1、引用格式：彭华，马秀敏，孙尧，等，2023.DRY-1B 型电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用 J.地质力学学报，29（3）：313323.DOI：10.12090/j.issn.1006-6616.20232902Citation:PENGH，MAXM，SUNY，etal.，2023.KeytechnologyandapplicationofDRY-1BcapacitivecomponentboreholestraingaugeJ.JournalofGeomechanics，29（3）：313323.DOI：10.12090/j.issn.1006-6616.20232902DRY-1B 型
2、电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用彭华1,2,3，马秀敏1,2,3,4，孙尧1,2,3，姜景捷1,2,3，郝飞1,5PENGHua1,2,3，MAXiumin1,2,3,4，SUNYao1,2,3，JIANGJingjie1,2,3，HAOFei1,51.中国地质科学院地质力学研究所，北京100081；2.自然资源部北京地壳应力应变野外科学观测研究站，北京100081；3.自然资源部活动构造与地质安全重点实验室，北京100081；4.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083；5.中国地质大学（武汉）地质调查研究院，湖北武汉4300741.Institute of Geomechanic
3、s,China Academy of Geological Sciences,Beijing 100081,China;2.Observation and Research Station of Crustal Stress and Strain in Beijing,Ministry of Natural Resources,Beijing 100081,China;3.Key Laboratory of Active Tectonics and Geological Safety,Ministry of Natural Resources,Beijing 100081,China;4.Sc
4、hool of Civil and Resources Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;5.Institute of Geological Survey,China University of Geosciences,Wuhan 430074,Hubei,ChinaKey technology and application of DRY-1B capacitive component borehole strain gaugeAbstract:Thispaperbrie
5、flydescribesthetheoreticalbasisoftheDRY-1Bcapacitivecomponentdrillingstraingauge(drillingstraingauge).Itdiscussescriticaltechnologiessuchasmicro-displacementsensing,noisereduction,temperaturecontrol,performancetesting,andcalibration.Thestraingaugeachievedhighresolution(51011),wideband(10100Hzoptiona
6、l),extensivedynamicrange(1103),24-bitADrecording,lowpowerconsumption(3W),andothertechnicalindicators.ItsperformanceisbetterthantheUnitedStatesPBOandJapanboreholestraingaugeofthesameperiod,anditisaninternationalleadinglong-termobservationinstrumentforcrustalmovement,whichcanbasicallymeettheobservatio
7、nrequirementsofcreepmovementwithslowaccumulationoflong-termstrainandseismicandvolcanicactivitywitharapidchangeofshort-termstrain.Since2008,throughtheapplicationofmorethan20geostressstations,theboreholestraingaugehasrecordedalargeamountofstraininformation,suchascrustaldeformation,faultactivity,co-sei
8、smic strain wave,strain step,and ore pressure activity.Based on the results of the self-consistency test of strainmonitoringdataofthegeostressstationintheBeichangshanMountainandtheanalysisofseismicmappingcapacityoftheTurkeyearthquake,itisfoundthatthestraincurvesofthe1#+3#and2#+4#capacitancesensorsat
9、theBeichangshanMountainstressstationaregenerallystable,andthecorrelationcoefficientR2is0.95.Theannualvariationrateofthedifferentialstrainof1#3#and2#4#elementsis108magnitude,whichreflectsthattheshearstressisdominantintheLongIslandareaandthestressenvironmentofseismicactivityisrelativelyhigh.Thestraing
10、augewasusedtoobservetheapparentco-seismicstrainresponseofTurkeysM 7.8andM 7.5earthquakesonFebruary6,2023.Inparticular,itobtainedtheM 7.8mainseismicsurfacewaveperiodof5060s,presentinganout-facingwaveanomaly.Theoretically,thestrain基金项目：中国地质调查局项目（DD20230249，DD20230014）；中国地质科学院地质力学研究所基本科研业务费（DZLXJK20210
11、6）ThisresearchisfinanciallysupportedbytheChinaGeologicalSurveyProject(GrantsDD20230249&DD20230014)andtheBasicScientificResearchFundoftheInstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences(GrantDZLXJK202106).第一作者：彭华（1964），男，博士，研究员，长期从事地应力仪器研发、地应力测量及监测、地壳稳定性调查评价等研究工作。E-mail:通讯作者：孙尧（1983），男，博士，助
12、理研究员，从事地震学、地应力测量和监测等方面研究。E-mail:收稿日期：20230228；修回日期：20230430；责任编辑：范二平第29卷第3期地质力学学报Vol.29No.32023年6月JOURNALOFGEOMECHANICSJun.2023wavegeneratedbytheM0.74earthquakeswithin100kmcanbedistinguished,andtheapplicationdemonstrationeffecthasbeenachieved.Theboreholestraingaugehasgoodpopularizationvalueandapplic
13、ationprospectsingeodynamicsresearchandinternaldynamicgeologicaldisastermonitoring.Keywords:capacitivecomponenttype；drillingstraingauge；differentialcapacitancedisplacementsensor；coseismicstrainresponse；internaldynamicgeologicalhazardmonitoring摘 要：文章简述了 DRY-1B 型电容分量式钻孔应变仪（简称“钻孔应变仪”）的理论基础，攻关了微位移感知、降噪、控
14、温、性能测试、标定等关键技术，并通过了性能测试，标定结果表明：该应变仪达到了高分辨率（51011）、宽频带（10100Hz 可选）、大动态范围（1103）、24 位 AD 记录、低功耗（3W）等技术指标，其性能优于同期美国 PBO 和日本同类钻孔应变仪，是一款国际领先的地壳运动长期观测仪器，基本能够满足地壳长期应变缓慢积累的蠕变运动和短期应变快速变化的地震火山活动等观测需求。2008 年以来，通过 20 余个地应力台站的应用，该钻孔应变仪记录到大量的地壳形变、断裂活动、同震应变波、应变阶跃、矿压活动等应变信息，并以北长山地应力台站应变监测数据自洽性检验和土耳其地震映震能力分析为例发现：北长山地
15、应力台站电容传感器 1#+3#和 2#+4#元件应变曲线总体平稳，相关系数 R2达到 0.95；1#3#和 2#4#元件的差应变年变化速率为 108量级，反映出长岛地区以剪切应力为主，且处于地震活动相对高的应力环境；利用该应变仪观测到 2023 年 2 月 6 日土耳其 M 7.8 级和M 7.5 级两次地震明显的同震应变响应，尤其是获取了 M 7.8 级主震面波周期为 5060s，呈现出面波异常，理论上可分辨出 100km 范围 M 0.74 级地震产生的应变波，达到了应用示范效果。该钻孔应变仪在地球动力学研究、内动力地质灾害监测等领域具有较好的推广价值和应用前景。关键词：电容分量式；钻孔应
16、变仪；差动电容位移传感器；同震应变响应；内动力地质灾害监测中图分类号：P315.72+7文献标识码：A文章编号：10066616（2023）03031311DOI：10.12090/j.issn.1006-6616.202329020引言地球表面变形、地壳内部构造运动及其引发的各种地质灾害均与地壳应力作用密切相关，地壳应力状态的变化是导致岩体断裂、褶皱乃至地震发生的最直接动因（国家地震局科技监测司，1995）。高地应力是引起断裂活动、诱发重大地质安全问题的直接动力，而断裂活动是影响深地资源安全开采、重大工程地质安全的关键因素（陈念等，2021；丰成君等，2022；李彬等，2022；郑亚东，2022；朱思雨等，2023）。“十四五”期间，中国实施深地资源勘探开发战略和一批国家重大工程，急需加强断裂活动产生的蠕滑变形（持续应变）和黏滑错动（微震）监测，捕捉地壳应力应变积累引起的构造蠕变和突发失稳变形特征，以确定断层的活动方式和活动趋势，为内动力地质灾害机理研究及其预测提供重要支撑（范智旎和万永革，2020）。利用钻孔应变仪开展岩体内部地应变状态随时间连续变化的长期观测，获取地应变的时空分布
