通州台井下地电阻率测深初步分析

2020年7月12日唐山古冶 M_S5．1地震发生前,井下小极距地电阻率出现快速下降-折返的变化,变化形态、异常时长符合地电阻率孕震机理变化,但下降幅度远远小于地表大极距地电阻率孕震过程的变化幅度.因此,文章基于通州台地下电性结构和装置系统,采用数值分析方法,分析地表和井下小极距地电阻率的探测深度.结果表明,当底层电性变化区域介质电阻率发生某种减小时,通州台地表和井下小极距地电阻率装置系统地电阻率观测值会下降,下降的幅度随着深部介质电阻率变化区域上界面向上的扩展而增大.相比地表观测,井下小极距电阻率观测能更显著地接收到深部电阻率变化信号,对孕震有更强的反映能力.     

唐山地震前近震中区地电阻率的震前突变现象

1976年唐山地震前,在距震中250公里范围內已经建立了16个地电台站。震前10天内有几个台站地电阻率在较平静的趋势背景值上出现大幅度突变异常,尽管这些台站占少数,但却集中分布在发震的沧东断裂附近。 根据唐山地震震源机制解结果,以及发震构造和地下水位变化的实际资料说明,地电阻率突变异常的空间分布与唐山地震断层面是一致的,与震前地下水位变化异常带也是吻合的,地下水震前变化在时间上与地电阻率突变的出现是同步的。      

昌黎台地电阻率的年变化

1976年唐山7.8级地震前,昌黎台地电阻率曾出现短期和临震加速下降异常,震后转折回升(图1)。但1977年至1979年,地电阻率每年都出现与唐山大震前后相似的下降和回升。那么,唐山大震前的地电阻率变化是地震异常吗?     

唐山7.8级强震前震中周围形变电阻率的下降异常

1976年7月28日唐山7.8级强震前,北京、天津、唐山地区已布设14个形变电阻率观测台站,其中9个台,震前2-3年内记录到形变电阻率长趋势下降异常,这9个台围绕震中形成一个半长轴可达150公里的异常区.位于震中区的两个台还记录到临震前2-3个月内的加速下降异常.根据现场条件下地表浅部岩（土）层受压时,视电阻率下降的实验结果,认为在震中周围较大的区域内,震前浅部岩（土）层被压密,其压缩线应变的数量级约为3×10^-5.这一认识得到唐山震前地面基线实测资料的支持.     

基于断层虚位错模式讨论2008年汶川MS8.0地震前视电阻率变化

2008年汶川M_S8.0地震前,距震中450km范围内有7个视电阻率台站运行,震前记录到了不同形态和幅值的变化。本文采用断层虚位错模式,在模型中将汶川地震同震滑动位移按大小相等但方向相反的方式进行加载,计算震前产生这些同震位错所需积累的应力应变分布。计算结果表明：在100m深度,震前正应力和剪切应力主要积累区域位于龙门山断裂带两侧约100km范围内,最大应力变化量为0.5MPa;体应变积累区域与应力积累区域基本一致,最大应变值为10^-5,显示这些区域在震前存在较高的挤压应力应变积累,而在这些区域外,应力应变积累程度较低。成都台和江油台位于震前主要的应力应变挤压积累集中区域,视电阻率观测数据均为震前下降-准同震阶跃-震后回升,与震前应力应变积累-震后释放的变化形式一致,这2个台站震前的异常变化与汶川地震关系密切;而甘孜台、武都台、冕宁台、小庙台和天水台位于应力应变积累较弱的区域,其视电阻率变化与汶川地震的关联性较弱。     

2008年汶川MS8.0地震前定点观测电磁异常回溯性分析

对2008年汶川M_S8.0地震周围定点台站观测的电磁异常的相关研究进行了简要的回顾分析,以期加深对汶川地震孕震过程中电磁异常的解读.震中周围8个地电阻率台站震前出现不同形态的异常变化,结合震后地电阻率变化形态分析,仅近邻地震破裂带的成都和江油台异常变化符合已有的地电阻率孕震异常机理.在4月24日和5月9日大致沿南北地震带出现两条南北走向的低点位移线,成都台地磁转换函数、谐波振幅比、帕金森矢量和垂直极化强度等主要反映了地下介质电性在震前出现的异常变化;断裂带附近的地电场和电磁扰动在震前出现波形畸变和能量增强,距离较远的西昌台阵和天祝—松山台阵内地电场也出现功率谱能量增加和裂隙渗透方位角扰动等短期异常现象,甚至沿龙门山断裂带NE方向1300km外的河北电磁扰动台网震前数月也出现自观测以来最大幅度的异常变化.     

地震前地电阻率变化十例

本文再给出1976年7月唐山地震以外的我国10次地震前地电阻率(ρ_x)变化的震例,其中包括 M≥6的强震震例5次.每次地震前震中附近均有二个以上的台记录到(ρ_x)值同步变化.部分震例还对比给出地电阻率台附近测地基线的资料.发现不少地震前震中区浅层的(ρ_x)值有下降现象,这与唐山震例[1,2]相似,但也记录到(ρ_x)值上升或反复升降的例子.目的只是为了提供和积累更多的现象.因为一次大地震前,在震中附近设有地电阻率观测台而有记录的机会,就全世界来说尚是极少的.尽管这种变化仅局限于地表以下的浅层.      

云南地区7级大震震源区地震活动特征研究

研究了云南地区1970年以来发生的7次7级大震(1970年通海7.7级地震、1974年昭通7.1级地震、1976年龙陵7.4、7.3级地震、1988年澜沧—耿马7.6和7.2级地震,1996年丽江7.0级地震)的5个震源区震前、震时(余震活动阶段)和震后的地震活动性及b值、p值的变化特征。结果表明:震源区地震活动水平在震前和震后存在较大差异,总体上震前活动水平高于震后(不含震后序列活动时段),而震后震源区地震活动一直处于衰减状态,活动水平越来越低。     

海城、唐山大地震前后地震空间分布信息维数D_1的特征

依信息维的定义:本文给出计算地震空间分布信息维数的具体方法。由此计算了海城、唐山地区1970—1987年地震空间分布的信息维,发现海城7.3级、唐山7.8级地震前2—3年,信息维D_1均有一个明显的异常下降过程,临近大震之前达最低值,震后逐步回升,但回升速度却有快有慢。对地震空间分布信息维结构、无标度区及其上下限等进行了分析,对其物理含义进行了初步的讨论。结果表明,无标度区一般仅跨越1个数量级,无标度区上限标度值在不同时段基本保持不变,相对较为稳定;无标度区下限标度值在大震前数年开始变小,大震后回升,在某一标度范围内波动,稳定性较大震前正常时段为差。本文还指出,无标度区下限标度值除指示出样本数据噪声背景的大小外,似乎还随孕震过程的发展而发生一定的、规律性的变化。     

汶川MS8.0地震前成都台NE测线 地电阻率异常的进一步研究

汶川M_S8.0地震前, 位于震源区内的成都台NE测线地电阻率显示了数年大幅度趋势下降异常, 其年变化甚至严重畸变到消失的程度, 它和多年来我国7级以上大地震记录到的异常形态有极大的相似性, 被认为是最清晰的异常之一. 然而, 长期的观测表明, 成都台NE测线地电阻率与测区潜水水位年变化呈正相关. 因此, 关注异常发展过程中测区水位变化, 成为汶川M_S8.0地震震例地电阻率异常科学总结的重要课题之一. 本文通过对成都台建台以来NE测线地电阻率的全程分析, 确认与汶川M_S8.0地震有关的地电阻率异常变化属于全程变化的第三阶段(1999—2008年). 分析了第三阶段同步观测的地下水位数据, 并进行了地电阻率和地下水位趋势变化的综合分析. 最终确认与汶川M_S8.0地震有关的地电阻率异常经历了前、 后两个时段: 前期2004年2月—2006年2月, 小幅趋势上升, 幅度约为1.9％; 后期2006年2月—2008年2月, 趋势下降, 幅度达-6.8％, 如此大幅度快速下降现象, 是成都台建台30多年来从未见到的. 基于前人开展的试验工作的启示, 推测与此下降相应的测区底层(h＞96.6 m)介质电阻率减小量可达22.3％左右. 其量级之大, 须用承载标本试验中岩石破裂前微裂隙广泛发育和排列趋同化导致的地电阻率变化来解释, 由于成都台位于汶川地震震源区内的特殊位置, 可以作为汶川地震孕震物理过程研究中的重要约束条件之一.      

唐山地震前后的应力变化

在距唐山地震震源约百公里的大港油田,以水压致裂法,在深度1000——4000米之间,测定了69次地应力值,对比了1973——1980年大地震前后八年内的应力值变化.在主震前,构造应力场出现明显变化:(1)水平应力梯度降低,即在最大与最小水平主应力方向呈现应力松弛;(2)水平应力与深度的相关系数降低,即构造应力场受到扰动;(3)断层滑动系数增高,断层出现无震蠕动.此外,结合地质构造与应力测量结果,对唐山地震发生过程中的一些异常现象,如无震蠕动、地下水位变化、浅层和外围地区的应力松弛,以及应力沿断层面向深层和闭锁区的转移等,进行了分析和讨论.      

澜沧7.6级地震前的地电异常特征

本文分析了1980年以来云南省4个地电台的电阻率观测资料,发现澜沧7.6级地震前腾冲台电阻率有明显异常。其特征是:电阻率各向异性现象明显;震前电阻率有明显的阶段性。     

区域震群与唐山大震ht

作者把强震孕育过程中处于一定构造条件下的一系列震群事件,统称为区域震群.分析1967年以来华北区域震群的时空进程发现:大约在唐山大震前5年,在未来大震震中区外围,形成了一个震群活动的空区,在空区外围,则出现了一个震群相对活跃的环形区域.环形区域内的震群表现出与唐山大震孕育过程有关的、逐渐增强的阶跃式活动,并在孕震不同阶段的转折时期相对密集;与此同时,大范围区域震群还经历了远场一近场的往返迁移.大震前后区域震群的这种时空分布与地震活动其它指标的变化有所呼应,它们在一定程度上共同勾画出强震前近场与远场的异常特征.由此认为,研究区域震群的时空特征,有可能为强震预报提供某些线索.      

灰色预测系统在唐山地震前兆数据处理中的应用

本文应用灰色预测系统GM(1,1)模型,对宝坻等四个台唐山地震前地电、水化、水位、形变等手段的月均值资料进行了处理。结果表明:宝坻地电、管庄水氡、宁河俵口水位及牛口峪定点水准都出现了不同程度的震前异常变化,从而证明了灰色预测系统在地震前兆数据的处理中有着一定的应用价值。     

地电阻率的分数维结构

利用重建动力学相空间的方法，对唐山地震前后其周围几个台站及山丹地电台１９９０年的地电阻率观测资料进行了关联分维、李雅普诺夫指数及复杂度的计算，结果表明，地电阻率时间序列具有分维结构，在正常情况下，其吸引子维数在２．５左右。由复杂度的计算结果得知，地电阻率变化远比其它已知的标准奇怪吸引子复杂。     

震源区的应变调整与水氡变化

1976年唐山地震后,随着一系列余震的发生,震源区进行应变调整。根据贝尼奧夫公式,可由唐山地震序列求出震源区相对应变变化过程。此过程与震源区内一水准观测点所测的垂直形变相对变化基本一致。震源区内水氡的变化与相对应变相关。据此相关性进一步讨论提出,震源区內水氡在主震后的上升可能与震源区应变调整、含水岩层宏观裂隙累积增长有关。      

地电阻率瞬时突变序列变化与临震预报

本文采用断裂力学观点，分析研究了一些临震预报实验结果与地电实际观测资料。发现在强震与部分中强震前，震中附近的台站，除能预测到有关地震的地电阻率日突变序列的短期异常变化外，在瞬时突变序上还能看到临震前明显的突变现象，还是震前三个月里的最大瞬时突变，从它的出现至发震所需的时间，将随震中距的减少而缩短，且与震级有关，对于强震多集中出现在震前一个月内，中强震为十天内，并有由外围向震中收缩的趋势，其平均收缩     

地电阻率长趋势变化及其预测意义

为了深入研究地电阻率1年尺度以上趋势变化的区域性和同步性,本文从地电阻率与水位、水准的关系以及地电阻率固体潮现象的角度,通过理论、实验、实例分析了地电阻率趋势变化产生的原因.分析结果显示,地电阻率趋势变化与观测系统或水位(非构造水位)无关,而与周围构造变化有关,且趋势上升和下降分别反映了周围应力场的压性和张性变化.在此基础上,以高邮台和成都台为例,从地电阻率与周围地震的关系分析了地电阻率趋势变化的场兆特征,结果表明地电阻率在上升趋势转折时更具有短期的预测意义.本文结果可以为研究地电阻率的长期趋势变化现象提供参考; 未来地震的预测需在综合各台站观测结果的基础上才能有效地判定区域应力场的方向和相对幅度,从而给出有意义的地震前兆预测结果.