地电学在地震预测中的应用

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1、地震学文献调研地电学在地震预测中的应用——地震的地电前兆何龙PB05000837引言地电学是地球物理的组成部分，是以电磁学和电化学原理为基础，应用于解决地学问题的一门应用学科，又称为电法勘探。地震预测中的地电观测是应用地电学的知识来研究地震预测的问题，它与电法勘探相互区别联系。二者共同点在于都是应用地电学基本原理和方法作为基础研究问题。区别在于电法勘探是为了研究地壳内部组成成分，只考虑空间上的问题，精度较低；而地震地电学是为了研究地震活动规律，不仅在关注空间，同时也涉及时间上的问题，而且由于地震前地电前兆信息微弱，所以其观测精度也比

2、电法勘探要高。地电观测内容简介地震预测中地电观测的研究内容总共分成三类：地球基本电场时空变化与地震的关系；岩石电参数变化与地震的关系；临震前震源处瞬时的电磁辐射。其中岩石电参数的研究应用最为广泛，是地震地电学的研究重点。与其他地震预测方法相比，地电法更加简易，操作方便，观测对象多，手段丰富，耗资少，可以研究地下几百米至几十公里的电性参数；但是由于手段方法简单，导致精度不高，并且由于地球环境复杂，通常都是在高噪声背景上提取微弱信号，这是其不足所在。从1960年开始，地震学家们就开始用地电手段来研究地震预报。日本、前苏联、中国、美国、法

3、国等都先后在这个领域投入精力，纵观全世界地震地电学的发展，科学家们大致曾经在四个方面对地震预测的地电现象进行研究：1、地电流、地电位的研究后来由于干扰大，规律性不强，没有得到进一步发展。2、地表电阻率测定发现地震前岩石电阻率大幅下降，为地电地震预测学主要研究内容。3、地壳深部电阻率测量受环境背景干扰大，多点同步测量技术诞生后，对其研究有了新的发展空间。4、震源电磁辐射的研究新生技术，还有很多问题有待进一步解决。从上面可以看出，对岩石电参数（主要是电阻率）的研究是地震预测的地电方法的核心问题。岩石的导电性和地震前兆在传统的电法勘探学中

4、，影响岩石导电性的因素包括成分、结构、含水量、温度等诸多因素；但是考虑到地震的具体过程，可以发现主要是由于岩石受力破碎和含水量的变化导致了岩石电性质的变化。Maxwell采用等数电阻率的近似理论，把研究对象（岩石）作为电阻率有差1地震学文献调研别的两种介质成分组成的混合体，假设导电性好的介质ρ包围着导电性差的介1质ρ，则有岩石电阻率：2（）ρ+2ρρ-（）-ρV1212ρρ岩石=*1含水砂岩砾岩ρ12<<ρ（）ρρ+2+2（）ρρ-V12122+V=ρ*单位体积含水量w=1-V12−V3−w=ρ*水2w结论：ρ∝ρ岩石水其中ρ取决于

5、矿化度，变化率很大，是电法探测地震的有利条件。水Maxwell理论假定了岩石孔隙中含水量是饱和的，而实际情况下大多数岩石中水并不饱和，Archie等人经过研究给出了饱和与不饱和水岩石的岩石电阻率实验公式。•含水饱和岩石电阻率：-mρ岩石=*ρφ水其中：φ为岩石孔隙率m为胶结因数•含水不饱和岩石电阻率：-m-nρρφ岩石=**水S其中：S为含水体积与孔隙体积之比结论：ρ岩石∝ρ水-m-nρφ∝，S岩石前面讨论了岩石导电性问题，说明了电阻率前兆机理。具体的电阻率前兆异常量大小按照性质和成因分为趋势异常和临震异常。趋势异常本身是基于岩石处

6、于弹性状态或岩石不产生大破裂为前提，由前面的Maxwell公式易得：dρ3dw岩石=-ρ（3-w)w岩石dρ岩石当岩石受到的地应力增强时，岩石孔隙被压缩，φ值减小，w相对增加，ρ岩石减小，对水饱和岩石，大约为-3%；对水不饱和岩石，可达到-6%,因此-6%通常看成趋势异常的极值参考值。临震异常指地震孕育过程中岩石出现破裂所引起的岩石电阻率变化的异常现象，此时孔隙急剧增加，孔隙中水重新分布，导电体面2地震学文献调研dρ岩石积增大，电阻率迅速下降，多达-15～-20%。ρ岩石电阻率的测量前面简单阐述了地震电阻率前兆的形成机理，在实际工作

7、中，通过对岩石电阻率的测量来研究电阻率变化与地震的关系。测量岩石电阻率主要有两种方法：直流视电阻率发和低频交流视电阻率发。直流电阻率法：⎧∂E∇×HE=σε+⎪∂T⎪⎪∂H由对称四级测电阻率的方法、Maxwell方程组⎨∇×=−Eμ、电位和∂T⎪⎪∇=E0⎪⎩∇=B0⎧EU=−∇ΔV场强的关系⎨2，得到半空间内视电阻率公式：ρs=K,其中⎩∇=U0IπAMANK=（详细过程参见电法勘探教程）。同理，全空间电阻率计算公式MN与半空间相同，只需将K的公式中π改成2π即可。跟半空间相比，全空间观测信号大，精度高，可排除地表干扰，数

8、据稳定，便于管理，因此测量时应尽量采用全空间的方法。交流电阻率法：由于大地本身地电场噪声背景较高，导致直流电法观测精度收到噪声背景限制，为了提高观测精度，必须改善信噪比，而采用交流电的方法恰好可以达到目标，能够使精度提高一个数量级。E