強地震附近視電阻率各向異性變化的原因_圖文

1、 6期 杜學(xué)彬等 : 強地震附近視電阻率各向異性變化的原因 1807 , 于是由式 ( 9 導(dǎo)出 時間作用下裂隙率 的改變 與 的近似關(guān)系 : 1 f - o + 1 o f ( 11 . 2 f o 2 f + o 由式 ( 11 , 0 時 , 0 ; 0; 1 1 2 2 > 0 時 ,隨 增大 , 1 1 、 2 2 負向增大 ( 下降幅度大 ; < 0 時 ,隨 負向增大 , 1 1 、 2 2 正向增大 ( 上升幅度大 . 其物理原因是 : 增大 ,導(dǎo)致低阻水進入微裂隙 ,導(dǎo)電通道連通 , 反之導(dǎo)電通道不連通 . 因 1 , 由式 ( 11 知 , 始終 2 2 比 1

2、 2 變化顯著 ,符合式 ( 3 意義 . 還可以 用加載方向和垂直加載方向的真電阻率變化速率的 比值 ( = 2 1 表征真電阻率各向異性變化 . 在 ( 11 式中代入 ( 9 式的 1 和 2 導(dǎo)出 : o f ( 12 . o + f 3 圖 4 是 = 1 、 10 m ,且滿足 o =5 × o f < 的條件時 , 由式 ( 10 和 ( 12 計算的 和 隨 3 f ( 一般 始終 > 1 , m 的變化 . 由圖可見 : f < 10 即垂直加載方向的真電阻率大于沿加載方向的真電 阻率 ( 圖 4a ,符合 定義 ; > 1 ,即沿加載方向真

3、電 阻率的變化比垂直加載方向的變化快 ( 圖 4b ,符合 > , 即加載方向 、 式 ( 5 意義 . 垂直加載方向的 真電阻率變化速率的差異比介質(zhì)真電阻率的差異要 明顯得多 . 這個結(jié)果說明了應(yīng)用歸一化月速率方法 8 處理地電阻率觀測數(shù)據(jù) ,其異常突出 、 且各向異性 9 變化明顯 的原因 . 約在 < 5 m 的低阻范圍 f 內(nèi) ,隨 減小 急劇增大 , 約在 m 的范圍 f f > 5 與 內(nèi) ,隨 f 增大 持續(xù)減小 ; f 的關(guān)系較復(fù)雜 ,總 的看來 , 大約 m 以上 , 隨 f > 5 f 增大 持續(xù)減 小. 在 1 f o 的情況下 ,由式 ( 10

4、和式 ( 12 知 , 和 1 ; 由式 ( 11 知 , 0 , 0. 顯然 , 1 1 2 2 低阻水對真電阻率各向異性變化的作用顯著. 412 視電阻率各向異性變化 應(yīng)用式 ( 2 得到垂直加載方向和沿加載方向的 視電阻率變化 s x sx 、 s y s y 的公式 , 再代入式 ( 11 的 1 1 、 2 2 , 進而導(dǎo)出 s x sx 、 s y sy 、 之間的等式關(guān)系 : 與 f 、 o 、 sx f - o = + sx f o . 1 1 sy f - o + = + + 2 f o o f sy ( 13 與 圖4 f ( a 和 與 f ( b 的關(guān)系 Fig. 4

5、Curves of versus f ( a and versus f ( b 據(jù)式 ( 13 , 0 時 , 0 , s x sx s y sy 增大 , 0 ; 隨 s x sx 、 s y s y 負向增大 ; 隨 負向增大 , s x sx 、 s y s y 正向增大 . 圖 5 給出 = 0. 1 時三組介質(zhì)參數(shù)情況 按式 ( 13 計算的在 下 ,沿加載方向和垂直加載方向的視電阻率變化 : 4 m 和 m , f = 5 o = 10 s s 隨 變化 ( 圖 5a ; - 3 m 和 = 10 , f = 5 s s 隨 o 變化 ( 圖 5b ; 4 - 3 m 和 = 10

6、 , o = 10 s s 隨 f 變化 (圖 5c . 由圖可見 : 隨 和 o 增大或 f 減小 , s s 下 降幅度增大 ,且始終垂直加載方向的變化幅度大于 沿加載方向的幅度 ; 在低裂隙率 、 低阻水和骨架電阻 率不太高的情況下 , 垂直加載方向的視電阻率變化 = 011 快速下降 ,視各向異性變化顯著增強 ( 取 時, s s 最大變化幅度為 10 % . 視電阻率各向異 性變化起因于真電阻率各向異性變化 ,聯(lián)系真 、 視電 阻率各向異性變化與 、 f 和 o 的關(guān)系認為 , 介質(zhì) 微裂隙發(fā)育和優(yōu)勢取向 ,低阻水充填微裂隙 、 導(dǎo)電通 道連通的物理過程引起了垂直加載方向視電阻率變

7、化幅度比加載方向顯著 . 9 震例研究表明 ,在地震地電阻率觀測中 ,垂直 ( 或近于垂直 震源機制解 P2軸方位的視電阻率變 化幅度比沿該方位 ( 或近于該方位 的變化幅度顯 著 . 根據(jù)上述視電阻率各向異性變化的產(chǎn)生機制得 到 ,引起這種強地震視電阻率各向異性變化的起因 是 : 在強地震孕震晚期階段 , 在震源區(qū)及附近 , 介質(zhì) 內(nèi)部微裂隙大量發(fā)育和發(fā)展 , 其走向沿最大加載方 向 ( 2軸方位 優(yōu)勢取向 , 地下水充填微裂隙 , 引起 了以垂直加載方向快速 、 大幅度變化為主的視電阻 率各向異性變化 . 在圖 6 中 ,負異常集中在震中區(qū)及 1808 地 球 物 理 學(xué) 報 ( Chin

8、ese J . Geophys. 50 卷 ( a 、 圖5 視電阻率變化 s s 與 o ( b 和 f ( c 的關(guān)系 ( a , Fig. 5 The relations of changes in apparent resistivity s s to o ( b and f ( c 圖6 視電阻率下降型異常與震中距的關(guān)系 ( 圓括號中的數(shù)字對應(yīng)震級區(qū)間內(nèi)的異常個數(shù) Fig. 6 The relation of drop2anomaly in apparent resistivity to epicentral distance 附近 ,集中范圍與應(yīng)用震源體尺度估計公式 18 估算 的

9、震源體半徑吻合 , 圖 3 中地電阻率異常與地下水 位異常的 “鏡像” 對應(yīng)變化和圖 1 中視電阻率異常幅 度、 時間與震級的非線性關(guān)系等 ,支持以上認識 . 題 . 杜學(xué)彬等 研究了半空間傾斜各向異性介質(zhì)中 對稱四極觀測裝置的探測深度 . 在方位均勻各向異 性介質(zhì)中 ,用 h 表示探測深度 ,則 h 為 2 2 2 ( 14 cos + sin 2. 據(jù)式 ( 5 和式 ( 8 成立的條件 , 令 = 0° , 2 , 在 AB = 1200 m 時 , h 1700 m , h > ho . 還可應(yīng)用 AB 1 h = ( 2 AB 5 探測深度討論 我國地電臺站采用電阻率

10、對稱四極觀測裝置 , 供電極距 AB 多為 1200 m 左右 ,按物探電法估算 , 在 半空間均勻介質(zhì)中的探測深度 ho 與 AB 2 對等 , 如 果下覆高阻分層介質(zhì) , 則 ho 更小 . 但實際震例卻顯 示在強地震孕震晚期階段 , 在震中區(qū)及附近的視電 阻率各向異性變化與 P2軸方位有明顯關(guān)系 ,因此需 要討論震中區(qū)及附近地電阻率觀測的探測深度問 所在垂向平面內(nèi)垂直流過AB 中垂線上深度 0 H 之 間的電流 I ( 0 H 與流過 0 之間的電流 I ( 0 的比值 G ( H = I ( 0 H I ( 0 討論供電電 流分布范圍的下限 H , H 的估算公式為 G ( H = H

11、 2 2 2 2 H + ( AB 2 ( cos + sin 2 . ( 15 1 杜學(xué) 彬 , 馬 占 虎 . 強 地 震 附 近 地 電 阻 率 觀 測 的 探 測 深 度 問 題 (2004 . 個人資料 6期 杜學(xué)彬等 : 強地震附近視電阻率各向異性變化的原因 1809 在式 ( 15 中 , 令 2 和 = 0° , 并考慮到深度 h1700 m 以下還分布一定比例的電流 , 令 G ( H = 019 ,于是得到 AB = 1200 m 時 H2500 m , H µ ho . 地震孕育的不同時段是動態(tài)變化的 . 參考文獻 ( References 1 . 地

12、電原理 . 張可遷 , 陳培光 , 張志誠等譯 . 北京 : 由此來看 , 以方位均勻各向異性介質(zhì)近似強地 震、 孕震晚期階段 、 震源區(qū)及附近的介質(zhì) , 理論上供 電電流可達及近地表的深部 ,且 h 和 H 吻合 EDA 裂 隙的深度范圍 . 由式 ( 14 和 ( 15 可知其深度隨 、 是動態(tài)變化的 ,與震級 、 距離以及地電阻率測道的方 位有關(guān) . 地質(zhì)出版社 , 1954. 2462 , 333340 . P. r v. Geoelectrics Principle. Zhang K Q , Chen P G, Zhang Z C , et al . Trans. Beijing :

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14、最顯著 . 其結(jié)果可以 清晰解釋絕大多數(shù)含水巖 ( 土 標本加載實驗過程中 與最大加載方向正交 ( 或近于正交 測線的視電阻率 變化最顯著的原因 . 如果強地震震源機制解的最大 主壓應(yīng)力方向確實代表孕震晚期階段 、 震源區(qū)及附 近的最大加載方向 , 可以解釋地震地電阻率各向異 性變化的觀測事實 . ( 2 討論了真電阻率變化與裂隙率 、 裂隙水電 阻率 骨架電阻率 f 、 o 的本構(gòu)關(guān)系 . 真電阻率各向 異性變化的原因是 : 在加載環(huán)境下 ,介質(zhì)內(nèi)部微裂隙 發(fā)育 ,微裂隙走向沿最大加載方向優(yōu)勢取向 ,低阻水 充填微裂隙 ,導(dǎo)電通道連通 ,在短時間內(nèi)產(chǎn)生了以沿 最大加載方向快速 、 大幅度變化

15、為主的真電阻率各 向異性變化 . 在其物理過程中 , 低阻水的作用十分 顯著 . (3 視電阻率各向異性變化起因于真電阻率各 向異性變化 . 視電阻率各向異性變化與介質(zhì)裂隙率 、 骨架電阻率和裂隙水電阻率的關(guān)系理論上清晰 , 隨 介質(zhì)裂隙率 、 骨架電阻率增大或裂隙水電阻率減小 , 視電阻率變化幅度增大 , 始終垂直加載方向的變化 比沿加載方向的變化幅度大 、 變化快 ; 在低裂隙率 、 低阻水和骨架電阻率不太高的情況下 , 視電阻率變 化幅度快速增大 ,視各向異性變化越明顯 . (4 介質(zhì)真電阻率各向異性變化比真電阻率各 向異性顯著 ,在地面觀測到的視電阻率各向異性變 化不如介質(zhì)真電阻率各向

16、異性明顯 , 遠不如介質(zhì)真 電阻率各向異性變化明顯 . (5 在強地震 、 孕震晚期階段 , 在震中區(qū)附近的 視電阻率各向異性變化反映了地殼近地表深部的真 電阻率各向異性變化 ,其深度隨震級 、 距離不同以及 電阻率 的 各 向 異 性 . 地 球 物 理 學(xué) 報 , 1983 , 26 ( 增 刊 : 783792 Chen D Y, Chen F , Wang L H , et al . Study of rock resistivity under uniaxial press2Anisotropy of resistivity. Chinese J . Geophys . ( Acta

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