强地震附近视电阻率各向异性变化的原因_图文

1、 6期 杜学彬等 : 强地震附近视电阻率各向异性变化的原因 1807 , 于是由式 ( 9 导出 时间作用下裂隙率 的改变 与 的近似关系 : 1 f - o + 1 o f ( 11 . 2 f o 2 f + o 由式 ( 11 , 0 时 , 0 ; 0; 1 1 2 2 > 0 时 ,随 增大 , 1 1 、 2 2 负向增大 ( 下降幅度大 ; < 0 时 ,随 负向增大 , 1 1 、 2 2 正向增大 ( 上升幅度大 . 其物理原因是 : 增大 ,导致低阻水进入微裂隙 ,导电通道连通 , 反之导电通道不连通 . 因 1 , 由式 ( 11 知 , 始终 2 2 比 1

2、 2 变化显著 ,符合式 ( 3 意义 . 还可以 用加载方向和垂直加载方向的真电阻率变化速率的 比值 ( = 2 1 表征真电阻率各向异性变化 . 在 ( 11 式中代入 ( 9 式的 1 和 2 导出 : o f ( 12 . o + f 3 图 4 是 = 1 、 10 m ,且满足 o =5 × o f < 的条件时 , 由式 ( 10 和 ( 12 计算的 和 随 3 f ( 一般 始终 > 1 , m 的变化 . 由图可见 : f < 10 即垂直加载方向的真电阻率大于沿加载方向的真电 阻率 ( 图 4a ,符合 定义 ; > 1 ,即沿加载方向真

3、电 阻率的变化比垂直加载方向的变化快 ( 图 4b ,符合 > , 即加载方向 、 式 ( 5 意义 . 垂直加载方向的 真电阻率变化速率的差异比介质真电阻率的差异要 明显得多 . 这个结果说明了应用归一化月速率方法 8 处理地电阻率观测数据 ,其异常突出 、 且各向异性 9 变化明显 的原因 . 约在 < 5 m 的低阻范围 f 内 ,随 减小 急剧增大 , 约在 m 的范围 f f > 5 与 内 ,随 f 增大 持续减小 ; f 的关系较复杂 ,总 的看来 , 大约 m 以上 , 随 f > 5 f 增大 持续减 小. 在 1 f o 的情况下 ,由式 ( 10

4、和式 ( 12 知 , 和 1 ; 由式 ( 11 知 , 0 , 0. 显然 , 1 1 2 2 低阻水对真电阻率各向异性变化的作用显著. 412 视电阻率各向异性变化 应用式 ( 2 得到垂直加载方向和沿加载方向的 视电阻率变化 s x sx 、 s y s y 的公式 , 再代入式 ( 11 的 1 1 、 2 2 , 进而导出 s x sx 、 s y sy 、 之间的等式关系 : 与 f 、 o 、 sx f - o = + sx f o . 1 1 sy f - o + = + + 2 f o o f sy ( 13 与 图4 f ( a 和 与 f ( b 的关系 Fig. 4

5、Curves of versus f ( a and versus f ( b 据式 ( 13 , 0 时 , 0 , s x sx s y sy 增大 , 0 ; 随 s x sx 、 s y s y 负向增大 ; 随 负向增大 , s x sx 、 s y s y 正向增大 . 图 5 给出 = 0. 1 时三组介质参数情况 按式 ( 13 计算的在 下 ,沿加载方向和垂直加载方向的视电阻率变化 : 4 m 和 m , f = 5 o = 10 s s 随 变化 ( 图 5a ; - 3 m 和 = 10 , f = 5 s s 随 o 变化 ( 图 5b ; 4 - 3 m 和 = 10

6、 , o = 10 s s 随 f 变化 (图 5c . 由图可见 : 随 和 o 增大或 f 减小 , s s 下 降幅度增大 ,且始终垂直加载方向的变化幅度大于 沿加载方向的幅度 ; 在低裂隙率 、 低阻水和骨架电阻 率不太高的情况下 , 垂直加载方向的视电阻率变化 = 011 快速下降 ,视各向异性变化显著增强 ( 取 时, s s 最大变化幅度为 10 % . 视电阻率各向异 性变化起因于真电阻率各向异性变化 ,联系真 、 视电 阻率各向异性变化与 、 f 和 o 的关系认为 , 介质 微裂隙发育和优势取向 ,低阻水充填微裂隙 、 导电通 道连通的物理过程引起了垂直加载方向视电阻率变

7、化幅度比加载方向显著 . 9 震例研究表明 ,在地震地电阻率观测中 ,垂直 ( 或近于垂直 震源机制解 P2轴方位的视电阻率变 化幅度比沿该方位 ( 或近于该方位 的变化幅度显 著 . 根据上述视电阻率各向异性变化的产生机制得 到 ,引起这种强地震视电阻率各向异性变化的起因 是 : 在强地震孕震晚期阶段 , 在震源区及附近 , 介质 内部微裂隙大量发育和发展 , 其走向沿最大加载方 向 ( 2轴方位 优势取向 , 地下水充填微裂隙 , 引起 了以垂直加载方向快速 、 大幅度变化为主的视电阻 率各向异性变化 . 在图 6 中 ,负异常集中在震中区及 1808 地 球 物 理 学 报 ( Chin

8、ese J . Geophys. 50 卷 ( a 、 图5 视电阻率变化 s s 与 o ( b 和 f ( c 的关系 ( a , Fig. 5 The relations of changes in apparent resistivity s s to o ( b and f ( c 图6 视电阻率下降型异常与震中距的关系 ( 圆括号中的数字对应震级区间内的异常个数 Fig. 6 The relation of drop2anomaly in apparent resistivity to epicentral distance 附近 ,集中范围与应用震源体尺度估计公式 18 估算 的

9、震源体半径吻合 , 图 3 中地电阻率异常与地下水 位异常的 “镜像” 对应变化和图 1 中视电阻率异常幅 度、 时间与震级的非线性关系等 ,支持以上认识 . 题 . 杜学彬等 研究了半空间倾斜各向异性介质中 对称四极观测装置的探测深度 . 在方位均匀各向异 性介质中 ,用 h 表示探测深度 ,则 h 为 2 2 2 ( 14 cos + sin 2. 据式 ( 5 和式 ( 8 成立的条件 , 令 = 0° , 2 , 在 AB = 1200 m 时 , h 1700 m , h > ho . 还可应用 AB 1 h = ( 2 AB 5 探测深度讨论 我国地电台站采用电阻率

10、对称四极观测装置 , 供电极距 AB 多为 1200 m 左右 ,按物探电法估算 , 在 半空间均匀介质中的探测深度 ho 与 AB 2 对等 , 如 果下覆高阻分层介质 , 则 ho 更小 . 但实际震例却显 示在强地震孕震晚期阶段 , 在震中区及附近的视电 阻率各向异性变化与 P2轴方位有明显关系 ,因此需 要讨论震中区及附近地电阻率观测的探测深度问 所在垂向平面内垂直流过AB 中垂线上深度 0 H 之 间的电流 I ( 0 H 与流过 0 之间的电流 I ( 0 的比值 G ( H = I ( 0 H I ( 0 讨论供电电 流分布范围的下限 H , H 的估算公式为 G ( H = H

11、 2 2 2 2 H + ( AB 2 ( cos + sin 2 . ( 15 1 杜学 彬 , 马 占 虎 . 强 地 震 附 近 地 电 阻 率 观 测 的 探 测 深 度 问 题 (2004 . 个人资料 6期 杜学彬等 : 强地震附近视电阻率各向异性变化的原因 1809 在式 ( 15 中 , 令 2 和 = 0° , 并考虑到深度 h1700 m 以下还分布一定比例的电流 , 令 G ( H = 019 ,于是得到 AB = 1200 m 时 H2500 m , H µ ho . 地震孕育的不同时段是动态变化的 . 参考文献 ( References 1 . 地

12、电原理 . 张可迁 , 陈培光 , 张志诚等译 . 北京 : 由此来看 , 以方位均匀各向异性介质近似强地 震、 孕震晚期阶段 、 震源区及附近的介质 , 理论上供 电电流可达及近地表的深部 ,且 h 和 H 吻合 EDA 裂 隙的深度范围 . 由式 ( 14 和 ( 15 可知其深度随 、 是动态变化的 ,与震级 、 距离以及地电阻率测道的方 位有关 . 地质出版社 , 1954. 2462 , 333340 . P. r v. Geoelectrics Principle. Zhang K Q , Chen P G, Zhang Z C , et al . Trans. Beijing :

13、 Geological Publishing House , 19541 2462 , 333340 2 W F Brace. Electrical resistivity changes in saturated rocks during fracture and fractional sliding. Geophys . Res . , 1968 , 73 : 1433 1444 3 陈大元 , 陈 峰 , 王丽华等 . 单轴压力下岩石电阻率的研究 6 结 论 ( 1 理论上证明了真 、 视电阻率各向异性变化的 正交关系 ,垂直最大加载方向的视电阻率变化最显 著 ,沿加载方向的真电阻率变化

14、最显著 . 其结果可以 清晰解释绝大多数含水岩 ( 土 标本加载实验过程中 与最大加载方向正交 ( 或近于正交 测线的视电阻率 变化最显著的原因 . 如果强地震震源机制解的最大 主压应力方向确实代表孕震晚期阶段 、 震源区及附 近的最大加载方向 , 可以解释地震地电阻率各向异 性变化的观测事实 . ( 2 讨论了真电阻率变化与裂隙率 、 裂隙水电 阻率 骨架电阻率 f 、 o 的本构关系 . 真电阻率各向 异性变化的原因是 : 在加载环境下 ,介质内部微裂隙 发育 ,微裂隙走向沿最大加载方向优势取向 ,低阻水 充填微裂隙 ,导电通道连通 ,在短时间内产生了以沿 最大加载方向快速 、 大幅度变化

15、为主的真电阻率各 向异性变化 . 在其物理过程中 , 低阻水的作用十分 显著 . (3 视电阻率各向异性变化起因于真电阻率各 向异性变化 . 视电阻率各向异性变化与介质裂隙率 、 骨架电阻率和裂隙水电阻率的关系理论上清晰 , 随 介质裂隙率 、 骨架电阻率增大或裂隙水电阻率减小 , 视电阻率变化幅度增大 , 始终垂直加载方向的变化 比沿加载方向的变化幅度大 、 变化快 ; 在低裂隙率 、 低阻水和骨架电阻率不太高的情况下 , 视电阻率变 化幅度快速增大 ,视各向异性变化越明显 . (4 介质真电阻率各向异性变化比真电阻率各 向异性显著 ,在地面观测到的视电阻率各向异性变 化不如介质真电阻率各向

16、异性明显 , 远不如介质真 电阻率各向异性变化明显 . (5 在强地震 、 孕震晚期阶段 , 在震中区附近的 视电阻率各向异性变化反映了地壳近地表深部的真 电阻率各向异性变化 ,其深度随震级 、 距离不同以及 电阻率 的 各 向 异 性 . 地 球 物 理 学 报 , 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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