基于地电场的裂隙水主体渗流方向两种计算方法及意义

地电场是重要的地震前兆物理场,其观测数据包含了自然电场、大地电场和干扰成分.自然电场源于地下介质的物理、化学过程,通常具有相对稳定性;大地电场则来源于空间电流和潮汐力,较稳定的日变形态主要表现出TGF-A、TGF-B两种波形.依据地电场的潮汐机理,邻近大水域的场地,潮汐力作用于岩石裂隙,易使裂隙水周期性渗流,产生周期性过滤电场,形成TGF-A波形地电场;空间Sq电流在地表的感应电场易引起裂隙水周期性渗流,进而产生大地电流场,使地表出现TGF-B波形地电场.以层状介质为例,设上层介质电阻率为p1,厚度为h1;水渗流层的电阻率为ρ2,厚度为h2;下层是不导电介质.     

潮汐地电场谐波和各向波形的影响要素

潮汐地电场表现出近正弦形态,形态持续全天属TGF-A型,只在午前午后出现属TGF-B型,两类潮汐地电场前5阶谐波周期分别是23～24、12、7.9、6、4.8h.不同场地的潮汐地电场振幅谱可能有差异,周期变化的径向、切向月球潮汐力的振幅谱也存在差异.岩石裂隙面分布不同,则各向潮汐力对裂隙的作用效果不同,这可能是导致潮汐...     

地电场水文地质因素及裂隙水 主体渗流方向逐日计算

2007年西昌和天祝地电场观测台阵建立, 随后两年西昌台阵地电场的TGF-A波形明显, 天祝台阵则以TGF-B波形出现. 台阵内各台站间地电场相关性高, 这受地电场潮汐机理的支持; 不同台站或同一台站的不同方向地电场潮汐波峰谷值差异明显, 地电场潮汐机理和场地水文地质资料表明, 这主要与岩石、 裂隙度、 裂隙优势走向、 含水度、 透水率、 水矿化度和裂隙水压力差等因素相关. 潮汐电信号形成于裂隙水或水中电荷周期性移动, 电荷被岩壁吸附或脱离产生噪声, 该信噪比在同一台阵内基本相同, 信噪比值与潮汐电信号产生过程和场地电磁背景关系密切. 应用地电场潮汐谐波振幅计算裂隙水主体渗流方向, 结果与应用潮汐波峰谷值法基本一致, 这消除了峰谷值法取值的偶然误差. 2008年汶川M_S8.0地震前, 两台阵内都存在场地裂隙水主体渗流方向的短临变异现象, 西昌台阵这种变异更明显.      

青藏高原中强地震前的地电场变异及构成解析

青藏高原及邻区的地电场常态波形存在场地的选择性现象,场地的岩石结构、裂隙及裂隙水、构造活动等因素影响地电场的常态波形,较大湖泊有助于附近出现TGF-A波形,在第四纪沉积层较厚、岩石含水度高和透水性强的地区多出现TGF-B波形,而构造活动剧烈的基岩山区易出现无日变形态的地电场.该地区中强地震前,地电场的短临异常存在时间上或同步或有十余天差的丛集现象,而在空间上可分布于该区多个断层附近,表现出离散现象,这种时间上丛集、空间上离散的现象是该区域地电场短临前兆特征.引入Σ-Δ求和方法从地电场观测数据中解析出自然电场通常的稳定性,说明了中强地震之前部分地电场的背景值跃变是一种自然电场变化现象;建立潮汐谐波振幅比T_A值的概念及计算方法,从定量角度说明了青藏高原地区TGF-A、TGF-B和无日变波形的潮汐影响在逐次降低;使用一阶差分ΔE方法,解析出地电场分钟数量级的高频电磁成分,通常这种高频突跳表现出一定程度的随机性、有限性.三种不同的分析方法,从地电场的构成中解析出自然电场、大地电场和高频电磁成分的特征,为地电场的物理解析提供了理论和方法上的基础.     

河北昌黎台地电场数据与固体潮的初步研究

对2014—2016年昌黎台地电场资料进行分析,结果发现昌黎台北南测向地电场数据曲线表现为双峰单谷;东西测向地电场数据曲线表现为双峰双谷,半日波比较明显,受固体潮影响较大,属于TGF-A型潮汐地电场     

远震前的地电场潮汐波异常

分析了5次远强震前河北省昌黎台、兴济台记录到的电场异常，发现该异常主要集中在震前2个月左右的时段内， 具有很好的短临预报意义. 震前电场呈现不同的异常特征，但与固体地球潮汐波变化关系密切，如半日、半月等潮汐波周期信号增强，引起电场变化幅度增大；或本该正常记录到的潮汐变化幅度突然减小或消失；以及高频信号增多并伴有跃变现象. 分析异常产生机理认为，强震前的这种异常现象是震源区临震孕育过程中岩石弱化产生的电场异常，经自由空间或地壳传播到达地电台站后，与台站记录的电场潮汐波相叠加产生潮汐波增强或减弱现象. 高频异常可能与台站下方岩石孔隙度、渗透率等介质性质的改变有关，反映了强震的远场动态效应.      

自然电场的区域性变化特征

以场源为分类原则,地电场E由自然电场E_SP和大地电场E_T构成.E_SP起源于地下介质物理、化学作用,通常其变化及稳定性具有明显的局部场地特征;E_T起源于空间电流系和潮汐力,在日变波形、频谱特征上表现出广域性.在形成微观机理方面,E_SP和E_T能够具有部分相同的机理过程.2008—2013年,在南北地震带附近13个代表性场地,多数E_SP不具有清晰的年变波形,其稳定性也受区域、场地、方位、构造活动等因素影响.在这些地区,E_SP较平稳的持续升降、快速跃变、突跳等现象常见,同一主断裂带附近或局部区域内,这些大幅变化的趋势转折点多具有时间同步或准同步性,同一时段数据稳定性可能类似,但形态变化存在场地因素而不具相关性.E_SP较平稳期间,应用潮汐地电场频谱特征计算的裂隙水主体渗流方位α易处于相对稳定状态,而在其剧烈变化期间的α常会明显变化.以潮汐地电场频谱特征逐日计算α值,可能揭示场地裂隙、裂隙水渗流、主压应力的逐日变化信息,进而可解析E_SP、E_T宏观变化的微观机理过程.     

海南地区地电场日变形态及主要干扰特征

海南现有的2个地电场观测台站中,文昌台位于海南东北角海边,其常态波形为TGF-A型;琼中台位于海南中部山区,主要表现为无日变形态的地电场。TGF-A型的文昌地电场频谱分布稳定,以24 h和12 h周期成分为主,而无日变型的琼中台频谱分布复杂多变。对上述2类地电场潮汐谐波振幅比T_A的计算表明,无日变型信号的T_A值明显较小,表明其通常受自然电场和干扰的影响更大而不易表现出典型的谐振形态。过去的一些研究表明,地电暴期间,同一台站地电场各测向之间变化量相差比例不大,但文昌地电台在一系列的地电暴事件中东西测向都表现出强烈的敏感性。     

与气压有关的地电场特征及机理研究

使用宁夏四个地电台站记录的地电场数据,研究其变化特征、频谱特征、与区域气压变化的关系及测量方向与附近断裂走向的关系。研究结果显示：部分地电场具有日变化特征,同时也具有气压非周期性变化特征,这种特征与气压变化呈负相关,当场地裂隙优势方位与附近断裂带方位呈近似垂直或较大夹角时,测向与附近断裂走向近垂直的地电场与气压相关性较高。分析认为地电场具有气压非周期变化特征是因为测量位置基岩孔隙的渗透率与附近断裂裂缝的渗透率不同,流体渗流过程中气压系统变化引起的流体“窜流”所致。     

基于断层面的天山地区潮汐应力触发地震研究

选取2003~2014年天山地震带299个MS≥3.5地震的震源机制解资料,利用震中位置及其附近的断层信息来确定真实断层面。在此基础上分区域计算了整个天山地震带、天山中东段、南天山西段发震时刻断层面上潮汐正应力、潮汐剪应力、潮汐库仑破裂应力对天山地区地震活动的触发作用。在计算断层面上潮汐库仑破裂应力时,分破裂类型针对不同情况设定有效摩擦系数,讨论其对地震的触发作用。结果表明:天山地震带地震较多地发生于断层面上潮汐正应力的最小值附近以及潮汐剪应力的最大值附近。从潮汐库仑破裂应力结果来看,整个天山地区地震活动受潮汐阻滑作用较为显著;分区结果显示,天山中东段地区斜滑型地震、南天西段正断型地震受潮汐触发作用较为显著,其他各类型地震受潮汐阻滑作用较为显著或潮汐作用不明显。     

Tidal wave anomalies of geoelectrical field before remote earthquakes

Introduction Geoelectrical field is a kind of intrinsic geophysical field of the earth, affected by kinds of current systems in outer space and electric properties of media underground, so it carries abundant interior information of the earth. Since 1981 when the group of “VAN” in Greece carried out the study of electric field observation by multi-polar distances (Varotsos and Alexopoulous, 1984a, b), more and more scientists in the world paid extensive attention to it due to its better re…     

2004年印尼8.7级强震前昌黎台的远场电性异常特征探讨

分析了在2004年12月26日印尼8.7级地震前河北昌黎台记录到的自然电位及电场异常, 结果显示昌黎台自电位、 电场正常时段观测到的半日、 半月潮汐波周期变化在震前1个多月发生畸变, 周期消失, 变化幅度相应减小, 震后快速恢复, 且潮汐波记录比震前正常时段更加清晰。 该台地电阻率的观测结果显示起始下降变化比较平缓, 震前一周左右, 变化加剧, 出现多次阶变。 究其原因, 在强震发生前断层的蠕滑作用导致孔隙压力变化, 产生一种可以在岩石中传播的应变波, 由于台站下方岩土层对小应变信号具有很好的放大作用, 所以记录到了这种小幅度的应变波, 也就是远场的静态应变效应。 随着地震临近, 应力作用加强, 远程应变波引起台站下方水位、 水化学性质以及岩石孔隙度、 渗透率等的改变, 导致电阻率、 电场大幅度的阶变, 这反映了远场应变波的动态效应。 当然就异常幅度而言, 应变波的效应还嫌弱一些, 因此昌黎台异常变化可能还叠加了震源区激发的电磁波。     

华蓥山地区4口井水位潮汐动态特征研究

本文选择沿华蓥山断裂带分布的荣昌等4口观测井,利用Baytap-G潮汐分析方法,计算各井水位和气压及理论固体潮的潮汐振幅谱,比较其潮汐频谱差异,通过对主要潮汐分波振幅的回归计算定量分析各井水位受气压潮和固体潮影响的大小。基于对井水位正常动态的认识,选择各井水位潮汐的主要分波,对井水位长时序数据进行分析计算,提取水位潮汐响应特征参数(振幅比和相位差),进而探讨特征参数动态变化特征。最后对井水位受气压潮和固体潮影响的差异原因进行了初步探讨。结果表明,荣昌井水位主要受气压作用的影响,北碚、大足、南溪三口井水位受固体潮-气压潮综合作用的影响,而荣昌井水位只受气压潮影响可能与该井所处含水层裂隙发育且该井未下设止水套管有关;荣昌井P_1S_1K_1波和南溪井M_2波振幅比和相位差在几次大震后没有明显变化,说明地震波没有使井孔与含水层之间的水流交换发生显著变化,而北碚井和大足井M_2波振幅比和相位差分别在汶川和芦山地震时发生变化,反映了地震波的疏通影响。     

Observations of estuarine circulation and solitary internal waves in a highly energetic tidal channel

Despite vigorous tidal and wind mixing, observations in an estuarine tidal inlet in the Wadden Sea show that during part of the tidal cycle, vertical stratification and internal waves may still develop. Acoustic Doppler current profiler (ADCP) and conductivity, temperature, depth observations, collected over the past 6 years at 13 h anchor stations (ASs), reveal that these occur especially during slack tide, when there is little wind and large freshwater discharge from nearby Lake IJssel. Measurements with a moored ADCP show that in the same tidal phase, strong cross-channel circulation develops, which may suddenly reverse circulation sense due to passing density fronts. In the vertically stratified phase that follows after the front passage, propagating mode-one solitary internal waves are observed. These are resonantly generated during decelerating tidal ebb currents when the (shear) flow passes a transcritical regime (Froude number equal to 1). A combination of photographs (including one from the International Space Station), bathymetric data, and ASs data leads to the discovery of yet another source of internal waves in this area, produced during slackening tide by propagating lee waves that develop over a deep trench. We suggest that both the cross-channel circulation as well as the (solitary) internal waves may locally be of importance for the (re)distribution and transport of sediments and nutrients and may influence tidally averaged transports.     

云南曲靖井水位潮汐动态特征分析

以井-含水层系统潮汐理论为基础, 结合云南曲靖井水位观测资料实际情况, 利用Baytap-G提供的潮汐分析方法, 分别计算了曲靖井水位M2、 S2、 O1、 S1K1和M3共5个潮汐分波的振幅比、 相位和计算误差, 分析了井水位观测资料不同潮汐波振幅比和相位的动态变化特征, 认为能反映含水层参数的井水位潮汐振幅比和相位变化与附近的抽水和远距离大震引起的同震响应有关, 具体表现为, 2001年11月和2003年8月的振幅比和相位下降变化可能与抽水有关, 而几次大震后的井水位潮汐振幅比和相位小幅度上升和缓慢恢复过程, 则可能与中远场大震的地震波动力引起的含水层渗透系数增加有关．      

倾斜椭圆潮汐因子及地震预报研究

从固体潮理论出发证明了分点大潮倾斜潮的特征图像是一个椭圆,推广到一般朔望大潮也存在大潮倾斜椭圆,因而可以计算椭圆潮汐因子,滇西地震预报试验场及其附近地区的观测表明,椭圆潮汐因子异常与强震有良好的相关性,并从物理意义上进行了解释。