地电阻率长趋势变化及机理解释

论文摘要

处理、分析了1996～2009年全国63个地电阻率台站的地电阻率数据，研究了1998～2008年中国大陆地电阻率长趋势变化及其转折、加速变化。在数据处理中应用了地电学科的常规方法，引入了小波能谱分析方法；在认识地电阻率长趋势变化及转折、加速变化的基础上，联系地球自转速度变化分析了中国大陆板块应力环境变化；从数值模拟计算的角度，研究了地电阻率长趋势变化及其转折、加速变化的原因，取得以下认识与结论：(1)中国大陆的大多数台站存在地电阻率长趋势变化，在特定年份集中出现了地电阻率异常，认为在这些年份中国大陆出现了地电阻率异常时空丛集现象。持续1年尺度时间的地电阻率长趋势变化的转折、加速异常与长趋势背景变化上出现的上升、下降异常共同构成了地电阻率异常时空丛集现象的主体。(2)在1998年以来的11个年中，在2000～2001、2003、2005和2007年中国大陆出现了地电阻率异常时空丛集现象。地电阻率异常时空丛集年份集中在地球自转速度二阶差分相对于前一年显著变化的年份，说明地电阻率异常确实反应了地壳力学状态的变化。(3)在统计的11年中，按测道统计有67.1%、按台站统计有70.3％的地电阻率异常不对应地震，仅有32.9%、29.7％的异常台站周围发生地震，说明多数异常与震源孕育无直接关系，应属于大范围力学场调整变化引起的“场兆”。(4)地下介质电阻率的变化主要原因在于应力作用下介质内部微裂隙体积、导电通道发生变化以及导电流体的活动，微裂隙发展、定向排列或优势取向、导电流体进入、导电通道联通引起了介质电阻率发生显著变化，其中应力环境下地下介质变形引起的介质内部微裂隙变化是电阻率变化的根本原因。(5)将地电阻率主要探测深度范围内的介质简化为粘弹性介质，采用介质电阻率变化与体积变化之间的标量关系，以三种低应力的加载方式计算了模型电阻率随时间的变化，其变化形态与地电阻率长趋势变化形态吻合，说明地电阻率长趋势变化及其转折、加速变化主要是由大区域应力的低速积累和调整引起的。(6)地电阻率长趋势变化表现为持续几年平稳的变化，可以认为是地下介质在低应力持续积累作用下产生的。由于应力值和积累速度较慢，介质的应力松弛效应使得介质所承受的应力在介质临界强度以下，对应于IPE模式和DD模式的第一阶段。介质在应力作用下未破裂产生大量的新生微裂隙，也无显著的扩容，相应的地电阻率变化平稳持续。大多数地电阻率台站都出现不同程度的长趋势变化，一定比例的台站集中在某特定年份发生长趋势变化的转折、加速变化，这些异常变化在空间上离散、时间上集中，这与大范围的区域应力场调整密切相关。此外，本文认真研究了地电阻率观测数据处理的几种常规方法，引入了小波能谱分析方法以提取地电阻率异常。对典型地震前后地电阻率变化的谱分析表明，该方法能有效提取震前的短期异常信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外地震地电学研究现状
• 1.3 地电阻率长趋势变化研究及存在的问题
• 1.4 研究特色
• 第二章 研究内容、研究思路
• 2.1 研究内容
• 2.2 地电阻率资料处理
• 2.3 分析总结异常
• 2.4 数值计算
• 2.5 机理解释
• 2.6 小结
• 第三章 资料研究
• 3.1 地电阻率的观测方法
• 3.2 数据处理方法
• 3.2.1 傅氏滑动分析
• 3.2.2 矩平
• 3.2.3 动态矩平
• 3.2.4 归一化月速率
• 3.2.5 小波分析方法
• 3.3 长趋势变化
• 3.3.1 观测资料
• 3.3.2 典型的长趋势变化
• 3.3.2.1 宝坻台
• 3.3.2.2 大同台
• 3.3.2.3 宝鸡台
• 3.3.2.4 太原台
• 3.3.2.5 昌黎台
• 3.3.2.6 武都台
• 3.3.2.7 乌鲁木齐台
• 3.3.2.8 合肥台
• 3.3.2.9 长趋势变化的转折现象
• 3.4 地电阻率异常时空丛集现象
• 3.5 异常时空丛集现象与地球自转速度变化
• 3.5.1 地球自转角速度变化分析
• 3.5.2 异常时空丛集现象的原因
• 3.6 小结
• 第四章 有限元数值计算
• 4.1 基本原理
• 4.1.1 虚功原理
• 4.1.2 粘弹性小形变问题的基本方程
• 4.1.3 已知位移求应力应变
• 4.2 计算模型
• 4.3 计算结果分析
• 4.4 可靠性分析
• 4.5 小结
• 第五章 地电阻率长趋势变化的机理讨论
• 5.1 岩（土）介质电阻率变化的理论分析
• 5.2 地电阻率长趋势变化及其转折变化的机理
• 第六章 认识与结论
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介