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应变地震仪-李四光倡议的探索地震预报利器 ( 上 )

已有 1817 次阅读 2022-6-3 10:12 |个人分类:钻孔应变仪地震前兆观测技术|系统分类:科研笔记

 

应变地震仪-李四光倡议的探索地震预报利器

                 ( 上 )

1.毛主席周总理下令攻克地震预报难关,李四光提出地应力观测攻关路线

1966年邢台地震5万人死亡。毛主席听周总理汇报时说:“传达我的命令:国家科委会同科学院和相关研究单位一同赶往灾区深入考察地质情况…把世界上还没有解决的地震规律,我们解决它。不能再让我们的老百姓无辜死去。”

周总理亲临地震现场调查,以他丰富的学识和大智慧指出:“地震是有前兆的,是可以预测预防的…对地震中的各种现象,任何微弱的变化都要记录下来,综合、辩证的分析,从地震中找出地震预报的头绪。”总理还提出我国地震预报要采用专群结合路线。

李四光接受任命,担起预报攻关重任。李老认为:“不过我们得艰苦细致地工作,以探索发生地震的规律是什么…地震是地应力变化造成的,我们就必须对地应力进行观测,找出地应力有关的性质、特点以及作用方式和变化规律,才有可能对地震发生的地点、时间、频度和强度作出科学的判断”。当时,测震是主要观测手段,但李老认为测震学提供的主要是地震发生之后的信息。

监测地层中应力变化没有合适的仪器,李老就组织研制。在李老思路指引下,主要有国家地震局地壳应力研究所、鹤壁市科委地震办公室两个研制团队在研制“分量钻孔应变仪”和“分量钻孔应变地震仪”。

本文介绍鹤壁市科委地震办公室技术员池顺良团队负责研制成功“应力-应变地震仪”的事迹。

 

2.“应力-应变地震仪”列入国家科委重点项目78-002号

1970年代,中、美、日都在研制钻孔应变仪。美国卡奈基研究所的萨克斯(Sacks)教授首先研制出世界上第一台钻孔体积应变仪。应变分辨率达到1×10-10。日本引进该项技术,于1974年在东京周围建起有31台体应变仪的监测网。图1是萨克斯体应变仪探头正在下井安装。

图1. 萨克斯体应变仪探头正在下井安装,探头长5米。

 

体应变仪只提供地层应变中一个分量,要全面了解水平地层应变三分量,就要依靠“分量式钻孔应变仪”或性能更全面的“钻孔应变地震仪”。

1975年,河南省鹤壁市高中物理教师池顺良调到鹤壁市地震办公室,他按李四光观测地应力的思路,独立设计出“钻孔应变地震仪”,并在高中校办工厂中做出初步样机,投入试验。

1976年唐山大地震后,经学部委员秦馨菱、顾功叙推荐,他设计的“应力-应变地震仪”列入国家科委重点项目78-002号,经费25万。经四年研制,能够检测地球动力全频段应变信号,灵敏度、稳定性一流,性能领先美、日的“钻孔应变地震仪”通过国家地震局、河南省科委联合鉴定。

以下文字摘自国家地震局1984年6月12日《地震工作简报》:“最近,国家地震局与河南省科委,根据国家科委意见,在鹤壁市联合召开了‘压容式钻孔应变仪专题会议’。两位学部委员和地震仪器、地球物理、力学、形变、地质等专业十一位高研人员出席了会议。会议共有三十个单位的五十五位代表参加。与会人员听取了《研制报告》、《测试报告》、《使用报告》和《固体潮调和分析报告》,审视了技术文件资料,观察了仪器运转和操作。根据会议评审意见,鉴定委员会通过样机技术鉴定,并一致认为:这种仪器具有灵敏度高、频带宽、抗干扰能力强、适用性广等特点,用同一个探头就可以开展应变固体潮、应变地震波、和地球自由振荡诸方面的研究,对于地球科学的研究具有重要意义和较广泛的应用价值。经过进一步改进完善,可以在地震重点监视区开展密集化观测,有助于研究地球应力场、地壳力学状态及其结构的微小变化,并可获得较为可靠的地震前兆信息。

压容式钻孔应变仪是由鹤壁市地震办公室工程师、河南省政协委员池顺良等同志独立设计研制的。一九七六年唐山地震以后,面对强烈地震的巨大破坏,他怀着寻找预报地震有效方法的强烈愿望,在分析研究当时国内外地震前兆仪器现状基础上,提出了“应力-应变地震仪”(即宽频带钻孔应变仪)的设想,曾不断地求教过出席这次会议的秦馨菱、王仁、许厚泽、高龙生、张奕麟和未能出席这次会议的傅承义、顾功叙、曾融生等专家、学者,得到他们的重视和指导。在河南省地震局支持和推荐下,先后列为河南省科委、国家科委、国家地震局的重点科研项目。时经四年反复试验研究,保证了设计原理的正确和技术的成功。

这种仪器的整体功耗小、体积小、操作简单、维修方便,容易掌握,传感器灵敏度高达10-11量级,能分辨出百分之一个氧分子直径的微小位移(即万亿分之一米)。能够将日、月对地球引力变化引起的形变,即固体潮现象清晰显示出来,就可能从中提取出较为确切的与前兆有关的信息。它记录到的地震震相,可与摆式地震仪的记录比美,引起了国外学者的注意。美国地球物理学家Agnew给池顺良的信中称赞道:“您的仪器在高频端比我们P.F.O.台上工作的任何仪器都好得多。”

这种仪器可在基岩区也可在厚覆盖层区钻孔安放使用。尤其是我国多地震的大华北、西北地区,有广泛厚覆盖层分布,应力应变和地震学方面一直没有较合适的观测仪器。压容式钻孔应变仪将为其添翼增足。一些专家和领导同志称赞这一研制成果是“专群结合的硕果”。

这项研制工作之所以获得成功,一是由于党的知识分子政策,领导识才、用才、护才。鹤壁市科委、地办的领导同志在业务方向上看得准,在后勤保证工作上做得好,勇于担担子;二是课题带头人池顺良同志具有强烈的革命事业心,具有坚忍不拔的攻关毅力和不辞劳苦的实干精神。他信念坚定,善学广识,思路清楚,勤于实践,肯于求教,工作严谨,征得了各方面的支持和帮助。在赞扬和成绩面前不满足,深感原理样机在定向、标定精度,调零机构改进、安装技术等方面还有大量工作要做。使该仪器在技术上更成熟,为地震科学、地震预报和经济建设提供应用。

 

鉴定会后,又通过野外多个台站二十年实地试验,发现问题不断改进。灵敏度、稳定性优于美、日,具有数据自检功能,能够检测地球动力全频段应变信号,可连续工作十年以上极少出现故障的YRY型“钻孔应变地震仪”终于问世。

 



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