[发明专利]一种地表位移测量研究的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地表位移测量研究的新方法，其属于物理学、地球物理学、工程力学、材料力学、地球动力学、地震灾害预测科学基础理论、大地测量学及其应用技术研究领域。

背景技术

目前，国内外用于地表位移和地震观测的仪器主要是根据当前物理学和力学理论思想方法制造的各种仪器，其缺陷主要是不能消除地表位移现象中存在的相对性问题，数据的统一性规律差，并且缺乏根本性问题方面的探索，数据在时间和空间上连续性差，不能满足地表动态变化规律统一研究的需要。

发明内容

本发明针对当前国内外地表动态观测研究中难以消除相对性、难以满足地层性质研究和地震预测研究需要的不足，提供一种地表位移测量研究的新方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1、超远两点关系变化测量即大范围地表位移差别观测研究方法与设施

工具：无线电发射站与无线电接收器站。

方法与原理：从发射点定时发射特定频率的电磁波，在接收点接收该电磁波。发射点发射电磁波的信号是发射时间，设为t₀；接收点接收到该信息的时间设为t，接收器自动记录发送时间和接收时间，并自动列表；假设信号在空间运行的速度为u。如果信号从发射点呈直线传递到接收点，那么，两点之间的距离为

l＝u(t-t₀)。

如果信号发射点与接收点之间的水平面高度不同，那么，距离l就不是水平线段，有一定的倾角，如图1所示。假设该倾角为θ，那么，换算为水平距离的公式为

L＝lcosθ＝u(t-t₀)cosθ。

两点之间的高差为

H＝lsinθ＝u(t-t₀)sinθ。

随着时间的推移和地壳的运动，两点之间的距离不断发生改变。设两点之间的初始水平距离和终止水平距离分别为L₀和L_t，那么，两点之间的水平距离变化量为

△L＝L_t-L₀。

设置长期观测站，采集两点之间的距离变化数据，并传送到电脑，从而获得两点之间距离变化与时间之间关系的规律，即地壳运动信息。

方案：在广大地区设置系统统一的观测站与网络，设置一个中心发射站，向周围布设接收站网络观测系统。发射站相当于参照点，应选择设置在稳定不动的地表位置。从发射中心点向外呈辐射状布设接收点，在每一条辐射线上根据需要按照一定距离布设多个信息接受点，从而获得稳定地段和不稳定地段的信息。信息接收点布置密度也可根据实际进行调整，不能密度过大造成经济浪费，也不能密度过小难以确定剧烈变化点的具体位置。另外，由于观测点建设具有长久使用意义，所以，不能将其设置在具有被破坏可能性的地点，需要防止地质灾害的威胁。观测网络平面布置方案如图2所示。

为了更准确掌握地表位移状态，也可以布设多个信号发射站，但一块大陆最多不要超过五个，以免造成混乱。

地表点与点之间的距离变化信息掌握了，就等于地壳运动规律掌握了一半。这种观测系统可以自动定时发射和接受信息，属于一个统一的自动观测系统，所以，一个人、一台电脑可以完成一个很大区域的地表动态观测与数据处理工作，效率高，在时间和空间上连续性好，可靠性强。这种观测系统主要用于对大的地质构造运动进行长期观测。通过长期观测，人们可以及时掌握地壳运动状态。

2、地震观测方法即局部地表动态观测方法

当地壳上有地震或火山爆发现象发生时，地球表面会出现波动。地震波的传播运动属于较为剧烈的运动，其波动幅度较小，难以利用超远距离观测设施和网络来实现准确观测。因此，需要单独考虑地面振动观测方法。

地震波的传播运动规律如图3所示。在地震波的观测实践中，人们发现地震波有三种类型：纵波、横波和面波。纵波的传播方向直接指向地面观测点，横波的传播方向与纵波垂直。面波只在地表面出现，它是一种特殊的波：当纵波和横波传播到地面以后，沿着地面传播并叠加合成，形成了一种具有很强破坏性的波。这种地震波在地面的叠加合成，包括传递到各个地面点的纵波之间的叠加合成和传递到地面各个点的横波之间的叠加合成，还包括纵波和横波在地面上传播中的叠加合成。

一般来说，纵波首先到达观测点，横波滞后，面波最晚到达。因此，在地震观测中，可以先后观测到三种不同类型的波。纵波与地面点之间的作用关系如图4所示。地震发生后，地面点首先接收到的地震波是纵波。纵波的波动与震源作用强度即单位波源受作用面接受的冲击力σ之间的关系式为