电阻率法在地震预报中的数理基础初探

第卷第期地震研究,。年月’电阻率法在地震预报中的数理基础初探许秀芬姚富鑫。石随时间的变化来预报地震是目前国内外使用的前兆手段之一利用视电阻率国内。多数台站限于条件一般只用四极对称法测定,为了更好地利用这一手段的资料来预报、地震除了收集整理已有的大量震例从中总结提炼出一些具有普遍意义的经验以,,。外有必要深入研究从理论上探讨寻求本质上的内在联系尽管这样的讨论极为肤,,,浅粗糙但对正确评价过去的资料正确使用今后的资料以及对某些曾有争议的问,,,题如地电台址选取条件或判据命名为视电阻率还是形变电阻率大极距供电和小极,。基于其确定和寻找在空间分布上的电性差异的目的距供电的利弊等,也许会有所帮助地球物理探矿中的电法勘探,,、早已有了它自己的数理基础六十年代中期开始的,。在一定程度上可以解决正演和反演的问题,地震预报中的电阻率法借用了物探上的方法和仪器设备,,。目的却是研究地震前勘探体积内电阻率随时间的变化进程显然它的数理基础应有别,。于物探的数理基础为了讨论方便假定地下介质为均匀无限半空间以均匀二层水平断面为出发点,,,因为这样的讨论对于横向上的不均匀同样有用而且应用等值原理也可以推演更多层,,。的断面设浅层电阻率为厚度为机深层电阻率为厚度为无限即大大超过供电极,,,。距则对于四极对称装置有一,厂十—、的、,八“‘曰,—‘、侧“一“人了、夕、’“乏侧人,。,几厂现假定,二竺立,二‘二鱼二卫」且为供电极距,十式可改写为。为测量极距,其中一为了简化则,一‘〔、。至、几陀〕一二‘’”,‘,。月泛其中,,?年月口收到期许秀芬等电阻率法在地震预报中的数理基础初探弓求对此式可改写为和的全微分得十一〔艺叉〔月,。瓦〔一且。?、“,,,”全一月至〕,—、阴刀十万扎一。艺刀其中。。,一的物理意义由艺月二式可知全是深部电阻率相对变化与视电阻率相对变化之间的,。比例系数,即深部信息系数。的物理意义,反映了断面介质电性不均匀程度,即电性。差异系数当给定人刀同时也就给定了浅部,之后,我们就有可能求出深部信息系数,,。动其计算结果见表和图可见不同,值时的系数刀,。一助孙。一和图。…影响系数由表表一动和值,一助勒。。。。｝,〕八上。。。。｝压乙勺工几,六丹口舀七八八匕卉内。……。。。。。。。。。。。。名。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。吕。。。。。。。。。地震研究续表。一勒一与’。。,。。’。’‘。。。。。｝”尸』洲』‘尸任甲尹尸任任口尹口甘‘月“｝斤｝上九‘工诬匕勺‘。“‘。‘…’。‘……。’。。一。。。江“‘。。’。‘…。’一。‘。。。’‘…’。。’。‘…’。。。。。。’”。。’。‘。。。。一一。。。。表中数值是手算结果?一尸一一产孑。粉匆、、邝、?一功上咐岔一一,旅户稚图不同值时与。的关系图。刀。、值在时最大即电性不均匀程度小,值大这就是说同样的构造条,。件下电性差异程度小的地区布设测线为好这样的台址得到的资料反映深,,。。刀。。部信息要多些反之则浅部的影响要大些,在或时值都没有时,。大但。时又比阴时有利于监测深部电阻率的变化,。值迅速减小也就是说浅层电阻率的变化对,刀当值‘定时相对于增大时,,电性条件下浅层厚度相对于勘探深度增大时,在给定的断面,的影响将增大,,。加大供电极距可以压低浅层电阻率变化对的影响当时任何电性条,,,。件下习刀值都小于,即深部电阻率变化对的影响都小于浅部,,、当阻率达一个数量级时的情况下值都小于,,米供电极距的装置不能不考虑,说明深部电阻率大于浅部电以上的电阻率变化对,。时也同样,的假想状况、微分可得的影响当。,上属讨论属于由式对当时又将如何呢,,今和期许秀芬等电阻率法在地震预报中的数理基础初探?。“‘〔。“?氰兮么、一一至飞十〔一刀至练科〕,同样地可改写为,一止十〔“业几丝,卜丝阴叉扎月刀其中。么一叉罕“日护十肠“即一日。〔万侧,十一“。一丫侧万护日日万日勺。。可以证明,当日时有,,。今刀‘因而有也就是说当时上述结论原则上是通用的只是浅部电阻率变化对的影响,,,,。更不能忽视。顺便提一下对日值的要求地震预报中的日似乎可以与物探的日所不同有物探,,中从理论和实践上都已证明为了用较小的极距测得更接近于要达到的勘探深度上,的电阻率值更近似地反映深部电阻率的大小,使又不使观测难以进行故严格规定,,,生《《生月小于生时,。因为距离加大△二增大易于观测,,,?一‘不利于反映深部,,四个电极相对位置的差异使,观测精度太低,当电性不均匀分布,“‘时一方面偏离太大,合另一方面由于电场的不均匀性加剧,,。。二二足够大而有所提高所以上述规定是合理的由于四个电极的位置固定不变因此当极距超过奥,,。所以上述规定是合理的极距超过奥观测精度不会因△在地震预报中,时,吕只是减弱了深部电阻率变化对电场不均匀性虽然加剧但并不使观测精度降低,变化,,。。的贡献加大了浅部电阻率变化对的影响,震前如果使勘探体积内深部电阻率发生变化那末浅部电阻率不会保持不变但,。是与地震无关的干扰因素造成的电阻率改变必定是浅部大于深部由此可见一般,,。来说应该按《地震台站观测规范》中规定的那样簇月簇生由,,可是,生。于地形地物等具体条件限制生时不致于就不能反映震前电阻率异常,。以上是两种初始条件,下对均匀无限二层断面得出的结论,今实?台地震研究卷。际的电性断面是十分复杂的第二层即浮土以下的顶面可能是起伏的尤其是云南省山间盆地,边部以通海台为例见图,,勘探体积内等视电阻率线断面图是多变的,又如宜良台正处于一个斜坡上电极恰在转折,处显然浅部电阻率的变化对,卜币介—产叭御、。的影响更为严重些总之上述分析和讨论都说,,引起视电阻率变化的原因,人明图通海台向电性断面图、是勘探体积内介质浮土岩石。电阻率发生了变化,浅部介质和深部介质的电阻率改变对视电阻率的影响是不同的以刀表征深部电阻率改变的信息它取决于勘探体积内岩石电性的均匀程度取决于,浅层厚度与供电极距的比值,还取决于浅层底面起伏和地形等条件多数情况下,浅层。电阻率的改变对视电阻率的影响是不能忽视的、、根据室内岩石在压力下电阻率发生变化的实验研究〔等〕以及根据现场,、条件下岩土层受压时电阻率变化的实验研究〔〕可以得出如下结论,’一电阻率的相对变化比线性形变量大放大系数△△为数量级,,、形变量大,放大系数小形变量愈小放大系数愈大见图岩性孔隙度含,,、、水量结构化学组成等不同它们的放大系数也不,。。同其原因可能与岩石的导电机理有关因为岩石导电主要是离子导电与固体颗粒相间存在的孔隙水溶液就,。是离子导电的主要媒介或是岩石导电的本质因此岩,,石受压形变实际上是岩石的空隙分布发生了变化使原,,?力,认一冈马火七六来一些互相分离的水溶液变成相通的从而增大了原有,的导电率。相当于把把导电回路中的串联的电阻改为并。,,沪各护专。联降低回路的总电阻一样但是岩石形变所引起的这,,。种变化是有限的它受岩石原有结构主要是孔隙度的工△昌一。图△△和控制不可能是无限的大家知道地壳形变的上限量,,一。△的关系图超过这个量级就会引起宏观破坏形成断裂,,,、、唐山通海邢台等几次大于一。“级的地震震时极震区的最大形变量是,一。。孕震时期的形变量不会大于这个量级另外震级愈大地形变的范围也愈大按檀原,,“一宇津公式〔〕二其中所测到的地形变平均半经以公里为单位震级可以得出一个级地震,,,。资料取自中国人民解放军某部,许秀芬等电阻率法在地震预报中的数理丛础初探一。的平均半径是公里,在这样的距离上可观测到量级的地壳形变又由位错理论的一形变衰减正比于△。一。“火‘研究表明△震中距震中区形变取作则在,,一。只“△以外形变量将是气量级我国近年来几次大震的地形变实测资,。料也证明能测到地形变的最大距离平均半径不超过尤只有一公里,,、一由图可知对于孔隙度大渗透性强的火山凝灰岩当形变量为时其放大,,,”,系数不大于即由形变造成的岩石电阻率变化不超过公里处形变量,在一,一““’为也只有,其放大系数取,△,对于脆性的矽化灰岩的放大系数有“。〔〕二种估计值,根据陈峰等的研究为〔〕,根据赵玉霖等的研究为当形变量达““已达到弹性形变上限时以为其放大系数那末震中附近的△也不会大,,。。值得一提的是这里的放大系数是在岩石标本和巷道壁上测得的,我们的地电台站多数是在地表有浮土覆盖几米一几百米的条件下观测。这里的放大系数是在岩石标本和巷道壁上测得的的条件下观测于百分之几然而,,。直接在岩层上观测的很少部信息系数为,那末,如果只考虑岩基形变造成的变化从而使,即使在震中区,△充其量只有一发生改变取深,恰在目前使用,。的一型观测仪器误差范围考虑到形变量随震中距平方反变那末公里以,,“’。外现只有现在所用的仪器无法检出所需的信息可见由形变引起的视电阻率,,。变化是很小的可是从我国十几年来的观测资料表明在万的地震前视电阻率的变化达,,,甚至的中强震前也能测到这样大的变化如果单纯以岩层形变机理,一一,。来解释是有困难的那末究竟是什么原因,使地震前在某些台站出现那么大的变化呢这里我们提,,。出一种可能的假想、历史上或近年来国内或国外的多次大震前都曾发现地下水的水位,人们熟知水,、压涌水量数人承认,、、水质电导率等这类变化在较深的承压含水层、。多几十水温等不同程度的趋势性和短期的变化几百米深上应该更明显对于浅层,、米甚至是潜水几米也不是没有反应有人提出有些地震是由于地下深处的高,,温承压水沿已有的裂隙上升在扩散过程中引起岩石破裂促使老裂隙进一步发展并,,,,。〕形成新裂隙〔这样看来对于岩层和土层的电阻率起控制作用的地下水活动很可能,,。就是地震前勘探体积内电阻率变化的根本原因也许这种提法和认识要恰当些,。本文曾在讨论中得到刘玉权同志的帮助在此表示感谢,参考文献儿”犷王含云趁”“路,,‘诬夕儿牙,〔〕。里”“一,。〔〕力武常次地震预报中译本地震出版社了,、、廖发典唐献民视电阻率法测矿井岩石应变实验的初步总结地球物理学报,,、、。〔〕陈峰,,、〔〕赵玉霖钱复业唐山,‘、、级强震前震中周围形变电阻率的下降异常地球物理学报,,,,。。‘忿夕”、、、儿云诬二奋夕玄,〔〕。了,〔〕大竹政和松代地震的十年国外地震,,,

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