体应变与地电阻率相关性研究

王飞　陶媛

摘  要：为研究体应变与地电阻率在地震前的相关变化，以安徽大蜀山地震台为研究对象，利用台站体应变值和地电阻率值，计算分析两者数值的相关变化系数及变化曲线，根据前人大量物理实验得到的不同岩性下两者的变化关系理论模型，确定台站数据的良好对应性，为地震短临预报提供一种思路。

关键词：地电阻率  体应变  相关变化

中图分类号：P315    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（b）-0201-03

“十一五”期间，安徽省地震局为加强短临跟踪，沿郯庐断裂带中南端安装了5台TJ-Ⅱ型钻孔体应变观测仪，分别安装在嘉山地震台、蚌埠地震台、六安地震台、合肥地震台、黄山地震台，整点值能记录到完整的固体潮，分钟值可以清晰地记录到地震应变波、震时的同震应变。且在蒙城地震台、合肥地震台、黄山地震台安装了数字化地电阻率观测仪，记录地震前后电阻率的变化情况，运行状况良好。

地震发生前后，两种手段均有或大或小的数据异常，该文根据在大量物理试验下得到的岩石体应变值及电阻率值随应力变化而变化的理论结果，对应分析大蜀山地震台的数据，确定变化规律。

1  原理方法

根据布雷斯（Brace，W.F，1968）的实验结果，当改变轴向加载时，在轴应力小于破裂应力一半时，岩石的轴向电阻率略有增加;超过这个应力值时，岩石的电阻率开始下降，最后在接近破坏应力80%时，岩石的电阻率开始大幅度下降。横向电阻率在较低应力下就开始出现明显下降，与轴向电阻率变化略有不同。

布雷斯在测量岩石电阻率的同时，还测定了相应岩石的应变。在轴向应力达到50%破裂应力以前，岩石的体应变减小，相当于岩石中裂隙的闭合和空隙的减少;在超过50%破裂应力之后，体应变反而增大，相当于新生裂隙的产生（扩容）。

通过以上应变导致的岩石变形进而引起地电阻率和体应变变化的机理，我们可以知道，当受到地下应力时，地电阻率和体应变值的变化应是相反的。

2  数据处理及分析

2.1 数据相关性

选取安徽省大蜀山地震台2012—2016钻孔体应变及数字化地电阻率连续分钟值预处理数据（2016年后因地铁运行影响，台站地电阻率数据干扰较大），分析其相关性，数据曲线如图3所示。

进一步对两者进行相关性分析，求取相关系数，利用相关公式：

Cov（X，Y）为X、Y的写方差，D（X）、D（Y）为X、Y的方差;进而计算出相关系数为-0.8，接近-1，则大蜀山地震台体应变值和地电阻率值具有较好的负相关性。

翻查资料显示大蜀山地震台所处地主要岩性为砂岩，由图1及图2我们可以发现，对于砂岩来说，当应力低于3×108Pa时，地电阻率值与体应变值反向变化;当应力在3×108Pa～5×108Pa之间时，地电阻率值与体应变值同向变化;大于5×108Pa時，两者又呈反向变化（Brace，W.F，Electrical Resistivity Changes in Saturated Rocks during Fracture and Frictional Sliding），由此整理出表1。

由此我们可以预测，因应力积累导致岩石破裂这一过程中，两者的变化关系应当存在这样的规律。

2.2 利用地震震例分析

选取2012—2016年合肥周边发生的3.0级以上地震作为研究震例，分析在震前震后两者数据间的变化规律，经分析发现几乎在每次合肥3.0级地震之前，都存在着地电阻率值与体应变值同向变化的异常状况。这与前面体应变与地电阻率变化的规律，即反向-同向-反向相符合，如图4所示。

3  结语

根据以上论述可发现：大蜀山地震台体应变与地电阻率具有较好的负相关性;两者数据符合特定岩性下反向-同向-反向变化规律。

但由图4也可看出，并不是每个地震都有较好的对应关系，且台站并非都同时具有体应变和地电阻率两种观测手段，因此该规律的普遍适用性尚待进一步验证。该规律的适用性还受到台址岩性的影响，对不同的岩性，在应力变化时，地电阻率和体应变的变化规律也会不同。

参考文献

[1] 张天中.1.2干巴围压下岩样破裂和摩擦滑动过程中电阻率变化[J].地震学报，1985，7（4）：428-433.

[2] Brace，W.F.Electrical Resistivity Changes in Saturated Rocks during Fracture and Frictional Sliding[J].J.Geophys.Res，1968，73（4）：1433-1445.

[3] 陈锋，廖发典，唐献民.视电阻率法测矿井岩石应变实验的初步总结[J].地球物理学报，1975（2）：88-99.

[4] 刘川琴.合肥地震台钻孔体应变干扰分析[J].地震地磁观测与研究，2014，33（5/6）：208-212.

[5] 李本有.安徽省安庆Ms4.8震前钻孔体应变数据变化分析[J].地震地磁观测与研究，2012（33）：217-220.

[6] 何康，王燚坤.九江M_s5.7地震前地电阻率异常分析[J].地震地磁观测与研究，2011（3）：62-66

[7] 何康，程鑫.安徽省数字化地电阻率干扰与短临异常研究[J].地震地磁观测与研究，2010（4）.