YRY-4 型钻孔应变仪观测的P 波和S 波特征

邱泽华 池顺良

1）中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

2）河南省鹤壁地震局，河南鹤壁 458000

钻孔应变仪与传统地震仪有一个本质的区别，就是地震仪观测的是一个点的位移随时间的变化，而应变仪观测的是位移的空间导数随时间的变化。当然，进一步还要说明，早就有所谓应变地震仪。但是那一直都不是主流，并且是基线式观测，而不是钻孔式观测。同时还要说明，倾斜仪观测的也是位移的空间导数随时间的变化，但是与应变仪不同。钻孔应变仪与传统地震仪观测对象的不同，使这种钻孔应变仪对地震的观测具有特殊的重要性。

中国钻孔应变观测台网的数据都是分钟值采样，因此，不能用来研究地震波。2008年3月17日，汶川地震前，为了试验的目的，池顺良等在姑咱台用YRY-4 型四分量钻孔应变仪进行了每秒100 次采样观测，碰巧记录到两次震级M3 左右的地方震。这在中国钻孔应变观测发展史上是第一次。这些年也进行过高采样率的钻孔四分量应变仪和体应变仪的观测，但是都未记录到地方震。

四分量钻孔应变观测的基本特征是对数据有自洽要求，即相互垂直的两个方向的观测数据之和应为不变量（面应变）。在这样高的采样率下，YRY-4 型四分量应变仪观测数据保持了令人满意的自洽。分别对于每次地方震，两条面应变记录曲线都是几乎相同。证明了这种仪器良好的性能，这为我们的研究奠定了坚实的基础。

我们对该应变仪这两次地方震记录的研究，重点放在主方向变化上。因为主方向数据具有周期性，所以如何确定一个时刻的数据是一个需要认真对待的问题。对数据的不正确的采用，将使曲线看上去毫无规律。我们确定一个时刻数据的方法遵循两个原则：一是采用增量（也称差分）来进行计算，依次选取最接近前一个值的数据；二是在0°～360°范围内考察整个数据的均值，以方差最小的均值为中点绘曲线图，变化幅度为－180～180。

我们还分别针对P 波和S 波的主要部分，绘出了每一个时刻的变形椭圆。从而取得了一个重要的认识：在波列经过期间，P 波的主方向基本保持一定，而S 波的主方向呈现显著的连续变化。这对证明P 波的无旋性质和S 波的有旋性质，给出了直接的证据。国际上近年来兴起了对地震波的旋转作用的研究，但是给出这样的证据是第一次。