水平层状粘弹性介质中震源应力-应变场的三维边值问题及相应的地电阻率前兆变化的数值模拟

本文应用关于粘弹介质的弹性力学三维有限元方法,研究了定常速率加载边界条件下以断层闭锁模拟震源的“孕震”过程,並将所求得的层状介质应力—应变场与视电阻率的“前兆”变化相关联,以此给出该“孕震”过程中地表视电阻率“前兆”变化的时空分布,从而揭示水平层状介质视电阻率的变化与震源区应变场之间的关系。计算结果表明,粘弹性介质的存在,对孕震过程起着相当重要的作用。介质中应力集中程度与材料粘弹性有着密切的关系。另一方面,对于视电阻率前兆而言,其时空分布不仅与大范围的应力—应变场有关,而且还与台站探测范围内介质的力学、电性结构条件相关联。     

地电台址大范围介质条件的数值模拟研究

本文取两类震源模型,即“闭锁”模型和“膨胀”模型进行数值模拟,计算了大范围层状介质在多种不同组合情况下,其应力、应变场的分布,并进而计算了由附加应力、应变产生的视电阻率变化量。结果表明,不同介质组合对地电阻率前兆异常观测的影响不同,有利于发现前兆异常的大范围介质条件是:(1)坚硬层孕震;(2)孕育地震的高强度坚硬层要薄;(3)地表疏松覆盖层不能太厚。此外,计算结果还表明,地电台站探测范围内的介质力学,电性条件对前兆异常观测也有重大影响。     

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。     

前兆地电阻率资料处理的剥皮法

在台址下电阻率分层均匀的前提下，针对我国绝大多数前兆地电台单极距观测的事实与现状，提出一种试图从这种观测所获得的视电阻率时间序列中识别电阻率表层变化和深部变化的等效模型方法．分析表明，在保持布极方式和观测结果不变的前提下，任意多层的地电结构都可以视为一个二层地电结构——等效模型．本文中，等效模型上层的地电参数（电阻率和厚度）与实际模型第一层相同，下层的地电参数（电阻率）则根据等效要求，由实际模型第二层及其以下各层的地电参数经计算得到，因此，等效模型的下层包含了实际模型第二层及其以下各层的综合影响．初步研究表明，这种方法是可行的．      

强地震附近视电阻率各向异性变化的原因

讨论了强地震、孕震晚期阶段、震源区及附近介质的物理变化过程，证明了视电阻率变化最显著的方向与最大加载方向之间的正交关系，建立了真、视电阻率各向异性变化与裂隙率ν、骨架电阻率ρ_o、饱水裂隙电阻率ρ_f的本构关系，解释了视电阻率各向异性变化的原因.研究认为：在强地震孕震晚期阶段，在震源区及附近地壳近地表的较深部，介质微裂隙发育，其走向沿最大主压应力方位优势取向，低阻水充填微裂隙，导电通道连通，引起最大主压应力方向真电阻率变化最显著的真各向异性变化，从而产生垂直主压应力方向视电阻率变化最显著的视各向异性变化，低阻水在其物理过程中起了显著作用.     

三向压缩下大型混凝土标本的电性特征

用1.0×1.0×1.5米~3的大型混凝土标本模拟岩石材料进行三轴压缩实验,测量了在受力变形破裂过程中的应力—应变关系以及声波和视电阻率等物理参数。从这些结果中发现,在围压条件下随着应力的增加视电阻率变化与应力、应变密切相关且具有明显的阶段性和方向性特征。这和某些大震前的实测地电资料颇为相似,为震前视电阻率异常的物理解释提供了实验依据。     

深井地电阻率观测的几个技术问题

<正>近年由于城市化进程的加快和地表人为干扰的增多,部分大极距的地面地电观测受到了严重的影响,数据质量下降,中国地震局在部分有干扰的地电台站开展井下地电观测。主要解决:1井下多深可以避开地表的干扰和潜水的变化,观测数值主要反映地是探测目标层地电阻率变化;2当测量目标层介质的电性发生变化时,设计的观测系统能否记录下地电阻率变化。井下地电观测系统的建设主要思路:非均匀各向     

多层地电断面视电阻率的高精度计算

目前地电的方法在我国已应用到地震预报的研究中,为了了解与地下力学场变化相联系的地电变化,需要了解台址下勘探体积内的电阻率分层情况,从而正确地认识各种影响因素对地电阻率的作用。     

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。      

两次近距离大震前成都台视电阻率重现性、相似性和各向异性变化

本文评价了四川汶川MS8.0、芦山MS7.0地震前后成都台地电观测环境,研究了该台视电阻率变化.结果为:(1)两次大震发生在该台以西的龙门山断裂带、震源机制和震源深度接近,是近距离大震,相应地,在两次地震前该台两个正交测道中的每一测道视电阻率变化均显示了中期异常及其变化过程的重现性和异常幅度的相似性;(2)在每次地震前,两个测道表现了异常变化形态、幅度和起始时间的差异性.其重现性、相似性证明这些异常与两次大震晚期孕育有关;差异性主要展示了与震源机制有直接联系的视电阻率各向异性变化,揭示了震前该台地下介质经历了强烈的电性各向异性变化的过程.     

Sensitivity of transversal apparent resistivity to the changes in electrical resistivity of the elements of a 2D geoelectrical structure

The sensitivity of transversal apparent resistivity to the changes in the electrical resistivity of elements of a two-dimensional (2D) geoelectrical structure is studied by numerical modeling. This sensitivity is found to have a series of specific features, due to which the monitoring of transversal apparent resistivity can serve as a helpful addition to the monitoring of longitudinal apparent resistivity to trace the dynamics of subsurface and shallow crustal elements of the medium. It is shown that the method previously suggested for the inversion of relative changes in apparent resistivity into relative changes in electrical resistivities of the elements of the geoelectrical structure is applicable to the transversal electrical resistivity.     

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.     

强地震附近电阻率对称四极观测的探测深度

针对我国地震监测预报中固定地点和固定观测装置及参数的视电阻率观测,给出了半空间倾斜各向异性介质中电阻率对称四极观测的理论探测深度,研究了地震前兆信息的检测深度问题,得到：(1)在强地震、孕震晚期阶段,在震中区及附近可检测到地壳近地表较深部介质的电阻率变化,其深度大于或远大于均匀介质之;(2)震级、震中距、观测方向不同或在不同的孕震阶段,探测深度存在差异,甚至存在大的差异,且是动态变化的.并依据理论探测深度讨论了地震视电阻率前兆变化的复杂性、地电台址电性条件等问题.     

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.     

Anisotropy of the apparent resistivity variation rate near the epicentral region for strong earthquakes

IntroductionThe geo-electrical anisotropy before earthquake is of special significance for the prediction of earthquake location and for the research on crustal stress status near the epicentral region. The anisotropy has been studied from various aspects (CHEN, et al, 1983; QIAN, et al, 1985, 1996; LU, et al, 1990a; MAO, et al, 1995; RUAN, et al, 1999). But the anisotropic phenomena presented by geo-electrical data are not practically satisfactory and not clear as compared with the res…     

强震前地电阻率短期异常特征与识别标志研究

从地震信息“场”的概念出发，利用空间线性度方法，对强震近震源区的地电阻率观测资料进行组合计算，得到描述孕震过程中震源区附近新的前兆特征量——空间线性度。本文分析计算了华北地区发生的7次6级以上强震前的地电阻率观测资料，结果表明，强震前半年内震源区附近的空间线性度α有明显的下降异常变化。     

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.     

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.