记录地震波,但是没有进行更深入的研究。
近年来,用YRY-4型四元件钻孔应变仪比较系统地开展了一系列地震波观测实验,取得了大量重要的研究成果,证明这种应变仪可以作为应变地震仪使用。在此基础上,我们又在山西忻州开始了高密度台网的近震实验研究。
我们首先要检验在高采样率条件下观测的数据是否自洽,然后从不同的方面,对比钻孔应变地震观测和摆式地震观测。中国的四元件钻孔应变观测技术领先世界,这种观测技术每前进一步都是创新。对于四元件钻孔应变观测在中长周期频段方面的表现鲜有争论,需要的是在短周期频段方面进行扩展。四元件钻孔应变观测在中长周期频段的表现,可以用理论固体潮来验证;在短周期频段的表现,就要用地震波来验证。应变地震波研究为这种应变观测应用开拓了一个崭新的广阔领域,将大大提升这种观测的科学地位。
地震学是以观测为基础的科学。历史一再证明,观测技术的进步对这种科学的发展具有决定性意义。应变的张量性质决定了应变地震仪与摆式地震仪的本质区别。这种新观测技术将为地震学提供新的数据资源,开辟应变地震观测研究的新领域。应变地震仪不会替代传统的摆式地震仪,而是进一步将两种地震仪结合使用,发挥更大的作用。