单轴固定速率加、卸载下岩石电阻率图像变化的实验研究

张 斌 朱 涛 俞言祥（中国地震局地球物理研究所， 北京 100081）

单轴固定速率加、卸载下岩石电阻率图像变化的实验研究

张 斌 朱 涛 俞言祥
（中国地震局地球物理研究所， 北京 100081）

观测和实验结果表明，在强震和大型地质灾害孕育和发生过程中，地电阻率及其各向异性会出现明显的异常变化，因此电阻率一直是我国地震监测预报中使用的重要参量之一，在近50年来的地震监测预报工作中发挥了重要作用。震例研究表明，在某些强震前，利用目前地震电阻率观测中仅有4个固定电极的对称四极测量系统，即使在离震中很近的台站，并不是所有测向上都能记录到明显的地电阻率异常变化，这可能导致地震异常误判的几率。因此，探索新的地震电阻率观测方式，可以为目前地震电阻率观测系统提供有益的补充，这对我国的防震减灾具有实际意义。为了更加深入研究电阻率图像变化规律和特征，探讨其是否可以作为地震电阻率异常的可能性，进行了一系列的系统性实验研究工作。

制作了相对均匀（样品Ⅰ）、内嵌高阻（样品Ⅱ、Ⅲ）和内嵌低阻（样品Ⅳ、Ⅴ）的5组人工样品，在样品的一个自由表面以共中心点对称布设4条辐射状测线。样品充分固结干燥后，分别对样品进行单轴固定速率的加、卸载，获得每个应力下4条测线的视电阻率数据，数据采集由采用温纳—α观测装置的直流电法仪完成。利用公式（1）计算了每个应力下的电阻率值相对于加压前（无应力）的相对变化ΔρNR。

其中，ρN、ρ0分别代表应力值在N MPa和加压前0 MPa时的视电阻率测量值。根据计算的ΔρNR，利用电阻率层析成像方法构建了视电阻率相对变化图像（以下称为RRC图像）。

相对均匀样品Ⅰ垂直加压方向的测线L1的视电阻率相对变化图像如图1所示（图1略），由于4条测线的RRC图像随应力变化的规律非常相似，这里只给出了一条测线的结果。

结果表明，随着应力的增加，RRC图像中电阻率降低的区域（以下称为RDR区）逐渐收缩，而同时电阻率升高的区域（以下称为RIR区）逐渐扩张；在卸载阶段，随着应力的减小，RIR区继续扩张，而RDR区继续收缩。且浅部的平均电阻率增大速率明显比深部快。

为了研究高阻块体和低阻块体对电阻率图像随应力变化的影响，还测试了含有高阻水泥块体的样品Ⅱ、Ⅲ和含有低阻水泥块体的样品Ⅳ、Ⅴ各2块。含高阻的样品4条测线的RRC图像与均匀样品有相似的变化规律和特征，然而穿过高阻体的测线所对应的RRC图表明，高阻体所在部位及其附近区域的电阻率值增加幅度相对较大（与图1相比），这种现象在超过应力22.22 MPa（约为破裂应力的50%）后尤为明显，表明高阻体的存在可能会使得电阻率图像随应力的变化更为突出。穿过低阻体的测线对应的RRC图表明，低阻体所在部位及其附近区域的电阻率值增加幅度相对较小，这种现象出现在整个加载和卸载过程中，表明低阻体的存在可能会降低其附近区域电阻率随应力的变化幅度。

本文所获得的RRC图像与冯锐等（2001）在宝坻、昌黎观测到1998年唐山ML4.4和5.0地震前后的电阻率图像有着非常相似的变化规律：随着应力的增加，RDR区会逐渐收缩，而RIR区逐渐扩张。这表明电阻率图像的异常变化可以作为地震前兆异常，而电阻率层析成像技术可以作为目前地震电阻率观测系统的有益补充。