地电阻率多极距观测中的最佳布极方式

对如何确定地电阻率多极距观测中的最佳布极方式, 包括极距个数和各极距长度的确定进行了研究。 确定最佳布极方式的主要依据是地下各层介质的响应系数随观测极距的变化规律以及采用不同观测极距对反演精度的影响。 以宝坻台为例, 讨论了在电性剖面参数已知的情况下, 如何确定多极距观测中各极距长度。 最后, 利用提出的最佳布极方式确定的装置系统对宝坻台模拟多极距观测资料进行了处理。 结果表明, 用最佳布极方式确定的多极距观测系统可精确计算出地下各层介质的真电阻率变化。     

地电阻率预报地震新方法的研究

采用单一极距观测地电阻率预报地震存在一些问题和困难。本文以地下浅部水平层状介质模型为基础, 建立多极距观测系统电阻率反演方法, 以探索提高地电阻率预报效能的新途径。多台的长期实验研究结果表明, 采用多极距观测反演方法获得的地下浅部勘探底层电阻率的变化预报地震, 比地电阻率变化预报地震具有明显独特的优越性。      

地电阻率的数值模拟和多极距观测系统

本文利用高精度的多层水平层状介质视电阻率计算公式,模拟了不同结构剖面、不同装置极距、不同规律的真电阻率变化,以及这种变化在介质中所处不同部位条件下地表视电阻率变化的计算结果;讨论了发生于介质中的真电阻率随时间变化在上述各种不同条件下,与在地表观测到的地电阻率(即视电阻率)变化两者之间的关系;指出为了解次异常变化与干扰变化的识别问题,应当将现行单一极距观测改造为多极距观测,并研究和发展相应的地电阻率随时间变化的反演技术和方法,以促进地电阻率法预报地震从看图识字的被动状态向物理预报方向转化。      

地震电阻率实验研究新进展及展望

准确的地震预报是减轻地震灾害的有效手段之一.地电阻率是一种被证实了的、有效的地震前兆参量,在我国自1966年以来的地震监测预报工作中发挥了且正在发挥着重要的作用.伴随着地电阻率在地震监测预报中的应用,关于电阻率变化特征和规律及其机理的实/试验从上世纪60年代以来从未间断.在实/试验中,主要采用了单极距观测系统.它的测量值代表了其探测深度到地表的整个深度层的综合效应,无法确定地下各层的贡献.为此,一些研究者探索新的地电阻率观测系统,进行了地电阻率多极距和电阻率层析成像观测的实/试验研究.本文对单极距观测系统的实/试验结果进行了简述,详细介绍、总结了多极距和电阻率层析成像观测的实/试验研究状况,最后提出了进一步研究的可能方向.     

分层均匀结构地电阻率影响系数一个重要特性普适性的证明

1问题的提出在地电阻率观测中,为分析观测到视电阻率的变化和地下不同区域介质真电阻率变化之间的关系,钱家栋等(1985)提出了影响系数理论。多数情况下,地电阻率观测区可近似为分层均匀的电性结构(图1),对于n层结构,设第i层电阻率为ρ,厚度为h(i=1,2.,…,n),其中底层厚度h_n→∞。     

地电阻率多极距观测系统及试验研究

目前, 我国用于地震前兆监测的地电阻率观测系统大部分都是单一极距的, 这种观测方法在实际观测中普遍存在着地电阻率季节性变化的现象, 这种季节性变化与地震异常变化一起叠加在观测值中, 给地震异常的识别和判定带来了一定困难。 而解决这一问题的有效途径就是进行地电阻率的多极距观测。 本文介绍了采用ZD8MI电阻率多极距观测系统在山丹地震台的试验观测情况, 该系统是最新研制的、 专用于地震前兆监测的地电阻率多极距观测系统。 一年多的台站试验观测和反演结果表明, 浅层电阻率的变化相对较大, 而深层的相对变化较小, 因此利用多极距观测系统进行不同层位的地电阻率观测, 对排除干扰和识别地震前兆信息显得尤为重要, 是地电阻率观测技术发展的一个趋势。     

四0四多极距地电阻率年变化特征分析

采用2018年6月—2020年6月间ZD8MI地电阻率多极距观测系统在四0四台的观测数据,分析各测道的年变化特征,发现随着观测极距的不同各测道年变特征也不同;通过不同极距实验观测和年变化模拟分析表明,浅层电阻率的变化相对较大,而深层的变化相对较小,四0四台的年变化是由浅层介质电阻率随温度的季节性变化引起的,不同测道的年变形态受浅层不同深度介质电阻率的变化出现相位差异。因此利用多极距观测系统进行不同深度范围的地电阻率观测,对定量识别表层非震干扰显得尤为重要。     

台址下表层介质电阻率变化对视电阻率观测值影响特征的初步研究

气候的交替变化将导致大地表层含水量发生变化，从而使该层介质的电阻率发生变化，进而使得观测结果(即视电阻率)发生变化，显然这对地震前兆观测而言是一种干扰。目前我国绝大多数前兆地电阻率台采用单极距观测方式，因此观测到的视电阻率变化应是表层变化(主要是干扰)和观测范围内深部变化(地下介质应力与应变状态发生变化)的综合反映。作先依据台址下的水平层状模型进行了模拟计算研究，发现大地表层含水量的变化对单极距四极装置视电阻率观测值的影响有两个特征：(1)无论台址下电阻率结构是下伏低阻还是下伏高阻，表层介质电阻率升高对观测值的影响都很小；(2)表层电阻率降低对观测值的影响很明显，且对下伏高阻结构的影响大于对下伏低阻结构的影响。然后用视电阻率实际观测资料说明了将其特征用于预报的可能性。     

郫县台多极距观测资料的反演和分析

本文利用水平层状介质模型及其响应系数理论对四川郫县台1984年五种不等极距的实测资料进行了反演。结果表明:反演得到的各层等效电阻率曲线可以直观、清晰地反映地下介质内部发生的物理过程。由于反演后能把表层季节干扰的非震变化从实测曲线中“检测”出来,从而得到探测范围内深层的平稳过程,这样对于在蕴震时段识别可能的前兆提供了一个良好的背景。因此进行多极距观测和反演可能会把地电阻率法预报地震的探索工作推向深入。     

晋冀蒙交界及附近地区小极距井下地电阻率观测装置设计

为提升2022年北京冬奥会期间地电阻率测项的震情保障能力,将对晋冀蒙交界及附近区域的宝昌、集宁、阳原、大同、代县、临汾、通州和平谷8个台站在原有观测基础上增加具有全空间性质的小极距井下地电阻率观测。本文根据台站钻孔岩芯剖面和电测深数据反演测区水平层状电性结构,利用介质对地电阻率观测的影响系数方法,计算影响系数随极距和埋深的变化,选择合适的极距和埋深,使浅层介质对地电阻率观测的影响尽可能小,使目标层位对观测的贡献尽可能大,减少浅层介质对观测的影响。由此得出了各台站观测极距及埋深等装置系数,在此基础上完成了8个台站观测装置的方案设计。     

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.      

大地电磁一维连续介质反演的曲线对比法

根据电磁波的传播特性，把视电阻率随周期变化的曲线转化为电阻率随深度变化的曲线，并以此作为初始反演的地电模型．通过初始地电模型得到的视电阻率曲线与真实模型的视电阻率曲线的对比，对初始地电模型的电阻率值进行校正．校正后的反演模型的视电阻率曲线与真实模型的视电阻曲线的拟合程度有所提高．然后如此反复进行多次校正，获得与真实模型更为接近的反演模型，反演的拟合误差一般小于ｌ％．模型试验和实际例子表明，该方法的拟合程度优于Ｂｏｓｔｉｃｋ法．     

Assessment of the reliability of 2D inversion of apparent resistivity data

The reliability of inversion of apparent resistivity pseudosection data to determine accurately the true resistivity distribution over 2D structures has been investigated, using a common inversion scheme based on a smoothness‐constrained non‐linear least‐squares optimization, for the Wenner array. This involved calculation of synthetic apparent resistivity pseudosection data, which were then inverted and the model estimated from the inversion was compared with the original 2D model. The models examined include (i) horizontal layering, (ii) a vertical fault, (iii) a low‐resistivity fill within a high‐resistivity basement, and (iv) an upfaulted basement block beneath a conductive overburden. Over vertical structures, the resistivity models obtained from inversion are usually much sharper than the measured data. However, the inverted resistivities can be smaller than the lowest, or greater than the highest, true model resistivity. The substantial reduction generally recorded in the data misfit during the least‐squares inversion of 2D apparent resistivity data is not always accompanied by any noticeable reduction in the model misfit. Conversely, the model misfit may, for all practical purposes, remain invariant for successive iterations. It can also increase with the iteration number, especially where the resistivity contrast at the bedrock interface exceeds a factor of about 10; in such instances, the optimum model estimated from inversion is attained at a very low iteration number. The largest model misfit is encountered in the zone adjacent to a contact where there is a large change in the resistivity contrast. It is concluded that smooth inversion can provide only an approximate guide to the true geometry and true formation resistivity.     

水平多层大地上垂直磁偶极频率测深的全波视电阻率

本文根据视电阻率定义的原则,以及用不同的场量定义的视电阻率效果不同这一事实,提出一种新的全波视电阻率定义.在全区同时用均匀大地上电磁场的三个分量来分区定义祝电阻率.在远区视电阻率由磁场的水平分量求出,在近区由磁场的垂直分量或其实分量定义,而在过渡区则由电场的水平分量确定.用这种方法定义的视电阻率为电磁响应的单值函数,它随频率变化的曲线显著改善,能直观地反映地层电阻率随深度的变化,数值比较接近地层的真电阻率值,假极值效应明显压低.在计算中用切比雪夫多项式分段拟合均匀大地电磁响应的反函数,并给出一套系数,由此算出的视电阻率误差小于1％.     

Electrical Imaging of Impact Structures

Electrical imaging provides important subsurface information for the construction of hypervelocity impact models. We here provide an overview and evaluation of the current electrical imaging methods used in impact cratering studies. Although apparent resistivity models are commonly used in the geoelectrical imaging of impact structures, the reliability of these models has not hitherto been determined. In order to assess these imaging approaches in impact cratering, we investigate for the first time the discrepancies between the apparent resistivity and true resistivity models of an impact structure. To this end, we present (1) a new true resistivity model of the Araguainha impact structure in central Brazil by applying L2-norm inversion to previously published data, (2) apparent resistivity model of the impact structure, and (3) models obtained from different stages of the iterative tomographic inversions. Our results show that changes in vertical resistivity gradient are significantly better defined in the true resistivity models than in the apparent resistivity model. On the basis of these results, we outline a new approach that true resistivity models can be effectively assessed by applying both L1- and L2-norm inversion schemes together with the monitoring of intermediate models from iterative inversion. The results of our study highlight the importance of tomographic inversion of resistivity data in impact cratering studies, and they provide a data modeling framework and foundation for cost-effective subsurface imaging of impact structures in the future.     

多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.     

大地电磁的人工鱼群最优化约束反演

大地电磁的反演问题是非线性,如果采用线性反演方法容易陷入局部极小,使得反演结果非唯一性严重.本文将人工鱼群算法引入到地球物理反演之中,提出了非线性的大地电磁人工鱼群最优化反演.该方法不需要进行偏导数的求取,可以对反演的范围进行约束,以减小反演结果的非唯一性.同时我们对搜索步长进行了改进,给出适用于大地电磁反演的人工鱼群参数.大量的理论数据试算表明,人工鱼群反演算法能够较好地寻找到全局最优解.实测数据的处理结果表明,该方法可以用来处理实际资料,并且能够取得很好的应用效果.