电子信息核心期刊论文-后土桥地震台地电阻率干扰与地震前兆分析
发布时间：2013-05-31
摘要：因地震前兆异常存在复杂性、多样性，不同地区，即使同一地区的地震在震前电阻率的异常变化形态也存在差异，而且地电阻率观测受干扰情况也较为普遍，对地震前兆资料的分析和研究提出了进一步要求。本论文主要研究了后土桥地震台几次中强地震与电阻率变化形态的对应关系，总结异常变化特征，为今后资料分析、判定该区地震活动趋势提供参考依据。
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1、地电阻率观测受干扰情况分析
地电阻率趋势异常影响因素的分析曾提到过地下介质孕震过程、季节性降雨、雷雨、地下水位变化、测区环境等。但因为台址、观测条件等不同各台情况也不尽相同。本文结合实际情况，收集了当地月降雨量、湿度、雷雨、地下水位变化等资料对昌黎台地电阻率近几年年变进行趋势分析。
1. 地电阻率与降雨量、湿度相关性
抽取部分年月绘制地电阻率、降雨量、湿度月均值，见图1。 从图中可以明显看出地电阻率与降雨量和湿度呈很好负相关。季节性降雨对电阻率观测的影响具有明显周期性，降雨会引起地下水饱和度的上升，使导电介质电阻率下降，导电性增强。降雨量高的月份地电阻率呈明显的低值，反之则为高值。降雨除对地电阻率造成周期性影响外，还对其有滞后的“记忆”影响，降雨会使地电阻率值下降，但降雨结束后该影响并未立刻消除，由于地下介质中水分的渗透、扩散等作用，会使这种影响有一定的滞后性，滞后时间随不同的地下地质环境而不同。湿度的变化主要也是由于气候变化所致，根据以往研究证明，大气湿度、温度等外界条件对电阻率有一定影响。地下介质或岩石的电阻率与含水量有明显关系，当湿度较小时(小于5%时)，岩石电阻率几乎与湿度成反比，此时湿度的微小变化，可引起岩石电阻率的很大变化。温度升高时，离子迁移速率加快，电阻率降低;反之温度降低，离子迁移速率减慢，电阻率升高。 据此说明昌黎电阻率年变周期的规律性不仅反映了季节性降雨对其造成的影响，而且也包含着湿度和温度的共同作用。
2、地电阻率与雷雨关系
表1雷雨引起地电阻率测值变化表
序号异常开始时间异常结束时间异常形态变化幅度
12012-08-01-00:002012-08-01-23:59下降NS日均值较前一日变化0.43%,EW日均值较前一日变化0.51%
22012-08-04-00:002012-08-04-23:59下降NS日均值较前一日变化0.90%,EW日均值较前一日变化0.59%
32012-08-12-00:002012-08-12-23:59下降EW日均值较前一日变化0.33%
42012-09-03-00:172012-09-03-17:30下降NS日均值较前一日变化0.34%,EW日均值较前一日变化0.41%
52012-09-07-03:152012-09-07-16:10下降NS日均值较前一日变化0.74%,EW日均值较前一日变化0.96%
2012-09-26-02:002012-09-26-08:00下降EW测道电阻率日均值较前一日变化0.31%
3、 地下浅水位变化对地电阻率的影响
从理论上讲，昌黎台电阻率观测的供电极距为l000 m ，其探测深度可达500 m 左右，但如前所述，该台地下电性结构为上覆第四系为低阻层.下伏基岩为高阻层。由于基岩高阻层的屏蔽作用，极距1000m 的电力线绝大部分分布在覆盖层上，勘探深度仅为70余米。故本文针对当地浅层水位与地电阻率的关系做分析。已有研究表明，在一般情况下，地下水位下降通常是使地电阻率上升，而对下层电阻率较低的地电断面，地下水位下降才有可能使较大电极距的地电阻率测值呈现下降(钱复业，1987)。
昌黎地电台位于秦皇岛市昌黎县北部，该地区基岩以上的透水覆盖层主要由第四纪的更新统洪坡相及全新统的洪积相相叠组成，除该地区外，此覆盖层广泛分布于昌黎县境内的平原及丘陵地带，其主要堆积物成份为含小砾石亚粘土、含砂亚粘土及分布不稳定的泥煤薄层。横向上较均匀的沉积相带分布，使得浅层地下水在秦皇岛平原地区各局部范围之间得以顺利的进行渗流，这种稳定的横向渗流虽然缓慢，但足以使各局部地区地下浅水位能够常年的保持一种稳定的同向的变化，这对我们在以地下水为资料分析地电阻率趋势变化尤其是局部地下水资料不足时，是十分有利的。昌黎地电台所测地电阻率直接受台站测区内浅层地下水埋深的影响，而在前面所述地质环境下，测区内地下水的埋深的趋势性变化又是整个昌黎及秦皇岛地区浅层地下水埋深的局部外在体现。图中的地下水位埋深统计依据秦皇岛平原区三区四县15眼地下水观测井(含昌黎县6井)资料统计，得出平原区2006年1月～2010年3月地下浅水埋深曲线图。从图中看出，2006～2007年期间水位基本呈缓慢上升趋势，2008年开始逐步降低并未恢复，说明该地区降雨较少或者有大量开采等现象，经消除降雨影响后的昌黎台地电阻率年变趋势在2009年出现同步回落，2010年初期又开始显现上升态势，说明2个测道2009年的下降与地下水位变化并无太大关系。
2、地电阻率对应地震前兆异常分析
地震前地电阻的变化很多学者都进行了研究。大量的研究结果表明：岩石在受力破裂过程中，地电阻率会出现明显的变化。1975年Brace通过实验表明，在低应力下不饱和岩层随压应力增加，电阻率下降，而饱和岩石电阻率上升，地下介质一般处于非饱和状态，因此地电阻率异常以下降变化居多。近震中台站能观测到长、中、短、临各个阶段的异常变化。在地震孕育的早期阶段，震源区附近的台站(近震中台站)介质在低的构造应力场的作用下处于弹性变形阶段，此时晶粒的位错、孔隙度的改变和流体的运移还具有相当大的随机性，所以震中附近的介质宏观上表现仍然为整体的均匀、稳定变形。此时在地表震中附近台站的电阻率观测也处于一种相对稳定的趋势变化。在地震发生的短临阶段，震源区已处于高应力状况，断层的局部活动已经出现，岩石微破裂与流体运移急速发展，介质处于非弹性变形的破碎临界状况。对于地电观测，许多有利的高导电通路有可能出现，可能引起地下电阻率发生变化。其中有两类很重要：一是面导电机制，破裂的发展已在三维空间形成了巨大的连贯平面，沟通了体并为多种导电机制创造了条件;另一类是体导电结构的变化，在破裂面以外的广大介质空间里含水孔隙与导电颗粒是以某种串联、并联的方式来传导电流的。高应力状态很容易改变孔隙与颗粒的主轴方向，也就改变了它们的串、并联关系，二者的作用不仅造成宏观电阻率各向异性的增强，震源区附近表现出短临异常变化。部分台站在临震前还出现突跳现象。在地震的孕育阶段，远离震中的台站在低应力情况下产生的应变不大，不足以引起含水孔隙的优势排列，因此多数远震中台站异常不明显。
通过对昌黎后土桥地电阻率对应近场地震异常变化可以得出，昌黎地电阻率异常变化与地震活动密切相关，且通常为震前异常，说明昌黎地电阻率观测具有较强的前兆意义。尤其是对应唐山老震区地震活动更为密切，在今后的地电阻率观测工作中应加以注意。
3、结论
1、昌黎后土桥地电阻率观测受多种干扰因素影响，其中主要干扰因素为降雨、雷雨、地下水位变化、观测环境。
2、昌黎后土桥地电阻率观测资料的映震功能较好，且主要对应近场地震更为明显。今后应进一步加强发掘昌黎地电阻率资料的前兆意义。
3、注意归纳总结，以便更好地区分地电阻率干扰与地震前兆，提取地震地电阻率资料包含的地震前兆信息，对秦唐地区的地震监测工作意义重大。
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