兩次近距離大震前成都臺(tái)視電阻率重現(xiàn)性、相似性和各向異性變化

杜學(xué)彬，劉君，崔騰發(fā)，范瑩瑩，安張輝，閆睿，王麗

1中國(guó)地震局蘭州地震研究所，蘭州 730000

2蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，蘭州 730000

3北京市地震局，北京 100080

1 引言

自1966年河北邢臺(tái)MS7.2地震起，我國(guó)開(kāi)展了以地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)為主要目的的大規(guī)模、固定臺(tái)網(wǎng)直流（DC）視電阻率（也稱(chēng)“地電阻率”，用ρs表示）觀測(cè).在每個(gè)臺(tái)地表布多方位、供電電流極距AB多為1000～2000m的對(duì)稱(chēng)四極電阻率觀測(cè)裝置（杜學(xué)彬等，2006a；錢(qián)家棟等，2009），歷經(jīng)近半個(gè)世紀(jì)積累了豐富的震例.例如，1976年河北唐山MS7.8地震天津?qū)氎媾_(tái)（震中距72km）、1976年四川松—平MS7.2地震甘肅武都臺(tái)（105km）、1988年云南瀾滄—耿馬MS7.6／7.2地震騰沖臺(tái)（272km）、2008年四川汶川MS8.0地震成都臺(tái)（35km）和2013年四川蘆山MS7.0地震成都臺(tái)（99km），在震前中期和／或短臨階段記錄了視電阻率異常（桂夑泰等，1989；錢(qián)復(fù)業(yè)等，1982；Du，2011；錢(qián)家棟等，2013；Du et al.，2013）.同時(shí)，在臺(tái)網(wǎng)內(nèi)發(fā)生的幾十次中等地震前也記錄了異常，對(duì)數(shù)次6級(jí)左右地震還實(shí)施了1年尺度時(shí)間的震級(jí)、預(yù)測(cè)區(qū)半徑不到100km的地點(diǎn)預(yù)測(cè)（杜學(xué)彬等，1999，2013；葉青等，2005）.在上述震例中，成都臺(tái)在汶川（2008年5月12日）、蘆山（2013年4月20日）兩次地震前的視電阻率變化有特殊性.特殊的原因是：兩次地震發(fā)生在該臺(tái)以西、龍門(mén)山NE向斷裂帶，是近距離大震（圖1），兩次大震的震源機(jī)制和深度幾乎相同（李延興等，2009；曾祥方等，2013；http：／／www.globalcmt.org／CMTsearch.html），研究該臺(tái)震前視電阻率變化對(duì)客觀評(píng)價(jià)究竟能否觀測(cè)到地震前兆有意義.兩次大震發(fā)生的時(shí)間相隔近5年，對(duì)于識(shí)別震前中期、短期異常有足夠長(zhǎng)時(shí)段的視電阻率背景變化做基礎(chǔ).

汶川地震發(fā)生后諸多學(xué)者報(bào)道了成都臺(tái)NE測(cè)道顯著下降的視電阻率異常（張學(xué)民等，2009；Du，2011；Huang，2011；錢(qián)家棟等，2013；朱濤，2013），但成都臺(tái)同點(diǎn)布NE、NW兩個(gè)測(cè)道（圖1），觀測(cè)方式相同，諸文卻均未研究震前NW測(cè)道的視電阻率變化.錢(qián)家棟等（2013）專(zhuān)文研究了汶川地震前NE測(cè)道視電阻率下降異常及原因，認(rèn)為在孕震后期該臺(tái)底層介質(zhì)中微裂隙發(fā)育、地下水進(jìn)入底層介質(zhì)引起了大幅度的介質(zhì)（真）電阻率變化造成了視電阻率下降異常.問(wèn)題是NW測(cè)道的極距AB大于NE測(cè)道，探測(cè)深度／范圍更大，但該測(cè)道視電阻率卻未出現(xiàn)異常.因此，僅成都臺(tái)在汶川MS8.0地震前的視電阻率異常就存在待解的問(wèn)題.

2 成都臺(tái)基本情況

該臺(tái)視電阻率觀測(cè)起始于1974年，布兩個(gè)近于正交的測(cè)道，均為地表對(duì)稱(chēng)四極電阻率觀測(cè)裝置，N58°E測(cè)道AB＝736m，N49°W 測(cè)道 AB＝846m（圖1）.該臺(tái)自1998年開(kāi)始使用中國(guó)制造的固定地震臺(tái)站DC視電阻率觀測(cè)專(zhuān)用的ZD8B地電儀，2010年起用具有通信功能的ZD8BI地電儀.兩類(lèi)儀器測(cè)量方式、技術(shù)指標(biāo)、數(shù)據(jù)產(chǎn)出格式和觀測(cè)周期相同，在溫度0～40℃、相對(duì)濕度不大于80%的溫濕度環(huán)境下電阻率測(cè)量最大容許誤差為±（0.1%讀數(shù)＋0.02Ωm）（錢(qián)家棟等，2008）.供電、測(cè)量電極為555mm×800mm鉛板，電極埋深約1.5m；外線(xiàn)路為絕緣線(xiàn)、空架敷設(shè).各測(cè)道每天24小時(shí)固定時(shí)間復(fù)測(cè)視電阻率和自然電場(chǎng)，每小時(shí)的視電阻率測(cè)值是在2～3min內(nèi)復(fù)測(cè)5～10次的平均值.按觀測(cè)技術(shù)規(guī)范的要求（中國(guó)地震局，2001），觀測(cè)人員按日巡檢儀器運(yùn)行狀況，按月、季度、雨季前后和年度，定期檢測(cè)外線(xiàn)路絕緣和校檢測(cè)量?jī)x器最大允許誤差，并巡檢場(chǎng)地觀測(cè)環(huán)境.據(jù)查詢(xún)工作日志，該臺(tái)觀測(cè)整體上符合視電阻率固定臺(tái)站觀測(cè)的技術(shù)要求.

該臺(tái)位于成都市西北約39km的郫縣新勝鎮(zhèn)走石山，距郫縣縣城和都江堰市17km左右.在地質(zhì)構(gòu)造上屬于俗稱(chēng)的“南北地震帶”中段的NE向龍門(mén)山構(gòu)造帶前沿的凹陷盆地內(nèi)，西距灌縣—江油NE向斷裂約20km（圖1）.布極區(qū)平坦、農(nóng)田覆蓋.沿兩個(gè)測(cè)道極距AB／2≤500m電測(cè)深曲線(xiàn)均為K－型，說(shuō)明兩個(gè)測(cè)道地下淺層電性結(jié)構(gòu)近于相同.

圖1 震中、臺(tái)站、斷層分布圖和成都臺(tái)視電阻率觀測(cè)裝置圖 （用Mapsis軟件斷層底圖）①灌縣—江油斷裂；②映秀—北川斷裂；③汶川—茂縣斷裂；④龍泉山斷裂.Fig.1 Epicenters，faults，station Chengdu and observation configuration of apparent resistivity① Guanxian－Jiangyou fault；② Yingxiu－Beichuan fault；③ Wenchuan－Maoxian fault；④ Longquanshan fault.

2008年汶川地震前該臺(tái)布極區(qū)除瞬間出現(xiàn)的民用電雜散電流影響外無(wú)其他干擾，自汶川地震發(fā)生到2010年5月底出現(xiàn)多種干擾.2008年5月20日起在NE測(cè)道A2－供電極附近（測(cè)區(qū)外）安置地震災(zāi)民，干擾影響逐漸嚴(yán)重；2009年1—3月拆除災(zāi)民安置房在原址建工廠(chǎng)、安裝用電設(shè)備；2009年開(kāi)始在兩個(gè)測(cè)道南供電極（B2和B4）外約300m建成青快軌，2010年5月快軌運(yùn)行.這些環(huán)境變化對(duì)汶川地震后該臺(tái)觀測(cè)造成了隨機(jī)和固定干擾.特別是建工廠(chǎng)、快軌施工對(duì)NE測(cè)道影響大，在2008年6月（尤其10月）起—2010年5月兩年內(nèi)視電阻率干擾幅度最大為＋11.4%（增大變化）.其次，還影響NE測(cè)道觀測(cè)精度.在固定臺(tái)站視電阻率觀測(cè)中，用每測(cè)道每小時(shí)視電阻率相對(duì)均方差Kσn－1（＝σn－1／ρs（%），ρs是視電阻率小時(shí)測(cè)值，σn－1是5～10次復(fù)測(cè)ρs的均方差）的月均值σn－1衡量觀測(cè)精度，要求σn－1優(yōu)于0.3%.自2008年7月起，特別在后來(lái)的工廠(chǎng)、快軌建設(shè)期間，NE測(cè)道精度降低，約0.4%～2%.2010年5月施工結(jié)束，干擾影響逐步消除，視電阻率恢復(fù)到之前的正常變化趨勢(shì)；觀測(cè)精度逐步改善，至2011年1月起優(yōu)于0.4%，2011年5月后優(yōu)于0.2%，已符合正常觀測(cè)的精度要求.在NE測(cè)道出現(xiàn)干擾的期間，NW測(cè)道除了偶然的雜散電流干擾外未見(jiàn)其他干擾，觀測(cè)精度始終優(yōu)于0.2%.筆者于2013年6月赴該臺(tái)考察了觀測(cè)環(huán)境，從2010年6月至蘆山地震發(fā)生的期間再未發(fā)生新的環(huán)境變化，由此得到對(duì)該臺(tái)上述期間的視電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)：

（1）2008年5月以前，兩個(gè)測(cè)道的觀測(cè)數(shù)據(jù)可用.雖間或出現(xiàn)瞬間、隨機(jī)的雜散電流干擾，但月觀測(cè)精度為0.1%左右，略低于全國(guó)大多數(shù)臺(tái).

（2）2008年6月—2010年5月，安置災(zāi)民和建工廠(chǎng)、成青快軌施工對(duì)NW測(cè)道影響不大，觀測(cè)數(shù)據(jù)可用，但對(duì)NE測(cè)道影響大，2008年7月起干擾逐漸嚴(yán)重，觀測(cè)數(shù)據(jù)不可用.

（3）2010年6月起，兩個(gè)測(cè)道存在隨機(jī)、瞬間干擾，間或影響視電阻率小時(shí)值觀測(cè)精度，但月觀測(cè)精度接近、后持平汶川地震前的水平，故視電阻率月均值甚至日均值數(shù)據(jù)可用.

3 數(shù)據(jù)處理方法

在我國(guó)通常用視電阻率日、月均值等原始曲線(xiàn)或用滑動(dòng)傅氏分析方法（本文中縮寫(xiě)為MFM）、月距平方法（縮寫(xiě)為MMDM）等消除年變化后的曲線(xiàn)分析異常（郝臻等，2000）.據(jù)多年觀測(cè)，地震前視電阻率相對(duì)變化幅度一般大于1% （即其中為在曲線(xiàn)上選定的所謂“正常變化”時(shí)段的視電阻率平均值、ρ－s2為“異常變化”時(shí)段平均值）.視電阻率觀測(cè)精度優(yōu)于0.3%，故識(shí)別大于1%、持續(xù)性的異常變化是可信的.這些傳統(tǒng)方法直觀、簡(jiǎn)便，但地震前的異常多數(shù)是“弱”幅度變化，人為判定ρ－s1、ρ－s2有困難，易造成識(shí)別異常的不確定性，僅是大致的估算.針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，筆者提出了歸一化變化速率方法（Normalized Variation Rate Method，NVRM）.NVRM 原理簡(jiǎn)單，異常指標(biāo)（即“閾值”）及其物理意義明確，且在不同臺(tái)、測(cè)道的NVRM曲線(xiàn)上異常指標(biāo)統(tǒng)一為±2.4（Du et al.，2001；Du，2011）.

NVRM方法的應(yīng)用效果見(jiàn)Du等（2001）、杜學(xué)彬等（2006b）、張學(xué)民和翟彥忠（2002）和 Du（2011）以及全國(guó)地電臺(tái)網(wǎng)技術(shù)管理部門(mén)多年提交中國(guó)地震局的震情研究報(bào)告.1976年河北唐山MS7.8地震發(fā)生后，錢(qián)復(fù)業(yè)等（1982）和王新華等（1984）分析了北京平谷臺(tái)（即馬坊臺(tái)，114km）視電阻率月／日均值曲線(xiàn)后認(rèn)為該臺(tái)未記錄到異常，但NVRM處理結(jié)果卻清楚展示了視電阻率中期（震前約1年多）下降－短期（約3個(gè)月）上升異常；2003年甘肅民樂(lè)MS6.1地震前山丹臺(tái)（43km）月／日均值曲線(xiàn)上均無(wú)異常，NVRM曲線(xiàn)表現(xiàn)了中期下降－短期上升異常（Du，2011）.當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)系統(tǒng)正常、無(wú)環(huán)境干擾.不過(guò)NVRM也略顯欠缺：（1）對(duì)仍處于下降或上升變化過(guò)程中的視電阻率異常分辨力高，但異常維持在平穩(wěn)的低值或高值時(shí)段其分辨力低.（2）需按視電阻率長(zhǎng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)折／加速變化（杜學(xué)彬和譚大誠(chéng)，2000）分時(shí)段處理數(shù)據(jù).因此，在視電阻率數(shù)據(jù)處理中應(yīng)優(yōu)先用傳統(tǒng)方法，NVRM常用于傳統(tǒng)方法不能識(shí)別的“弱”幅度異常，且處理月均值數(shù)據(jù)識(shí)別中期－短期異常更優(yōu)勢(shì).本文中應(yīng)用上述兩種方法處理了成都臺(tái)視電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù).

4 汶川MS8.0、蘆山MS7.0地震成都臺(tái)視電阻率變化

4.1 NW 測(cè)道

圖2a是成都臺(tái)NW測(cè)道2004年1月—2013年8月的視電阻率月均值曲線(xiàn).圖中，2005年5月、2006年和2007年的6月、2009年6月和11月出現(xiàn)了相對(duì)變化約1.4%～2.9%的單點(diǎn)突跳，影響曲線(xiàn)的正常動(dòng)態(tài)變化，且還造成用傳統(tǒng)方法消除年變成分后的曲線(xiàn)出現(xiàn)畸變.據(jù)查該臺(tái)工作記載，這些數(shù)據(jù)是觀測(cè)環(huán)境等引起的短時(shí)內(nèi)日均值至少變化2.5%以上造成的，故刪除這5個(gè)無(wú)理數(shù)據(jù)得圖2b.圖2b中存在每年底視電阻率減小的不規(guī)則年變成分，也識(shí)別不出汶川和蘆山兩次近距離大震前的任何異常.為此，用NVRM處理了圖2b數(shù)據(jù)，處理過(guò)程中先用MFM方法消除了年變成分，處理結(jié)果示于圖2c—2d.兩圖中的中間虛線(xiàn)表示變化速率ρ·s＝0，上、下虛線(xiàn)分別表示ρ·s為＋2.4、－2.4的異常閾值（下同）；圖中標(biāo)注地震為該臺(tái)400km范圍內(nèi)當(dāng)年發(fā)生的MS≥5.0地震中的最大地震和1000km范圍內(nèi)MS≥6.0地震中的最大地震（下同）.由NVRM曲線(xiàn)（圖2c，步長(zhǎng)ξ＝8）可見(jiàn)，在長(zhǎng)達(dá)近10年期間，共出現(xiàn)了三次滿(mǎn)足閾值±2.4的異常：分別在汶川地震前2007年10月—2008年1月、蘆山地震前2012年11月—2013年2月和2006年1—3月.三次異常分別對(duì)應(yīng)汶川、蘆山大震以及云南鹽津兩次MS5.1地震（306km）、甘肅汶縣MS5.0地震（272km），均為震前中期階段的異常.汶川、蘆山大震前為正異常，鹽津和汶縣三次地震前為負(fù)異常.三次MS5.0～5.1地震小、距離遠(yuǎn)，尚難確認(rèn)負(fù)異常是否與這3次地震有關(guān)，不過(guò)異?？尚牛ㄔ趫D2b中對(duì)應(yīng)期間出現(xiàn)了持續(xù)性的視電阻率下降變化）.應(yīng)特別關(guān)注汶川、蘆山大震前的兩次正異常：異常變化形態(tài)相同，異常領(lǐng)先于地震發(fā)生時(shí)間（異常起始時(shí)間）接近，只是汶川地震大、異常幅度大，而蘆山地震異常幅度??；此外，兩次大震前約1.5年內(nèi)在異常閾值內(nèi)的變化趨勢(shì)也相似.

表面上看，由圖2b數(shù)據(jù)得到圖2c中兩次大震前的異常難以置信，但結(jié)果確如此，展示了NVRM的高異常分辨力.為驗(yàn)證圖2c，分別用步長(zhǎng)ξ＝7和9計(jì)算，步長(zhǎng)為9的結(jié)果與圖2c相同（圖略），步長(zhǎng)為7的結(jié)果略有不同（圖2d）.圖中，原三次異常與圖2c類(lèi)似，異常幅度略大于圖2c.此外，還出現(xiàn)了2009年2—3月的負(fù)異常和12月正異常.負(fù)異常時(shí)間上緊密對(duì)應(yīng)2009年6月四川綿竹MS5.6地震（65km）；正異常對(duì)應(yīng)2010年4月青海玉樹(shù)MS7.0地震（708km）和5月四川都江堰—彭州MS5.0地震（21km）.

4.2 NE測(cè)道

因2008年10月—2010年5月NE測(cè)道干擾影響嚴(yán)重，故分2008年6月前和2010年6月后兩個(gè)時(shí)段處理了該測(cè)道觀測(cè)數(shù)據(jù).

（1）汶川MS8.0地震

圖3a是1998年1月—2008年6月該測(cè)道視電阻率月均值曲線(xiàn)，用MFM方法消除了年變成分.圖中直線(xiàn)表示大致的“正常變化”趨勢(shì)，未標(biāo)注2001年2月雅江MS6.0（308km）、1999年9—11月兩次MS5.0（84～93km）地震.由圖可見(jiàn)，大致從2006年8月起開(kāi)始出現(xiàn)視電阻率顯著下降異常，震前最大下降幅度估算約－5.9%.這是長(zhǎng)達(dá)10年來(lái)最顯著的下降異常，汶川地震發(fā)生在異?；謴?fù)（上升）變化的時(shí)段.還注意到，1998—2001年初、2001下半年—2004年上半年和2004年下半年后是不同的視電阻率長(zhǎng)趨勢(shì)變化時(shí)段，約2001、2004年年中是長(zhǎng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)折變化的時(shí)間點(diǎn).據(jù)杜學(xué)彬等（1999）、杜學(xué)彬和譚大誠(chéng)（2000）和Du（2011），在中國(guó)大陸普遍存在此類(lèi)視電阻率長(zhǎng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)折或加速變化，觀測(cè)到此類(lèi)變化的臺(tái)離散分布在中國(guó)大陸、發(fā)生變化的年份明顯對(duì)應(yīng)中國(guó)大陸及其5級(jí)以上地震叢集活動(dòng)和大陸及周邊遠(yuǎn)距離8級(jí)及以上大震活動(dòng)的年份.例如，圖中兩個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)間點(diǎn)后緊接著發(fā)生了2001年11月昆侖山口西MS8.1大震、2004年12月蘇門(mén)答臘MS8.9大震.這種時(shí)間上的對(duì)應(yīng)可能是與地球自轉(zhuǎn)年尺度加速有關(guān)的“同源異象”現(xiàn)象.

圖4a是該測(cè)道2004年1月—2008年6月視電阻率日均值曲線(xiàn)，用MFM方法消除了年變成分.由圖可見(jiàn)：（1）從2006年8月初開(kāi)始出現(xiàn)視電阻率顯著下降異常，截至汶川地震發(fā)生前夕最大下降幅度估算約－7%.（2）從2008年3月開(kāi)始出現(xiàn)恢復(fù)（上升）變化，汶川MS8.0地震發(fā)生在恢復(fù)變化期間.（3）表現(xiàn)了震前“中期下降－然后恢復(fù)”的變化過(guò)程.

選對(duì)應(yīng)圖4a時(shí)段的原始月均值數(shù)據(jù)，用NVRM處理的結(jié)果示于圖5a（圖中未示＋2.4異常閾值線(xiàn)），消除年變成分的方法和步長(zhǎng)ξ同上.圖中，從2006年8月開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)了三次NVRM負(fù)異常，對(duì)應(yīng)圖3a和圖4a中2006年以后的三次視電阻率快速下降變化，最大幅度負(fù)異常是在2007年6—9月.緊接小幅度的第三次負(fù)異常后發(fā)生了汶川大震.

（2）蘆山MS7.0地震

圖2 成都臺(tái)NW測(cè)道視電阻率月均值曲線(xiàn)及其N(xiāo)VRM曲線(xiàn)（a）原始曲線(xiàn)；（b）刪除干擾數(shù)據(jù)曲線(xiàn)；（c）NVRM曲線(xiàn)（ξ＝8）；（d）NVRM曲線(xiàn)（ξ＝7）.在NVRM處理視電阻率時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)滑動(dòng)步長(zhǎng)ξ的選取詳見(jiàn)Du等（2001）和Du（2011），對(duì)多數(shù)臺(tái)ξ＝8，少數(shù)臺(tái)ξ＝7，極個(gè)別臺(tái)取6或9，但同臺(tái)、同測(cè)道ξ需相同，并長(zhǎng)期固定.Fig.2 Monthly mean value curves of apparent resistivity and NVRM curves，channel NE in station Chengdu（a）Raw curve；（b）Curve after deleting disturbed data；（c）NVRM curve（ξ＝8）；（d）NVRM curve（ξ＝7）.

圖3 成都臺(tái)NE測(cè)道視電阻率月均值曲線(xiàn)（a）MFM曲線(xiàn)（汶川地震）；（b）原始曲線(xiàn)（蘆山地震）；（c）MMDM曲線(xiàn)（蘆山地震）.Fig.3 Monthly mean value curves of apparent resistivity of channel NE in station Chengdu（a）MFM curve（Wenchuan earthquake）；（b）Raw curve（Lushan earthquake）；（c）MMDM curve（Lushan earthquake）.

圖4 成都臺(tái)NE測(cè)道視電阻率日均值曲線(xiàn)（a）MFM 曲線(xiàn)（汶川地震）；（b）原始曲線(xiàn)（蘆山地震）；（c）MMDM 曲線(xiàn)（蘆山地震）.Fig.4 Daily mean value curves of apparent resistivity of channel NE in station Chengdu（a）MFM curve（Wenchuan earthquake）；（b）Raw curve（Lushan earthquake）；（c）MMDM curve（Lushan earthquake）.

圖5 成都臺(tái)NE測(cè)道視電阻率月均值NVRM曲線(xiàn)（ξ＝8）（a）汶川地震；（b）蘆山地震.Fig.5 NVRM curves for monthly mean values of apparent resistivity of channel NE，station Chengdu（ξ＝8）（a）Wenchuan earthquake；（b）Lushan earthquake.

蘆山地震發(fā)生在NE向龍門(mén)山斷裂帶南端，震級(jí)比汶川地震小，距離成都臺(tái)幾乎是汶川地震之三倍.圖3b是NE測(cè)道2010年6月—2013年10月視電阻率原始月均值曲線(xiàn)（2013年10月底臺(tái)站改造，數(shù)據(jù)不連續(xù)）.圖中似乎存在不清晰的年變化，故分別用MMDM和MFM方法作了消除年變的處理，MMDM處理后（圖3c）其變化趨勢(shì)更吻合原始曲線(xiàn)變化.由圖3b—3c可見(jiàn)，2012年8月前與其后視電阻率變化截然不同，蘆山地震前持續(xù)8個(gè)多月的中期下降很清楚，緊接2012年9月7日云南彝良MS5.7地震（343km）后下降幅度最大，約－4.9%，此后至蘆山地震前逐漸恢復(fù)（即上升）.其次，緊臨岷縣漳縣地震（401km）前后出現(xiàn)了－4.8%～－4.9%下降異常，震后恢復(fù).

圖4b—4c是對(duì)應(yīng)圖3b時(shí)段該測(cè)道視電阻率原始日均值曲線(xiàn)和MMDM方法消除年變成分的曲線(xiàn).因瞬間的高頻次變化多，僅分析持續(xù)性變化.由圖：（1）彝良MS5.7地震前不到1個(gè)月開(kāi)始至2013年10月，出現(xiàn)了整體下降異常.（2）在蘆山地震前，最大下降異常出現(xiàn)在緊跟彝良地震之后，約－5.9%～－6.2%.（3）蘆山地震前異常持續(xù)約8個(gè)月，蘆山地震發(fā)生在下降異常大致已恢復(fù)的時(shí)間，其“中期下降－然后恢復(fù)”的變化過(guò)程清晰.（4）2013年7月22日甘肅岷縣漳縣MS6.6地震前不到1個(gè)月出現(xiàn)了約－6.5%～－7.5%的短時(shí)下降，震后再次出現(xiàn)更大幅度的短時(shí)下降后開(kāi)始恢復(fù).

圖5b是圖3b數(shù)據(jù)的NVRM曲線(xiàn)，消除年變成分的方法和步長(zhǎng)ξ同上.圖中更清晰地展示了視電阻率異常，對(duì)應(yīng)蘆山、彝良和岷縣漳縣三次地震出現(xiàn)了三次異常，其中以蘆山地震前的負(fù)異常最顯著.特別是，在彝良地震前4個(gè)月出現(xiàn)了在圖3b—3c、圖4b—4c中不易識(shí)別的正異常.

4.3 視電阻率異常可靠性分析

（1）觀測(cè)誤差

在觀測(cè)環(huán)境符合要求的情況下，固定臺(tái)站DC視電阻率觀測(cè)的誤差取決于儀器測(cè)量誤差、外線(xiàn)路絕緣性和電極穩(wěn)定性.我國(guó)制定了對(duì)這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的明確技術(shù)要求（中國(guó)地震局，2001；杜學(xué)彬等，2006a；錢(qián)家棟等，2008，2009），在本文所用觀測(cè)數(shù)據(jù)的期間，成都臺(tái)觀測(cè)符合要求.DC視電阻率觀測(cè)按ρs＝k·ΔV／I（k是長(zhǎng)期不變的裝置常數(shù)）計(jì)算視電阻率，影響月觀測(cè)精度的主要是供電電位差ΔV、電流I的測(cè)量準(zhǔn)確度和場(chǎng)地背景電噪聲.成都臺(tái)長(zhǎng)期存在瞬間、隨機(jī)的雜散電流影響，但兩個(gè)測(cè)道ΔV分別約48mV和33mV（優(yōu)于全國(guó)多數(shù)臺(tái)），電流I測(cè)量誤差可忽略，所以除了瞬間、隨機(jī)電噪聲影響外還是能觀測(cè)到高信噪比（約不低于47dB）的視電阻率.汶川地震前，該臺(tái)月觀測(cè)精度為0.1%左右，個(gè)別時(shí)段優(yōu)于0.3%；自2010年6月起逐步優(yōu)于0.2%，其中NW測(cè)道優(yōu)于NE測(cè)道.圖3—4中異常幅度是觀測(cè)精度的20倍以上，故觀測(cè)誤差不至于引起（包括NVRM曲線(xiàn)上）這樣大幅度、持續(xù)性的異常.

（2）數(shù)據(jù)處理

本文分別應(yīng)用了原始曲線(xiàn)、消除年變化曲線(xiàn)和NVRM曲線(xiàn)分析視電阻率變化.正如圖3和圖4所示，傳統(tǒng)方法存在人為識(shí)別異常的不確定性，異常相對(duì)變化幅度僅是大致的估算；其次，經(jīng) MMDM、MFM方法消除年變成分的曲線(xiàn)與原始曲線(xiàn)之間會(huì)存在一些偏差.但是，對(duì)于識(shí)別文中汶川、蘆山兩次大震前NE測(cè)道日／月均值曲線(xiàn)上這樣持續(xù)性、大幅度異常依然可用，異常與正常的背景變化可相互比較、識(shí)別異常.消除年變成分的計(jì)算誤差不會(huì)引起這樣的異常.因此，文中用傳統(tǒng)方法估算的顯著異常是可信的.

在NVRM計(jì)算中，是否消除視電阻率趨勢(shì)變化、年變化及使用的方法等中間處理過(guò)程和選取步長(zhǎng)ξ對(duì)結(jié)果均有影響.為了同臺(tái)站各測(cè)道異常的可比性，計(jì)算時(shí)其中間過(guò)程和步長(zhǎng)ξ均相同；其次每個(gè)NVRM值反映了連續(xù)ξ個(gè)視電阻率數(shù)據(jù)的整體下降或上升變化（Du et al.，2001；Du，2011）.所以，不存在出現(xiàn)偶然異常的可能性.本文在成都臺(tái)兩個(gè)測(cè)道的NVRM計(jì)算時(shí)均不扣除趨勢(shì)項(xiàng)，消除年變成分的方法和過(guò)程相同，步長(zhǎng)ξ相同（除圖2d外），故應(yīng)用NVRM方法不會(huì)引起文中的NVRM異常.

5 問(wèn)題討論與解釋

5.1 異常變化特征

（1）兩次大震前異常變化的重現(xiàn)性和相似性

NW測(cè)道視電阻率異常的重現(xiàn)性和相似性.在NVRM曲線(xiàn)上，在汶川大震前約8個(gè)月出現(xiàn)顯著的正異常，在蘆山地震前約6個(gè)月出現(xiàn)正異常.兩次大震前的異常變化形態(tài)、起始時(shí)間幾乎相同，只是在距離近、震級(jí)大的汶川地震前異常幅度大，而距離稍遠(yuǎn)、震級(jí)略小的蘆山地震前幅度小.展現(xiàn)了兩次大震前中期、正異常變化的重現(xiàn)性和異常起始時(shí)間的相似性.

NE測(cè)道視電阻率異常的重現(xiàn)性和相似性.在汶川地震前21個(gè)月開(kāi)始出現(xiàn)了持續(xù)下降的顯著中期異常，震前約2.5個(gè)月開(kāi)始恢復(fù)變化；在蘆山地震前8個(gè)月開(kāi)始出現(xiàn)下降的中期異常，然后震前逐漸恢復(fù).展示了震前視電阻率先期下降－然后恢復(fù)變化過(guò)程的重現(xiàn)性.異常變化過(guò)程吻合DD模式預(yù)言的震源區(qū)電阻率變化過(guò)程（Mjachkin et al.，1975；Nur，1972；Scholz et al.，1973）.其次，還展示了中期階段大幅度、下降變化形態(tài)的相似性.事實(shí)上，據(jù)多次地震、多臺(tái)視電阻率NVRM處理結(jié)果，一般在對(duì)等震源斷層破裂尺度范圍的近震中區(qū)（即下降異常集中的空間范圍；Du et al.，2001；杜學(xué)彬，2006b；Du，2011）出現(xiàn)震前先期下降－短期上升的視電阻率變化過(guò)程.

成都臺(tái)長(zhǎng)期存在瞬間的雜散電流影響，相比國(guó)內(nèi)多數(shù)臺(tái)站其觀測(cè)精度略低，汶川地震后觀測(cè)環(huán)境更復(fù)雜.據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察，2010年6月以后環(huán)境影響有時(shí)造成兩個(gè)測(cè)道視電阻率小時(shí)測(cè)值發(fā)生增大或減小突跳，特別是NE測(cè)道突跳幅度偶然達(dá)約3%～4%.但是，汶川、蘆山兩次地震均發(fā)生在該臺(tái)以西、NE向龍門(mén)山斷裂帶，是兩次近距離大震，且震源機(jī)制和震源深度幾乎相同，兩個(gè)測(cè)道分別表現(xiàn)出對(duì)應(yīng)兩次大震的視電阻率異常變化的重現(xiàn)性和相似性，證明震前的異?？尚?

（2）兩個(gè)測(cè)道之間異常變化的差異性

變化形態(tài)差異：在兩次大震前，NE測(cè)道記錄的兩次中期異常均為突出的下降變化，而NW測(cè)道為上升.表現(xiàn)了兩個(gè)測(cè)道之間異常變化形態(tài)的明顯差異，這種反向變化在以往震例中不多見(jiàn).

異常時(shí)間差異：NE測(cè)道記錄了汶川地震前約21個(gè)月、蘆山地震前8個(gè)月開(kāi)始出現(xiàn)的中期異常，而NW測(cè)道分別記錄了震前約8、6個(gè)月開(kāi)始的中期異常.表現(xiàn)出NE測(cè)道異常起始早、NW測(cè)道晚的差異.

異常幅度差異：NE測(cè)道視電阻率日／月均值曲線(xiàn)在汶川、蘆山地震前出現(xiàn)了大幅度異常，但NW測(cè)道異常僅出現(xiàn)在NVRM曲線(xiàn)上，屬于“弱”幅度異常.表現(xiàn)了兩次大震前NE測(cè)道比NW測(cè)道異常顯著的差異.

地震響應(yīng)能力差異：在兩次大震前，NE測(cè)道視電阻率異常起始時(shí)間早，中期下降－然后震前恢復(fù)，且幅度大；而NW測(cè)道出現(xiàn)了起始晚、上升型、“弱”幅度異常.表現(xiàn)出NE測(cè)道對(duì)這兩次地震的響應(yīng)能力更強(qiáng).對(duì)于1974年以來(lái)該臺(tái)周?chē)l(fā)生的其他MS≥5.0地震，未出現(xiàn)此差異.

（3）存在問(wèn)題

在蘆山MS7.0地震前后成都臺(tái)周?chē)€發(fā)生了彝良、岷縣漳縣地震.蘆山地震前NE測(cè)道視電阻率下降異常起始于彝良地震前約1個(gè)月內(nèi)，緊臨岷縣漳縣地震前后短時(shí)下降異常幅度更大.似乎該臺(tái)也記錄了這兩次地震前的異常.據(jù)Du（2011）和Du等（2000b），對(duì)于MS≥6.0地震，視電阻率中期異常主要分布在距震中400km范圍內(nèi)；震級(jí)大、距離近，則異常幅度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且下降異常居多.據(jù)此認(rèn)為：從彝良地震前夕開(kāi)始—蘆山地震發(fā)生期間的持續(xù)下降異常主要與近距離、大震級(jí)的蘆山地震有關(guān).其次，視電阻率異常分布還與震源區(qū)周?chē)幕顒?dòng)斷層分布和介質(zhì)條件有關(guān)（Du et al.，1993；杜學(xué)彬等，1999；鄭國(guó)磊等，2011），地震交變電磁信息也如此（黃清華和林玉峰，2010；Huang，2011）.蘆山、彝良和岷縣漳縣三次地震發(fā)生在所謂的南北地震帶，所以后兩次震級(jí)較小、較遠(yuǎn)的地震在時(shí)間上對(duì)應(yīng)出現(xiàn)下降異常也可以解釋.不過(guò)，該臺(tái)觀測(cè)人員推測(cè)NE測(cè)道2013年7—8月（岷縣漳縣地震前后）的短時(shí)突降異常與大于往年的降雨引起外線(xiàn)路絕緣降低有關(guān)，據(jù)查外線(xiàn)路絕緣程度與以往持平，突降后的恢復(fù)變化正常，故此異常原因仍不清楚.

5.2 兩次地震前視電阻率異常的可能原因

參考 Mjachkin等（1975）、Nur（1972）、Scholz等（1973）、梅世蓉等（1993）、杜學(xué)彬等（2007）和 Du（2011）的研究，認(rèn)為：在強(qiáng)地震、孕震晚期階段、震源區(qū)及附近的地下介質(zhì)中，微裂隙發(fā)育、快速發(fā)展，走向沿最大加壓方向優(yōu)勢(shì)取向，導(dǎo)致介質(zhì)中地下水活動(dòng)、導(dǎo)電通道連接，引起了介質(zhì)物性的改變.杜學(xué)彬等（2007）用各向異性介質(zhì)近似震源區(qū)及附近的介質(zhì)，據(jù)震前視電阻率各向異性變化（簡(jiǎn)稱(chēng)“視各向異性變化”）與震源機(jī)制之間的關(guān)系推斷微裂隙沿最大加載方向（震源機(jī)制解P軸方位）優(yōu)勢(shì)取向，并參考克拉耶夫（1954）的工作，建立了視電阻率變化Δρs／ρs與飽水裂隙電阻率ρf、骨架電阻率ρo（一般ρo?ρf）和體裂隙率ν及其變化的本構(gòu)關(guān)系.由此本構(gòu)關(guān)系解釋了我國(guó)27次強(qiáng)地震前同向視各向異性變化（即兩個(gè)正交測(cè)道均為下降或?yàn)樯仙兓┑脑?此本構(gòu)關(guān)系揭示，在地下各向異性介質(zhì)中沿加載方向的（真）電阻率變化的幅度大于垂直加載方向；垂直加載方向的視電阻率變化幅度大于沿加載方向之，且是來(lái)自于沿加載方向（真）電阻率變化的貢獻(xiàn).汶川MS8.0、蘆山MS7.0地震震源特性主要表現(xiàn)為NW—SE向逆沖，成都臺(tái)NE測(cè)道近于垂直逆沖方位、NW測(cè)道沿該方位，震前NE測(cè)道異常幅度大、NW測(cè)道幅度小.顯然，這兩次大震前該臺(tái)視各向異性變化符合本構(gòu)關(guān)系，與杜學(xué)彬等（2007）的研究完全吻合.然而，此本構(gòu)關(guān)系不能解釋兩次大震前該臺(tái)NE測(cè)道下降、NW測(cè)道上升的反向變化.以下討論這個(gè)問(wèn)題.

在地下各向異性介質(zhì)的地面建笛卡兒坐標(biāo)系oxyz，x、y和z分別為介質(zhì)中3個(gè)電阻率主軸方向，其中y軸在地面上沿最大加載方向（介質(zhì)內(nèi)部微裂隙走向優(yōu)勢(shì)取向方向，也是震源斷層逆沖方位），x軸在地面上與y軸正交，z軸垂直地面向下；用ρx、ρy和ρz分別表示沿3個(gè)主軸方向的介質(zhì)（真）電阻率，且ρx＞ρy＝ρz.用ρsx、ρsy分別表示沿x軸、y軸方向地面測(cè)道的視電阻率，對(duì)應(yīng)地，用表示兩個(gè)測(cè)道的NVRM變化速率.令（真）電阻率各向異性系數(shù)、視各向異性系數(shù)＝.于是，通過(guò)繁瑣的推導(dǎo)得到真、視各向異性系數(shù)之間的關(guān)系（杜學(xué)彬等，2007）：

式中λ取值范圍為1＜λ＜2（間斷點(diǎn)及鄰域除外），并討論了1＜λ＜區(qū)間內(nèi)的物理含義.這里討論成都臺(tái)在兩次大震前兩個(gè)測(cè)道視電阻率反向變化的原因，λ取值在＜λ＜2區(qū)間.在物理意義上，＜λ＜2表示地下介質(zhì)（真）各向異性比1＜λ＜的情況強(qiáng)烈，上述震源區(qū)及附近介質(zhì)的物理表現(xiàn)更顯著.在■3＜λ＜2區(qū)間，為負(fù)但其物理含義是：兩個(gè)正交測(cè)道的視電阻率ρsx、ρsy反向變化，且ρsx比ρsy變化快（即變化速率絕對(duì)值比大）.于是，令成都臺(tái)NE測(cè)道變化速率為NW 測(cè)道ρ·

sy，分別由圖2c和圖5a—5b中兩次地震前的NVRM中期異常近似估算出，進(jìn)一步由式（1）估算得λ≈1.9，在＜λ＜2區(qū)間.盡管這個(gè)估算很粗略，但仍說(shuō)明：在兩次大震前的中期階段，兩個(gè)測(cè)道視電阻率反向變化有理論依據(jù)，該臺(tái)地下介質(zhì)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的（真）電阻率各向異性變化的過(guò)程.

據(jù)杜學(xué)彬等（2007，2008），盡管成都臺(tái)兩個(gè)測(cè)道的供電極距AB小，但在兩次大震前的各向異性系數(shù)λ情況下，該臺(tái)還是能檢測(cè)到近地表較深部介質(zhì)的電性變化.由此認(rèn)為：在兩次大震晚期孕育階段，在成都臺(tái)近地表的較深部介質(zhì)內(nèi)發(fā)生了大致沿NW—SE向微裂隙優(yōu)勢(shì)趨向的非線(xiàn)性發(fā)展、發(fā)育過(guò)程，地下水進(jìn)入微裂隙或重新分布，導(dǎo)電通道鏈接，引起了微裂隙走向優(yōu)勢(shì)趨向（NW—SE）方向的（真）電阻率變化比其他方向顯著，導(dǎo)致了大致沿NE—SW方向視電阻率下降變化最顯著的視各向異性變化；由于距離近，地下介質(zhì)各向異性強(qiáng)烈，造成了該臺(tái)NE測(cè)道視電阻率下降、NW測(cè)道上升的反向變化.另?yè)?jù)最大加載方向與視電阻率最大變化幅度的正交關(guān)系（杜學(xué)彬等，2007）和兩次大震前NE測(cè)道視電阻率異常更顯著的觀測(cè)事實(shí)，還可推斷汶川MS8.0地震前至少?gòu)?006年8月開(kāi)始成都臺(tái)地下介質(zhì)大致沿NW—SE向擠壓為主的狀態(tài)顯著增強(qiáng)（Du，2011），蘆山MS7.0地震前至少?gòu)?012年8月開(kāi)始大致沿NW—SE向擠壓為主的狀態(tài)明顯增強(qiáng).

6 結(jié)論

（1）在汶川MS8.0地震前成都臺(tái)視電阻率觀測(cè)環(huán)境符合要求；在蘆山MS7.0地震前隨機(jī)、高頻次的瞬間干擾增多，但兩個(gè)測(cè)道的視電阻率月觀測(cè)精度先接近、后優(yōu)于對(duì)固定臺(tái)站視電阻率觀測(cè)精度的要求.期間，該臺(tái)測(cè)量?jī)x器等技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行整體上符合要求.因此，在兩次地震前該臺(tái)記錄的滿(mǎn)足異常指標(biāo)、持續(xù)性的中期異?？尚?

（2）在兩次地震前中期階段，NW測(cè)道出現(xiàn)了視電阻率上升變化形態(tài)異常的重現(xiàn)性和異常幅度、起始時(shí)間的相似性；NE測(cè)道出現(xiàn)了視電阻率中期、“先下降－后恢復(fù)”變化過(guò)程的重現(xiàn)性以及中期階段大幅度下降異常的相似性.

（3）兩次地震是成都臺(tái)近距離大震，均發(fā)生在該臺(tái)以西、龍門(mén)山斷裂帶，且震源機(jī)制和震源深度幾乎相同.震前視電阻率異常的重現(xiàn)性、相似性說(shuō)明異常與兩次大震晚期孕育有直接聯(lián)系.

（4）震前視電阻率異常表現(xiàn)了與兩次大震震源機(jī)制有直接聯(lián)系的視各向異性變化，可能原因是：在孕震晚期階段，近距離的成都臺(tái)近地表的深部介質(zhì)中的微裂隙走向大致沿NW—SE向優(yōu)勢(shì)趨向，且非線(xiàn)性地快速發(fā)展、發(fā)育，地下水進(jìn)入微裂隙溝通了導(dǎo)電通道，引起沿該方向介質(zhì)（真）電阻率下降為主的（真）各向異性變化，從而導(dǎo)致了其正交方向的視電阻率下降為主的視各向異性變化.

（5）兩次大震距離近、震級(jí)大，成都臺(tái)探測(cè)范圍內(nèi)地下介質(zhì)（真）電阻率各向異性很強(qiáng)烈，于是造成了NE測(cè)道視電阻率下降、NW測(cè)道上升的異常變化形態(tài)的差異.

致謝本文使用了四川省地震局成都地震基準(zhǔn)臺(tái)的地電觀測(cè)數(shù)據(jù)，該臺(tái)鐘李彬同志處理了部分?jǐn)?shù)據(jù)，在此表示感謝.同時(shí)，感謝兩位匿名評(píng)審專(zhuān)家提出了中肯的修改建議.

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