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.      

钻孔施工对新丰江和平地电台深井地电阻率观测影响的数值模拟

1 观测背景 深井地电阻率观测在消除地表干扰、季节天气变化影响等方面效果良好(刘昌谋等, 1994),是当前地电阻率观测的发展趋势.广东新丰江和平地电台于1992年起开展深孔布极地电阻率观测,并在几次显著地震前观测到明显的异常变化.2015年3—5月,该台地电阻率测值出现显著异常变化,怀疑为测区钻孔施工对电阻率测值的变化起了决定性作用.为深入了解地电阻率变化的异常机理,在现场调查核实的基础上,收集数据资料建立测区电性结构有限元模型,采用数值模拟对异常进行定量分析,探讨钻孔施工对地电阻率观测的影响幅度与规律.     

地电阻率观测装置布设与金属管线类干扰的关系研究——以平凉台为例

以平凉井下地电观测装置为例,采用有限元数值模拟的方法分析地电阻率观测装置布设与金属管线类干扰的关系。结果表明：(1)垂直于测线方向的金属管线对地电阻率观测的影响明显小于平行于测线方向的影响,最有效的抑制方法是增大金属管线的避让距离。(2)金属管线位于布极中心区域时,加深电极埋深并不一定能有效抑制干扰;对于金属管线垂直于测线方向的情况效果是显著的,但对于平行于测线方向的情况效果并不理想。(3)金属管线对井下地电阻率观测的影响是相对复杂的,它与装置系统(观测极距、电极埋深)、分层介质电性结构、金属管线自身的属性(电导率、横截面积、长度、距离)等因素有关。本研究方法可以快速判定资料异常变化的性质,对异常跟踪工作具有一定的参考意义,还可以为新建井下地电观测装置提供理论依据,从而提高台站的观测效能。     

剪切和摩擦滑动大模型的视电阻率变化幅度和各向异性

用石英砂、河砂和水泥模压制成1m×1m×0.3m的均匀和非均匀介质模型，对模型进行剪切和摩擦滑动实验，观测模型不同位置和不同方位的视电阻率变化幅度和各向异性特征. 均匀介质模型实验结果为：电阻率变化与测线的位置有关，距裂隙近的测线，电阻率变化幅度大，从百分之几到百分之几十；距裂隙远的测线，电阻率变化幅度小，从百分之几到不变. 对于非均匀介质模型，电阻率变化幅度要小一些，最大也只有百分之几. 电阻率变化除与测线的位置有关外，还与测线的方位有关，同一测点不同方位的测线，电阻率变化幅度不同，有的差别很大. 剪切与摩擦滑动两种加载方式的电阻率变化幅度数量级相同. 裂隙穿过部位及其附近测点的电阻率变化各向异性主轴方位解与剪切和摩擦滑动的实际裂隙方位吻合较好.     

Cerro Prieto地区偶极-偶极电阻率监测资料的解释

1978年以来,LBL已经在每年工作的基础上取得不Cerro Prieto地区的重复的偶极-偶极电阻率资料。沿着一条从Cucupa山延伸到Mexicali谷中心和穿过目前开采区的唯一的测线上布设的测点,具有足够高的测量精度,一直在进行重复观测,以探测地下电阻率的变化。其中有一些变化可能与流体开采有关,最近大多数测量结果(1981.11)的精度平均约为1％。两年半的监测结果说明,现开采区的视电阻率每年增加5％,而就这个区的东部和西部,视电阻率每年都以相同的幅度减小。开采区电阻率增加很可能是由于较淡的水稀释了热储流体所致,采出的水中氯化物含量降低就是这种推断的依据。为了确定钻孔中特定岩层的电阻率是否随时间变化,我们设法比较了新孔与邻近旧孔的测井资料,结果表明,相距甚近的钻孔中,各地层单位的横向电阻率的变化足以掩盖电阻率随时间的变化部分。开采区东部电阻率减小的地区与陡峭倾斜的导电体,即与较高的热梯度带和该区内页岩厚度的增加有关。测井分析表明,低阻很可能由较高的温度所致,该区电阻率的减小可能是由来自深部温度更高、含盐分更多的盐水液体所引起的。最近的观测结果也表明,监测测线的西端近地表的电阻率急剧增加,这很可能是由于局部灌溉活动近期的变化所引起,这种灌溉能导致地下水质量的改观。为了考察地下水运动和化学反应所引起的电阻率变化现象,我们建议另增一条电阻率测线,穿过东部的开采区,并与现在的测线成60°交角,这条测线连同现在的测线将使我们获得未来开采区的基本数据(Cerro Prieto 2区和3区),这样就可建立一个观测网,以绘制地下水的运动图象。     

山西临汾中心地震台地电阻率EW测道曲线特征分析

将临汾中心地震台地电阻率EW测道电测深曲线,采用水平层状模型反演测区的电性结构,计算EW测道各层介质的影响系数,解释了地电阻率EW测道"夏高冬低"的年变现象。对地电阻率EW测向从2010年9月17日开始出现的趋势下降变化,采用褶积滤波法分析该区降雨和地下水位对地电阻率的影响,发现二者对地电阻率的影响都不显著。分析认为,当前存在的趋势异常变化是可信的,应密切跟踪此异常的发展变化。     

集宁地电观测系统故障检查及处理

对集宁2017年4月1日-5月31日地电阻率原始观测数据曲线常规分析发现,NS、EW测道数值差异明显,采用电测深曲线进行对比分析,发现2测道电阻率数值基本一致。在同场范围内,地电阻率与电测深曲线应同步变化。对集宁地电阻率布极区、观测环境、观测系统、装置系统进行系列检查、测试,发现NS测道导线线芯与导线铠导通,导线铠与避雷箱箱体接触导致线路漏电,造成数值出现误差。通过对外线路以及电极引线等进行优化改造,集宁地电阻率观测数据恢复正常。     

新沂地震台地电阻率反向年变分析

结合新沂地震台电测深曲线、 测区地质剖面资料, 建立了三维非均匀层状介质有限元模型. 以第一层介质电阻率变化模拟表层介质电阻率随季节性降雨的变化, 在模型中计算了3个测道的地电阻率年变化形态. 计算结果表明, EW和N45°E测道地电阻率随表层介质电阻率的增减同向增减, 而NS测道地电阻率则与表层介质电阻率变化相反. 该结果符合新沂台3个测道实际观测的年变形态．      

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。     

平凉台井下地电阻率年变特征及相关性分析

本文简要介绍了平凉台井下观测系统,对平凉台井下地电阻率年变特征进行了分析,采用相关分析法对地电阻率与降雨量、地温的相关性进行了研究。结果表明:平凉台井下地电阻率测值具有明显的年变规律,表现为"夏低冬高"的形态,其中南北向测道的年变化较东西向测道更显著,高值多出现在3月,低值多出现在8月,且东西向测道有滞后的现象。地电阻率与降雨量的相关性较高,季节性降雨是导致其产生年变化的主要影响因素。地电阻率与浅层地温的相关性较好,而与深层地温的相关性较弱。     

井下地电阻率异常变化的判定方法

正传统地面地电阻率观测系统监测的是观测装置下的视电阻率。在装置一定时,由测区勘探体内介质各点的真电阻率值决定。由于地下水位升降及降水等原因,地下介质浅部(地表)的电阻率会发生较大的变化,通常表现为地电阻率观测的"年变化",即观测数据一年内有周期性变化。我国大多数地面敷设地电阻率观测台站的年变化值在1%~5%之间,大的可达10%以上,这一变化幅度已远远超过震前地电阻率的1%异常变化值。近年干扰的增多致使     

武都地电阻率在岷县5.2级地震前的异常变化

2003年11月岷县5.2级地震前武都台地电阻率资料出现了明显前兆异常, N85°E测道电阻率资料出现了典型的“勺形”变化, N73°W测道电阻率自2002年5月打破正常年变化形态, 2003年8月开始急剧升高。 研究结果认为, 从出现地电阻率异常到发震, 两测道各向异性变化明显, 各向异性度S′最大变化量超过了正常年变化的二倍。     

宝昌台地电阻率变化特征

对宝昌台地电阻率日变、年变和长期变化3种典型变化进行了分析,结果显示:整点值曲线存在明显的日变形态,可能是由外线系统对地绝缘不良造成的;地电阻率年变主要是由气象因素年变引起的,其中温度和降雨量贡献基本相同;地电阻率NS测道存在长期下降变化,而EW测道没有,这一现象与测区内水位、温度和降雨量等长期变化无关,主要是由于受到台站所在区域近EW向应力长期、持续作用引起的,并不对应地震.     

甘肃岷县漳县M_S6.6地震通渭台地电阻率变化分析

介绍了通渭地电阻率台观测系统及年变情况,分析了近几年通渭台地电阻率观测资料,认为通渭地电阻率能够反映地球内部异常信息。在岷县漳县M_S6.6地震前通渭地电阻率观测资料出现了破年变异常变化,并且不同测道地电阻率在临震前呈现出不同的变化特征,是夹杂着干扰的地震前兆异常。     

南京地电阻率长趋势变化与区域应力调整的关系研究

江苏南京台北南测道2013—2016年年初出现了与邻近的南京江宁台同步的地电阻率长趋势上升变化,2016年的年中出现了与江宁台和稍远距离的江苏高邮、新沂台同步的趋势下降变化。本文用年变形态、消除年变等数据处理方法并联系该区降雨量分析了南京台等地电阻率长程观测数据,基于视电阻率变化与地下介质内部骨架电阻率ρ°、裂隙水电阻率ρf、裂隙率ν之间的本构关系讨论了地电阻率趋势变化的原因,得到:该台南北向测道地电阻率趋势上升变化起因于台站及周边区域性地下介质的应力调整过程,动力来源可能是本区域地壳局部构造运动。     

固原台地电阻率N45°E向异常变化原因分析

通过检查、实验和理论计算,探讨了固原台北东测道地电阻率测值异常变化的原因,定量地计算了测量线路漏电和降水对固原台地电阻率观测的影响,并研究和总结了这种影响的机制。从而认为,2012年12月下旬以来固原地电阻率出现的异常变化不属于地震异常,并为今后判断引起地电测值变化的原因提供了依据。     

临汾台地电阻率趋势下降有限元数值分析

依据山西省临汾地震台地质资料、岩层电性资料和台站电测深曲线,将该台地下介质电性分布简化为二维电性结构,在此基础上,构建了三维非均匀层状介质有限元模型。三维有限元模型采用水平层状结构,假定浅层三层介质电阻率均匀。依据电测深曲线及水平层状模型,借助地电阻率观测资料获取测区地层电性结构。通过第一层介质电阻率变化模拟了2个测道的浅层介质电阻率变化,分别是测区NS向表层介质电阻率随季节性降雨的变化和EW向浅层介质电阻率随水渠水深的变化。计算结果表明,降雨对地电阻率会造成升高影响,解释了临汾地电年变形态"夏高冬低"的原因;此外,降雨对地电阻率的影响还随深度的增加而增大,同时还与介质均匀性、地质因素等有关。测区附近水渠内水位的加深对电阻率造成的变化很小,认为2010年以来的趋势下降异常跟水渠干扰关系很小。研究结果将会对地电阻率的干扰因素以及可能出现的前兆指示具有重要的意义。     

四平台地电阻率相反年变有限元数值分析

本文依据吉林省四平台地质剖面、地下介质电性资料,将四平台地下介质电性分布简化为沿NW走向的二维电性结构,并结合台站电测深资料建立三维有限元模型,以模型浅层介质电阻率变化模拟测区浅层介质电阻率随季节的变化,计算了四平台N50°W和N40°E两测道地电阻率的年变化形态.计算结果表明,N50°W测道地电阻率在浅层介质电阻率升高时上升,在浅层介质电阻率降低时下降;N40°E测道地电阻率在浅层介质电阻率升高时下降,在浅层介质电阻率降低时升高.两测道地电阻率年变化表现出相反的形态,且N50°W测道年变幅度要大于N40°E测道,计算结果在变化形态上符合四平台实际的观测资料,因此认为四平台测区地下介质的非均匀分布是产生两测道地电阻率年变形态相反现象的原因.     

地电阻率各向异性参量计算法及地震前兆实例

讨论了有效电阻率椭圆及各向异性奇象现象．对任意夹角三道测线或相互垂直二道测线并增测横向有效电阻率的二种情况，分别给出了定量计算地电阻率各向异性参量的方法，即求最小电阻率1主轴方位角，平均电阻率(13)1/2，(23)1/2及各向异性系数=(2/1)1/2的方法．作为实例对大同台的资料进行了处理，结合原地电阻率剪切实验结果，得出在1989年10月19日大同6.1级地震前后，震中附近大同、阳原二台NE向地电阻率异常上升，NW道异常下降系介质受到纯剪切所致．其最大主应力方向为北东，与地震断层走向夹锐角．断层面上的剪应力较大，正应力甚小，断层易于滑动，故地震的震级并不特别大．震前与震时介质应力状态相同，故地电阻率前兆与同震变化符号一致．      

金属护栏对洛阳地震台地电阻率干扰定量分析

自2018年12月起,因洛阳地震台测区内安装金属护栏,该台地电阻率出现异常变化。为正确评估此次影响,结合洛阳地震台电测深曲线、岩性资料建立了三维水平层状结构模型,利用有限元法计算了测区内金属护栏对洛阳地震台地电阻率观测的影响。同时,建立典型“H”型电性结构模型,分析了不同属性的金属导线对地电阻率观测的影响。结果显示：①金属护栏是洛阳地震台此次地电阻率年变异常的主要影响因素。当位于测区内影响系数为负的区域时,金属护栏引起地电阻率的趋势性上升;当位于影响系数为正的区域时,金属护栏引起地电阻率的趋势性下降。②不同属性的金属导线对地电阻率观测的影响不同。导线与测道夹角减小、导线长度增加、导线电阻率减小以及导线横截面积增加等均会导致干扰源对地电阻率年变影响作用增强。