横向不均匀性对视电阻率各向异性变化的影响和地震前电阻率的变化深度

采用对称四级装置的直流视电阻率地表观测,其深度探测范围与供电极距AB大致相当。测区地下介质可能存在电性横向不均匀性,即同一深度范围内介质电阻率在水平方向存在变化。地层的横向不均匀性会引起不同方向的视电阻率观测值出现差异,但是否会引起各向异性变化还没有定论;大地震前构造应力对地下分层电阻率的影响能上升到距离地表的深度范围也未得到充分讨论。文中采用有限元数值分析方法,分别计算横向均匀、横向不均匀模型中不同深度范围内介质电阻率变化时视电阻率的各向异性变化,认为:对于供电极距AB=1000m的观测,距离地表约300m以下的地层其电阻率的各向异性变化所产生的视电阻率各向异性变化与实验和震例中的实际观测结果不符;地层电阻率的变化深度需要上升至近地表的浅层范围,视电阻率的变化幅度和各向异性变化特征才与实验和观测相吻合。对于横向不均匀地层,同一深度以下的地层电阻率发生相同幅度的各向同性变化,视电阻率并不出现各向异性变化,仅当电阻率出现各向异性变化时视电阻率才出现各向异性变化,但地层横向不均匀性对各向异性变化特征的影响较小。

强地震附近视电阻率各向异性变化的原因

讨论了强地震、孕震晚期阶段、震源区及附近介质的物理变化过程,证明了视电阻率变化最显著的方向与最大加载方向之间的正交关系,建立了真、视电阻率各向异性变化与裂隙率ν、骨架电阻率ρo、饱水裂隙电阻率fρ的本构关系,解释了视电阻率各向异性变化的原因.研究认为:在强地震孕震晚期阶段,在震源区及附近地壳近地表的较深部,介质微裂隙发育,其走向沿最大主压应力方位优势取向,低阻水充填微裂隙,导电通道连通,引起最大主压应力方向真电阻率变化最显著的真各向异性变化,从而产生垂直主压应力方向视电阻率变化最显著的视各向异性变化,低阻水在其物理过程中起了显著作用.

与强地震有关的视电阻率各向异性变化

研究了27个强地震附近41个地电台的视电阻率变化，在震前1年尺度～短临阶段，在超过95％的台站上与震源机制解最大主压应力方位正交（或近于正交）测道的视电阻率变化最显著，主应力方位（或近于该方位）的测道的变化反之，其物理机理比较清晰．可以确认：在强地震孕育晚期阶段，在震源区及附近视电阻率各向异性变化是客观存在的地球物理现象，在震中区附近可观测之．

大地震前视电阻率各向异性变化及可能原因

1研究背景地震晚期孕育过程的研究已经逐步扩展至整个孕震区介质,除了直接关注断层面上的力学状态,膨胀扩散模型和微破裂模型认为,断层之外的区域会出现与高应力-应变水平积累有关的地球物理和地球化学现象(Scholz et al,1973)。岩石物理实验、原地实验、含裂隙介质电阻率模型分析表明,含水岩土介质电阻率在压应力作用下呈现下降变化,应力卸载过程中呈现上升变化。这些结果从微观尺度呈现出电阻率变化与介质微裂隙变化之间的关系,而震例分析则从宏观尺度呈现出地震前视电阻率变化的统计特征。但是,二者之间还需要“介质变形-电阻率变化”这一中间过程的联系。

土的视电阻率的各向异性指数随裂隙深度开展的变化规律研究

土中裂隙不论对环境、工程还是农业都有危害。目前的研究裂隙的方法有很多,但都有其缺陷,特别在裂隙深度上的研究没有一个经济无损可以广泛应用的方法。用单层电极模型来分析研究具有不同裂隙开展的土的视电阻率的各向异性指数(AI),掌握各向异性指数的变化规律;用有机玻璃板作为裂隙,通过四电极法做多层电极室内试验证上诉规律。得出单层电极测量裂隙深度对土体的AI的影响存在1倍电极距离的影响范围,AI变化率在裂隙相对深度接近于0点取到峰值,以此提出裂隙的深度的测试方法。

基于密集台阵资料的背景噪声研究青藏高原东南缘地震各向异性

新生代以来,青藏高原快速隆升、地壳缩短和东向挤出.受到稳定的扬子地块阻挡,青藏高原东南缘地壳发生强烈变形.地震各向异性研究有助于认识地壳内部精细结构及内部运动学过程.通过收集密集地震台阵的观测资料,利用环境噪声提取Rayleigh波频散曲线,采用多角度频散曲线反演方法,获得地壳和上地幔顶部高分辨率的地震S波速度和各向异性图像.青藏高原东南缘地区上地壳的地震快波方向与其相邻的走滑断裂带走向、GPS水平速度场方向基本一致,围绕喜马拉雅东部构造结顺时针旋转.然而,中、下地壳的各向异性与上地壳存在明显差异,例如,在木里盐源盆地和滇中地块等各向异性方向发生大幅度转向,从上地壳的NE方向转为中、下地壳的NW方向.中、下地壳的各向异性方向与其低速层的延伸方向吻合.在下地壳底部和上地幔顶部的范围内,地震快波方向再次发生改变,与上地壳的各向异性分布一致,可能说明在较早的历史时期上地壳与下地壳是耦合在一起的,在中新世时期低速黏滞性流体挤入青藏高原东南缘中下地壳,使原有的上地壳与中下地壳发生解耦.因此,新生代以来高原物质挤出可能导致青藏高原东南缘地壳发生强烈变形.

综合地面地震与井资料进行速度各向异性分析和深度成像

当前地球物理研究与发展的2个最活跃领域是深度成像和速度各向异性.原因在于只有适当地考虑速度各向异性,才有可能完全实现深度成像的潜在好处.深度成像依赖于速度模型的精度这已得到公认(zhu等,1998;Parkes和Hatton,1987).如果存在各向异性,但在速度模型建立和偏移中没有考虑它,则最终的成像将是不正确的,会产生错位的和/或假的构造(Isaac和Lawton,1999;Vestrum等人,1999),从而加大干井的风险.因此确定哪一层具有地震各向异性,并且量化其各向异性参数是非常重要的.

东濮凹陷的各向异性叠前深度偏移方法

东濮凹陷属断陷型盆地,沉积环境多变、断块破碎、构造复杂,局部构造主要受断层控制,断层两侧同一时代地层由于埋深不同,导致在大断层附近存在较大的速度横向变化.而时间偏移不能解决速度横向变化的问题,东濮凹陷今后构造勘探的主要目标是小断块和小幅度构造,所以在本区中应用了各向异性叠前深度偏移,在叠前深度偏移基础上,把时间偏移道集的高密度速度分析结果与声波测井资料相结合,形成一套各向异性参数求取方法,通过基于各向异性的叠前深度偏移改善了地震与钻井的吻合度.

各向异性弹性波叠后逆时深度偏移

大量数据表明地下岩层的地震各向异性是普遍存在的。然而在常规偏移中,通常视地下介质为各向同性介质,这必然导致一定的误差。研究了各向异性弹性波的有限元逆时延拓算法及有关人工吸收边界条件等问题,实现了各向异性弹性波有限元逆时深度偏移系统。2个理论模型的自激自收资料实算表明,该系统能够清晰准确地进行偏移成像。另外,对这两个模型资料的各向同性偏移证实,常规各向同性偏移剖面上存在较大误差。

汶川地震余震序列的地震各向异性初步分析

2008年5月12日，在四川龙门山断裂带上发生了8．0级大地震，根据中国地震台网中心的地震目录，震源深度为14km处，属于浅源构造地震。汶川地震序列是主震余震型。截至到2008年10月，已发生了3万余次连续余震。北东走向的龙门山断裂带位于青藏高原东缘，是由3条断裂构成，自西向东分别是龙门山后山断裂，龙门山主中央断裂，龙门山山前断裂。龙门山断裂带是一条以逆冲为主，走滑为辅的大型断裂带。

各向异性叠前深度偏移

地震各向异性是指速度随方向的变化。这个现象可能影响地震数据的时—深转换,其结果是导致地下构造的错误成像。该错误能严重地改变勘探目标的位置。通过研究地震各向异性,我们能够更好地评价一个远景区的目标,从而减少勘探风险和所包括的费用。导致地震各向异性的主要原因在于排列整齐的矿物颗粒、排列整齐的裂缝、排列整齐的结晶体以及薄层的周期性(Helbig,1994)。由周期性薄层所产生的影响在典型的层状碎屑岩层序。

针对横向速度变化模型的不同地震成像方法对比研究

时间域偏移成像和深度域偏移成像是常用的地震成像手段,不同的成像方法对复杂模型适用性不同。为了研究不同成像方法对横向速度变化模型的成像能力优劣,首先建立包括横向速度缓慢变化的起伏层和横向速度剧烈变化的复杂模型,其次,利用有限差分方法进行声波正演模拟,然后分别采用Kirchhoff叠前时间直射线偏移、Kirchhoff叠前时间弯曲射线偏移、叠前共炮分步傅里叶深度偏移、叠前傅里叶有限差分深度偏移、叠前共炮集45°至90°有限差分偏移、叠前共炮相移加插值深度偏移方法完成对应的偏移成像处理。成像结果表明,前2种时间偏移成像方法对低倾角具有成像能力,但存在位移问题,角度越大,位移越严重;后4种深度偏移方法均能对倾角小于等于30°界面实现准确成像,当目标界面倾角等于45°时,除叠前共炮相移加插值深度偏移外,其他方法成像结果均出现同相轴保幅性差。综合考虑连续性和保幅性两方面因素,叠前共炮相移加插值深度偏移是本文成像能力最优的偏移方法。

地震动随场地深度变化的相干性分析

目前有关地震动相干性研究基本上是限于自由场地的地面运动相干性问题。为探究地震动随场地深度变化的相干性,寻求一种适用于不同类型场地随深度变化的地震动相干函数模型,以日本KiK-net台网采集的2 679对地震动记录为基础,利用随机振动理论和数字信号处理技术对不同类型场地随深度变化的地震动相干性问题进行了研究。通过对水平向地震动分量相干函数计算值的拟合,建立了一种适用于不同类型场地的水平向地震动随深度变化的相干函数模型,并进行了参数回归分析。分析结果表明:震级及震中距(<200 km)对相干函数的影响可忽略不计;剪切波速对相干函数产生较大的影响,与浅层土相比,深层土剪切波速的影响更大;水平向地震动的相干函数值随深度和频率的增大呈指数形式衰减;相较于深度的影响,频率对相干函数值衰减速率的影响更加明显。在对地震动相干函数值的估计中,场地条件是不容忽视的因素,随着场地由硬变软,相干函数值随深度的衰减愈来愈快。

在3D叠前深度偏移中考虑各向异性的影响——北海南部的一个研究实例

本文介绍了对北海荷兰海域L10区块的地震资料进行3D各向异性叠前深度偏移(APS-DM)处理的实例研究结果.L10区块的产气层是该区典型的储集层,这是因为他们存在于赤底统地层的地垒和倾斜断块中.由于存在一个受到盐丘构造严重影响的复杂上覆岩层,因此,对这些断块进行成像变得非常困难,尤其是上覆岩层中还包括速度快和垂向速度梯度大的白垩岩.

全球地震活动性的地理和深度变化

收集了总数达13800个由仪器记录的地震资料以研究全球地震活动性的地理和深度分布。根据这些地震,形成了4个完整的资料样本(M≥7.0,1894～1992;M≥6.5,1930～1992;M≥6.0,1953～1992;M≥5.5,1966～1992),其中有11151个浅源地震(h≤60km),2085个中深源地震(61km≤h≤300km),564个深源地震(301km≤h≤720km)。计算了频度与震级关系式中的参数α和b,网格点间距为1°,使用以每一网点为圆心的圆内的地震资料。圆半径从30km以10km的步长增加直到放进圆里的地震信息满足3个标准,是否满足与每个网点用来计算参数的样本量的大小有关。计算结果同时用定性(震中分布图)的和定量(平均复发周期)的方式给出。

各向异性介质中的3D叠前深度偏移——北达科他州Lodgepole礁远景区的实例研究

深度偏移剖面(叠前或叠后)解释中的一个关键问题是地震层位几乎总是不和井口一致.通常情况下,地震波至大约要深1000ft.造成这种差异的原因主要归咎于地震各向异性.在本文中,我们将给出美国北达科他州Lodgepole礁远景区的一个实例,通过在3D速度模型中加入强地震各向异性,我们得到了良好的深度偏移结果,且与井闭合极佳(小于50ft).估计出的各向异性参数与岩样的实验室测量一致.

强地震附近电阻率对称四极观测的探测深度

针对我国地震监测预报中固定地点和固定观测装置及参数的视电阻率观测,给出了半空间倾斜各向异性介质中电阻率对称四极观测的理论探测深度,研究了地震前兆信息的检测深度问题,得到:(1)在强地震、孕震晚期阶段,在震中区及附近可检测到地壳近地表较深部介质的电阻率变化,其深度大于或远大于均匀介质之;(2)震级、震中距、观测方向不同或在不同的孕震阶段,探测深度存在差异,甚至存在大的差异,且是动态变化的.并依据理论探测深度讨论了地震视电阻率前兆变化的复杂性、地电台址电性条件等问题.

2020年7月12日唐山MS 5.1地震前通州台井下地电阻率变化

通州地震台井下地电阻率观测于2019年11月完成建设,完成相关测试后于2020年投入实际观测。在2020年7月12日河北唐山MS5.1地震前,地电阻率呈现出一定的变化,约从4月上旬开始NE和NW测道同步出现下降变化,6月中旬开始NW测道出现转折回升。EW测道同期存在一定的上升变化,但变化幅度约为NE测道幅度的1/4。此次地震的震源机制解为走滑型,最大主压应力方位为101°,与NE、NW和EW测道的夹角分别为70°、50°和10°。震前NE测道下降幅度最大,NW测道次之,EW测道变化幅度最小,符合实验结果和地震前地电阻率各向异性变化特征。

汶川8.0级地震前后电磁场的变化特征

2008年5月12日汶川M_s8.0地震前后,距震中320 km甘肃陇南汉王地震台的地电阻率、大地电场、ELF电磁等多种观测手段捕捉到这次地震前后的异常信息.本文采用解析方法,着重探讨汶川8.0级地震前后观测到的电磁场变化特征,从电磁现象来探讨汶川M_s8.0地震发生前后,电磁场长、中、短、临期的异常特征和变化规律.自2003年以来甘东南地区及甘川交界发生4次5.0级以上地震,从空间上看,有从南北地震带中段的西北向西南方向移动的特点,强度逐渐增强,其中,文县5.0和两次岷县5.0级以上地震可以视为汶川8.0级地震的前震;从时间上分析,震前陇南汉王地震台观测到电磁场出现了长趋势变化和短临异常变化,其特征:①2003～2008年,ZD8B地电仪观测的N54°W、N85°E和N73°W测道地电阻率均显示出长趋势变化和短期变化;②视电阻率各向异性度‘S′’年变化率在有震年(异常年)是无震年(正常年)的两倍;③ELF电磁仪观测到了(0.5～39 Hz)频率段的电场、磁场在汶川8.0级地震及余震序列中异常变化分别比正常月份大1～5个数量级,并记录到电磁同震现象;④大地电场仪(ZD9A-Ⅱ)在汶川震前17个小时也记录到高频临震变化信息.