中国中强地震前地电阻率中短期异常特征及其可能原因
CSTR:
作者:
中图分类号:

P315

基金项目:

国家自然科学基金项目(42104075)、国家重点研发计划(2017YFC1500502)共同资助


Middle-short Term Abnormal Characteristics of Apparent Resistivity before Strong Earthquakes in China and Its Possible Mechanism
Author:
  • 摘要
  • | |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献 [53]
  • | | | |
  • 文章评论
    摘要:

    地电阻率已经发展成为我国地震地球物理场观测的重要方法,通过标示一定区域范围内介质电阻率随时间的变化特征和空间分布,应用于探索地震孕育发生的过程。在50多年的观测过程中,记录到了近百次5~8级地震前的中短期异常和部分强震前的临震变化以及地震发生之后的恢复过程。电阻率是地下介质重要的物性参数,与岩土骨架和裂隙内流体电阻率、裂隙率、裂隙结构以及流体饱和度等因素有关。其中,应力作用导致的微裂隙结构变化是引起电阻率变化的重要因素。已有相关研究分别从岩石物理实验、介质电阻率模型、震例研究等方面讨论了地震前地电阻率变化的可能机理。本文对其中具有代表性的研究结果进行梳理,以“介质变形-电阻率变化”为纽带,将岩石物理实验和电阻率模型给出的细观尺度介质电阻率变化机制与震中周围地电阻率异常变化的宏观现象联系起来,介绍地震晚期孕育阶段地电阻率异常变化的可能原因。地震孕育引起发震断层周围介质变形,由发震断层向外围方向附加变形程度逐渐衰减; 地表浅层介质处于低围压状态,新生微裂隙将大致沿最大主压应力方向扩展,进而引起介质电阻率发生变化; 同一台站不同方向观测的地电阻率呈现出与P轴方位有关的各向异性异常变化,与P轴方向夹角越大的测道异常幅度越大,与P轴方向平行或近于平行的测道异常幅度最小或无异常变化; 地震前挤压变形增强区域地电阻率异常呈现下降变化,相对膨胀区域呈现上升变化或变化不明显。

    Abstract:

    Apparent resistivity has been one of the important branches of seismic geophysical field observation in China,which is applied to explore the process of earthquake preparation by marking the variation characteristics and spatial distribution of medium resistivity with time in a certain area. Through over 50 years of observation,we have recorded a series of the medium-term and short-term anomalies before about one hundred of MS5.0~8.0 earthquakes and the impending earthquake changes before some strong earthquakes,as well as the recovery processes after the earthquakes. Resistivity is an important physical parameter of underground media,which is related to resistivity of both rock-soil and fluid,crack rate,crack structure and fluid saturation in geotechnical framework and fissures. Tectonic stress is an important factor leading to the change of resistivity. In previous related literatures the possible mechanism of resistivity variation before earthquakes have been discussed from rock physics experiments,electrical resistivity models and case studies. In this paper we introduce the possible mechanism of apparent resistivity anomalies associated with strong earthquakes along the line of “medium deformation-resistivity change”,combining with the results from rock physical experiment,resistivity model,and macroscopic phenomena of apparent resistivity anomalies around the epicenter. Seismic preparation process causes the deformation of the medium around the seismogenic fault,and the deformation degree decreases gradually along the seismogenic fault. In shallow surface medium under low confining pressure,the new micro-cracks will roughly expand along the direction of the maximum principal compressive stress,and then the resistivity of the medium will change. The apparent resistivity observed at the same station in different directions implies anisotropic changes related to the P axis orientation. The bigger the angle between the arrays and the P axis,the greater the amplitudes of the anomalies are. When the arrays are parallel to or sub-parallel to the P axis,the arrays have the smallest amplitudes of anomalies or the changes are even unnoticeable. Before a strong earthquake,apparent resistivity in the area of compressive deformation enhancement decreases,while that in the area of relative expansion such increases or the changes are not obviously.

    参考文献
    安金珍,修济刚,陈峰,等. 1996. 单轴压力下有补给水岩石电阻率变化各向异性研究. 中国地震,12(3):300~306.
    陈大元,陈峰,王丽华,等. 1983. 单轴压力下岩石电阻率的研究——电阻率的各向异性. 地球物理学报,26(增刊):783~792.
    陈峰,安金珍,廖椿庭. 2003. 原始电阻率各向异性岩石电阻率变化的方向性. 地球物理学报,46(2):271~280.
    陈峰,马麦宁,安金珍. 2013. 承压介质电阻率变化的方向性与主应力的关系. 地震学报,35(1):84~93.
    杜学彬. 2010. 在地震预报中的两类视电阻率变化. 中国科学:地球科学,40(10):1321~1330.
    杜学彬,李宁,叶青,等. 2007. 强地震附近视电阻率各向异性变化的原因. 地球物理学报,50(6):1802~1810.
    杜学彬,谭大诚. 2000b. 地电阻率1年尺度异常时空丛集现象与地震活动性. 中国地震,16(3):283~292.
    杜学彬,薛顺章,郝臻,等. 2000a. 地电阻率中短期异常与地震的关系. 地震学报,22(4):368~376.
    杜学彬,叶青,马占虎,等. 2008. 强地震附近电阻率对称四极观测的探测深度. 地球物理学报,51(6):1943~1949.
    傅良魁. 1983. 电法勘探教程. 北京:地质出版社.
    国家地震局科技监测司. 1995. 地震电磁观测技术. 北京:地震出版社.
    国家地震局预测预防司. 1998. 电磁学分析预报方法. 北京:地震出版社.
    胡庆东,范宜仁,王光海. 1993. 岩石特性与岩石电阻率关系及电阻率模型(文献综述). 世界石油科学,(3):48~56.
    李新平,刘金焕,彭元平,等. 2002. 压应力作用下裂隙岩体的断裂模式与强度特性. 岩石力学与工程学报,21(增刊):1942~1945.
    马瑾. 1982. 岩石力学与地震预报. 地震科学研究,2(4):37~42.
    钱复业,赵玉林,黄燕妮. 1996. 地电阻率各向异性参量计算法及地震前兆实例. 地震学报,18(4):480~488.
    钱复业,赵玉林,于谋明,等. 1982. 地震前地电阻率的异常变化. 中国科学:(B辑),(9):831~839.
    钱家栋,陈有发,金安忠. 1985. 地电阻率法在地震预报中的应用. 北京:地震出版社.
    钱家栋,张学民,王亚璐,等. 2018. 2008年汶川 MS8.0 地震前成都台NE向地电阻率趋势异常的数值模拟. 地震,38(2):107~116.
    汪志亮,郑大林,余素荣. 2002. 地震地电阻率前兆异常现象. 北京:地震出版社.
    吴忠良,蒋长胜,彭汉书,等. 2009. 与地震预测预报有关的几个物理问题. 物理,38(4):233~237.
    解滔,刘杰,卢军,等. 2018. 2008年汶川 MS8.0 地震前定点观测电磁异常回溯性分析. 地球物理学报,61(5):1922~1937.
    解滔,卢军. 2020a. 含裂隙介质中的视电阻率各向异性变化. 地球物理学报,63(4):1675~1694.
    解滔,卢军. 2020c. 横向不均匀性对视电阻率各向异性变化的影响和地震前电阻率的变化深度. 地震地质,42(5):1172~1187.
    解滔,王洪岐,刘立波,等. 2014. 四平台地电阻率相反年变有限元数值分析. 地球物理学进展,29(2):588~594.
    解滔,薛艳,卢军. 2022. 中国MS≥7.0地震前视电阻率变化及其可能原因. 地球物理学报,65(8):3064~3077.
    解滔,于晨,王亚丽,等. 2020b. 基于断层虚位错模式讨论2008年汶川 MS8.0 地震前视电阻率变化. 中国地震,36(3):492~501.
    徐世浙. 1985. 视电阻率年变的定量计算. 地震学报,7(4):422~427.
    张恒,唐世斌,王龙,等. 2015. 压缩作用下岩石预置裂隙贯通机制的研究. 应用力学学报,32(5):762~767.
    张金铸,陆阳泉. 1983. 不同三轴应力条件下岩石电阻率变化的实验研究. 地震学报,5(4):440~445.
    张志强,陈方方,李宁,等. 2020. 裂纹雁行分布岩体试样应力场特征与破坏模式研究. 应用力学学报,37(5):2280~2287.
    赵和云,钱家栋. 1982. 地电阻率法中勘探深度和探测范围的理论讨论和计算. 西北地震学报,4(1):40~56.
    赵和云,钱家栋. 1987. 郫县台多极距观测资料的反演和分析. 中国地震,3(增刊):75~78.
    赵玉林,李正南,钱复业,等. 1995. 地电前兆中期向短临过渡的综合判据. 地震,(4):308~314.
    赵玉林,卢军,李正南,等. 1996. 唐山地震应变-电阻率前兆及虚错动模式. 地震学报,18(1):78~82.
    赵玉林,卢军,张洪魁,等. 2001. 电测量在中国地震预报中的应用. 地震地质,23(2):277~285.
    赵玉林,钱复业,杨体成,等. 1983. 原地电阻率变化的实验. 地震学报,5(2):217~225.
    中国地震局监测预报司. 2010. 地震电磁学理论基础与观测技术. 北京:地震出版社.
    Тарxова А Г. 1963. Справочник геофизика. Т. 3:Электроразведка. Москва:Гостоптеxиздат Издательство.
    Парxоменко Э И. 1965. Электрические свойства горныx пород. Москва:Наука.
    Brace W F. 1975. Dilatancy-related electrical resistivity changes in rocks. Pure Appl Geophys,113(1):207~217.
    Brace W F,Orange A S. 1968. Electrical resistivity changes in saturated rocks during fracture and frictional sliding. J Geophys Res,73(4):1433~1445.
    Brace W F,Orange A S,Madden T R. 1965. The effect of pressure on the electrical resistivity of water-saturated crystalline rocks. J Geophys Res,70(22):5669~5678.
    Brace W F,Paulding Jr B W,Scholz C. 1966. Dilatancy in the fracture of crystalline rocks. J Geophys Res,71(16):3939~3953.
    Crampin S,Evans R,Atkins B K. 1984. Earthquake prediction:a new physical basis. Geophys J Int,76(1):147~156.
    Jouniaux L,Zamora M,Reuschlé T. 2006. Electrical conductivity evolution of non-saturated carbonate rocks during deformation up to failure. Geophys J Int,167(2):1017~1026.
    Lu J,Xie T,Li M,et al. 2016. Monitoring shallow resistivity changes prior to the 12 May 2008 M8.0 Wenchuan earthquake on the Longmen Shan tectonic zone,China. Tectonophysics,675:244~257.
    Mjachkin V I,Brace W F,Sobolev G A,et al. 1975. Two models for earthquake forerunners. Pure Appl Geophys,113(1):169~181.
    Morrow C,Brace W F. 1981. Electrical resistivity changes in tuffs due to stress. J Geophys Res Solid Earth,86(B4):2929~2934.
    Scholz C H. 1967. Microfracturing of rock in compression. Ph. D. thesis. Cambridge:Massachusetts Institute of Technology.
    Scholz C H,Sykes L R,Aggarwal Y P. 1973. Earthquake prediction:a physical basis:rock dilatancy and water diffusion may explain a large class of phenomena precursory to earthquakes. Science,181(4102):803~810.
    Xie T,Ye Q,Lu J. 2020. Electrical resistivity of three-phase cracked rock-soil medium and its anisotropic changes caused by crack changes. Geomat,Nat Haz Risk,11(1):1599~1618.
    Yamazaki Y. 1966. Electrical conductivity of strained rocks(the second paper),further experiments on sedimentary rocks. Bull Earthq Res Inst,44(4):1553~1570.
    相似文献
    引证文献
    网友评论
    网友评论
    分享到微博
    发 布
引用本文

解滔,卢军.中国中强地震前地电阻率中短期异常特征及其可能原因[J].中国地震,2023,39(1):45-63

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:426
  • 下载次数: 1570
  • HTML阅读次数: 524
  • 引用次数: 0
历史
  • 收稿日期:2021-09-01
  • 最后修改日期:2021-11-26
  • 在线发布日期: 2023-05-11
  • 出版日期: 2023-03-15
文章二维码
您是第2947176位访问者
中国地震 ® 2025 版权所有
技术支持:北京勤云科技发展有限公司
请使用 Firefox、Chrome、IE10、IE11、360极速模式、搜狗极速模式、QQ极速模式等浏览器,其他浏览器不建议使用!