地电阻率多极距观测反演初步研究

地电阻率多极距观测的目的是借助对观测数据的反演获得地下介质中不同层位真电阻率的变化.本文以3层结构为例,对地电阻率多极距观测的一维反演的效果进行了初步地理论研究.首先研究了一维地电阻率结构下观测数据一维反演的模拟效果,得到了各层电阻率值,且与真电阻率值很接近,说明在地下电性结构为一维的情况下,电阻率多极距观测可以区分出不同地层的电阻率变化.其次,考虑到台址下电阻率结构的复杂性,研究了上两层界面存在起伏的情况下,多极距观测数据一维反演的效果,结果显示:当电阻率变化较小时,各层反演得到的电阻率的变化与真电阻率十分符合;当上两层介质的电阻率变化较大时,各层反演得到的电阻率出现畸变,与真实电阻率的变化情况存在一定差别,表明浅层电阻率变化达到一定程度后将会影响对深部电阻率变化情况的正确判断.一般情况下,观测的时间间隔越短,则连续两次观测时段内各层介质的电阻率变化越小,因此缩短多极距观测的时间间隔可能是避免出现上述畸变现象的有效观测手段.      

昌黎地电台多极距观测系统的设计

基于对昌黎地电台地下介质的一维电性结构模型,分析了不同深层介质的响应系数、多极距布设方式及理论探测深度。结果表明:当MN分别取1/3 AB、1/4 AB、1/5 AB时,各层的响应系数变化趋势非常一致;据初始电性结构模型分析,4个不同深层中第3层的电阻率测值贡献率最高,达到70%,因此,在设计多极距观测布极时主要考虑第3层的贡献,该层的供电极距对取300~500m较合适,第3层最大贡献率为60%,当供电极距对不超过1 000m时,第4层贡献率仅为20%;根据不同深层介质响应系数分布情况和台站实际观测条件限制,多极距布设方式为5种,分别为1 000m、500(或400)m、400(或300)m、125m、30m。5种布极的理论探测深度在14~96m,此结果由昌黎台介质的电性结构所决定。     

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。     

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。      

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。     

延庆台井下小极距地电阻率观测系统分析

随着经济建设的发展, 地电阻率定点观测区环境被干扰严重影响观测质量, 装置系统在地表布设的工作方式难以取得有效观测和持续发展, 因此装置系统向井下深部布设受到人们关注。 同时, 地表大极距观测方式难以持续发展, 也促使地电阻率定点观测向井下小极距观测方式发展。 井下小极距观测相比地表大极距观测占地面积小, 能较好地排除或减弱地表测区环境干扰对观测结果的影响, 既能适应经济发展的需要, 又能较好地为地震监测服务。 2018年, 在总结已建井下地电阻率台站布极方式和建设工艺的基础上, 新建延庆台井下小极距地电阻率观测。 本文重点分析了延庆台井下小极距地电阻率观测装置系统建设中的几个关键问题, 如水平向和垂直向观测相结合、 布极方式、 电极制作和埋设深度等装置系统技术过程, 以及水平向和垂直向观测装置系数的计算等。 延庆台建设较好地获得了近全空间观测布设, 从理论上解决了井下小极距地电阻率建设的难点, 为将来要进行井下小极距地电阻率观测装置系统建设的台站提供参考。     

井下地电阻率观测中布极参数的确定方法

为压制地电阻率浅层干扰、突出深部以地震预报为目的的有用信息,选取了小江断裂中段一个场点作为实例,研究了井下地电阻率前兆观测中确定电极埋深、电极间距等布极参数的方法。结果表明:选择井下电阻率观测布极参数时要考虑影响系数和探测深度2个主要因素,即地下潜水位面以上各地层的影响系数应远小于深部各层,探测深度范围内最底层(受孕震影响最大的层)的影响系数应远大于其它各层,观测系统的探测深度最好不小于已有震例指示的地电阻率观测系统的探测深度。按照该方法选择了所给场点的井下电阻率观测布极参数,即电极埋深200 m、供电极距1 050 m、测量极距350 m,按对称四极布置,可获得最佳观测效果。     

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.     

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。      

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.     

多极距地电阻率观测系统的分布式电极控制器研制

详述数字电极的系统构成、电路结构、通信协议和其他关键技术。该系统的通信网络结构基于RS-485现场总线,通过环境测试和台站试验,发现数字电极技术适用于多极距电阻率系统。     

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。     

新城子井下地电阻率观测影响系数分析

以新城子观测站地电阻率为研究对象,结合新城子观测站电测深资料通过影响系数理论用水平层状介质模型对比分析地表、井下地电阻率两种手段的观测效果,对新城子地电阻率观测各层影响系数随深度和极距的变化分析新城子井下地电阻率观测布极的合理性。其结果反应为新城子地电阻率井下观测设计较为合理,减少场地资源的同时对地表和浅层干扰有更好的抑制作用,对深层的映震能力优于地表观测,分析结果可为类似台址电性结构中实施井下地电阻率观测提供参考。     

地震监测中的电阻率层析技术

将电阻率层析技术应用于地震监测,由视电阻率值重建出介质的真电阻率图像,取得了较好效果.在宝坻台和昌黎台设立的两个试验点上于1998年4月14日ML5.0和ML4.4唐山两次地震前的6天左右层析图像出现了明显的异常变化:宝坻台的电阻率图像一改通常的在平稳背景上叠加小量随机变化的特点,出现了一种有序性特征的新图样;昌黎台也出现了反差加大、高低阻区集中分布的有序性特征.上述异常图样均在震后消失.层析图像在震前出现的熵值降低可能是这次地震活动的前兆.地层导电结构和孔隙度的变化,是引起电阻率异常的直接原因.研究表明,常规的单一极距的视电阻率测量之所以对真电阻率的变化不敏感且丧失空间分辨能力,是由于该物理量同时具有积分值和位函数这两个固有特征所决定的.在地震监测中,改造现行观测系统,引入层析成像,是发展技术的方向.     

深埋电极的地电阻率观测研究

首先研究了四极观测系统装置系数与电极埋深的关系;然后给出了点电流源在3层地壳模型的地表和第二层时,电源所在层的电位的解析表达式;最后将天津宝坻地区的电性结构简化成一个3层模型,计算给出了当地表层和基岩中的电阻率出现变化时,在地表和基岩上层开展四极地电阻率观测结果与供电极距和深度的关系.     

平凉台井下地电阻率观测影响系数分析

根据地电阻率影响系数理论,以平凉台4层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测影响系数随深度和极距的变化。结果表明:对于固定的观测极距,影响系数与电极埋深之间的关系复杂;通过计算各层影响系数的大小,认为平凉台井下观测对地表及浅层干扰有较好的抑制作用,其分析结果可为在类似台址电性结构中实施井下地电阻率观测时选择电极埋深和供电极距提供参考。     

2013年芦山MS7.0地震前甘孜台地电阻率变化分析

甘孜台地电阻率N30°E测道观测资料自2011年7月开始出现趋势上升变化,N60°W测道地电阻率则从2012年出现趋势上升变化.2011年测区原317国道实施扩建工程,N30°E测道测量电极分别向供电极方向移动10m.采用甘孜台电测深曲线以水平层状模型反演了测区的电性结构,理论计算表明,测量电极的移动将会引起N30°E测道4Ω·m的上升变化,扣除这部分变化后,甘孜台两测道观测值于2012年同步上升.以水平层状模型计算了甘孜台两测道各层介质的影响系数,两测道浅层两层介质影响系数均为负,能合理地解释甘孜台地电阻率在雨季降水量增加时观测值上升、旱季降水量减少时观测值下降这一“夏高冬低”的年变现象.建立三维有限元模型计算了317国道拓宽部分对观测的影响,计算结果表明,拓宽部分仅能引起N60°W测道约0.15Ω·m的下降变化和N30°E测道约0.1Ω ·m的上升变化,其对观测的影响非常小.同时2013年1月甘孜台两测道年变低值显著高于2008年以来各年的年变低值,在芦山地震前呈同步的上升变化,但是与汶川地震前的下降变化相反,因此甘孜台自2012年的趋势上升变化是不是芦山地震的前兆异常还难以确定.     

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。     

北京市延庆地震台地电阻率长程观测数据研究

分析北京延庆台1988年以来地电阻率观测资料的可靠性,讨论归一化变化速率方法,用以处理该台地电阻率长程观测数据;结合北京及邻近地区近三十年来发生的7次中强地震,研究该台地电阻率异常与地震的对应关系。结果表明:延庆台地电阻率观测对附近的中等以上地震和远距离大震有一定的映震能力,可为今后该台附近及邻近地区的地震提供中、短期预测预报参考依据;同时该台在中国大陆及周边远距离大震前也观测到了时间上对应的地电阻率异常。