體應變與地電阻率相關性研究

王飛　陶媛

摘? 要：為研究體應變與地電阻率在地震前的相關變化，以安徽大蜀山地震臺為研究對象，利用臺站體應變值和地電阻率值，計算分析兩者數值的相關變化系數及變化曲線，根據前人大量物理實驗得到的不同巖性下兩者的變化關系理論模型，確定臺站數據的良好對應性，為地震短臨預報提供一種思路。

關鍵詞：地電阻率? 體應變? 相關變化

中圖分類號：P315 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（b）-0201-03

“十一五”期間，安徽省地震局為加強短臨跟蹤，沿郯廬斷裂帶中南端安裝了5臺TJ-Ⅱ型鉆孔體應變觀測儀，分別安裝在嘉山地震臺、蚌埠地震臺、六安地震臺、合肥地震臺、黃山地震臺，整點值能記錄到完整的固體潮，分鐘值可以清晰地記錄到地震應變波、震時的同震應變。且在蒙城地震臺、合肥地震臺、黃山地震臺安裝了數字化地電阻率觀測儀，記錄地震前后電阻率的變化情況，運行狀況良好。

地震發生前后，兩種手段均有或大或小的數據異常，該文根據在大量物理試驗下得到的巖石體應變值及電阻率值隨應力變化而變化的理論結果，對應分析大蜀山地震臺的數據，確定變化規律。

1? 原理方法

根據布雷斯（Brace，W.F，1968）的實驗結果，當改變軸向加載時，在軸應力小于破裂應力一半時，巖石的軸向電阻率略有增加;超過這個應力值時，巖石的電阻率開始下降，最后在接近破壞應力80%時，巖石的電阻率開始大幅度下降。橫向電阻率在較低應力下就開始出現明顯下降，與軸向電阻率變化略有不同。

布雷斯在測量巖石電阻率的同時，還測定了相應巖石的應變。在軸向應力達到50%破裂應力以前，巖石的體應變減小，相當于巖石中裂隙的閉合和空隙的減少;在超過50%破裂應力之后，體應變反而增大，相當于新生裂隙的產生（擴容）。

通過以上應變導致的巖石變形進而引起地電阻率和體應變變化的機理，我們可以知道，當受到地下應力時，地電阻率和體應變值的變化應是相反的。

2? 數據處理及分析

2.1 數據相關性

選取安徽省大蜀山地震臺2012—2016鉆孔體應變及數字化地電阻率連續分鐘值預處理數據（2016年后因地鐵運行影響，臺站地電阻率數據干擾較大），分析其相關性，數據曲線如圖3所示。

進一步對兩者進行相關性分析，求取相關系數，利用相關公式：

Cov（X，Y）為X、Y的寫方差，D（X）、D（Y）為X、Y的方差;進而計算出相關系數為-0.8，接近-1，則大蜀山地震臺體應變值和地電阻率值具有較好的負相關性。

翻查資料顯示大蜀山地震臺所處地主要巖性為砂巖，由圖1及圖2我們可以發現，對于砂巖來說，當應力低于3×108Pa時，地電阻率值與體應變值反向變化;當應力在3×108Pa～5×108Pa之間時，地電阻率值與體應變值同向變化;大于5×108Pa時，兩者又呈反向變化（Brace，W.F，Electrical Resistivity Changes in Saturated Rocks during Fracture and Frictional Sliding），由此整理出表1。

由此我們可以預測，因應力積累導致巖石破裂這一過程中，兩者的變化關系應當存在這樣的規律。

2.2 利用地震震例分析

選取2012—2016年合肥周邊發生的3.0級以上地震作為研究震例，分析在震前震后兩者數據間的變化規律，經分析發現幾乎在每次合肥3.0級地震之前，都存在著地電阻率值與體應變值同向變化的異常狀況。這與前面體應變與地電阻率變化的規律，即反向-同向-反向相符合，如圖4所示。

3? 結語

根據以上論述可發現：大蜀山地震臺體應變與地電阻率具有較好的負相關性;兩者數據符合特定巖性下反向-同向-反向變化規律。

但由圖4也可看出，并不是每個地震都有較好的對應關系，且臺站并非都同時具有體應變和地電阻率兩種觀測手段，因此該規律的普遍適用性尚待進一步驗證。該規律的適用性還受到臺址巖性的影響，對不同的巖性，在應力變化時，地電阻率和體應變的變化規律也會不同。

參考文獻

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