自电位概率成像的研究_龙海丽

。
得 到的概 率 值 最 大 区 域 与设 置 的 点 源位 置 基本 一 致
说 明这 种方 法
为研究 震 前 自电位 异 常 的 物 理 机 制 样 为 长 方体 花 岗 闪 长 岩 大 可达 3 0 一5 0 MP
a
,
。
,
我 们 对岩石破裂 过程 中的 自 电位变 化进 行 了 动 态 监 测
,
这 一 解 释 得 到 了 一些 实验 的支持
,
郭 自强 等 曾在 花 岗岩 单轴 压 缩 实验 中纪录 到 电子 发 射
,
他 们 认为 由于 岩 石 微破 裂尖 端处 应力 的高度集 中
而 在 裂 缝 端 部高 应 力 区 电子 的 逃 逸
,
使得 一 些原 子 的外 壳 层 电子 可 能获得 高动 能 而逃逸 出来
l a
有必
要 对 理论 模 型 进 行 进 一 步 的 发 展
近年 间理 论研究最令 人 关 注的是 意大利 a P e t l
,
( 1 9 9 7 ) 自电位 概率 层 析 成
像理 论
,
可 以 由地 表 的 自电位 测 量 来 反 演地 下 电荷 的 二 维 或三 维概率分布
。
根据 重 建 的 概 率 图像 推断出 地 下
。
实 验 中 的岩
施 于 样 品 的压力 由填 入样 品 中心 孔高效无 声 破 碎 剂产 生
在
3一s h
。
内膨 胀 压 逐渐 加
从 中心 孔朝着 引导 孔 的方 向上 产 生 裂 缝并继 续 扩 展 直至岩 样 破 裂
。
利 用 在此过 程 中 由 电
极 测 得 的 电位 差 值进 行反演计 算
从 实 验结果 看
即地表 边 界 必 须是 水 平 无 限延 伸 的
,
它是 否 适用 于 有 限边 界 条件 下 边界影 响不 容 忽 视 的情 况还 有
,
待研究
。
在我们开 展 的模 拟 实验中
所采 用 的样 品虽 然 尺寸有 限 但 自电位 的测 量 可 以环 绕 整个 样品 来实施
,
,
这 就为 改 善 图像 重建 的质 量 创 造 了 一 定的条 件 研究
,
试图 在 监测地 震 方 面取 得 经 验
,
长 期 以来对 自 电位 研 究采 用 的 模 型理论 较简单
比如
,
半 无 限空 间 中 的层 状 或 断层状 几 何体
,
假 设有 简
。
单单极
、
偶极
、
线 电源 或热 电互 祸合 流 等
。
,
这 对 更 客 观 地 了解 地 下 异 常 电流 的 复杂 分 布 显 然 是 不够 的
,
为此 需 要 针对 这些 特点对现 有 的 自电位成像 方法做 进 一 步 的
以准 确 查 明异常 电荷 的分 布 与动态 变 化
,
。
进 行数 值模 拟 时
我 们 采 用 了 无 限长 柱状 体 做 为模 型
,
,
其剖 面为 四边形
,
从 数 值模 拟 的结果 看
,
,
四边 形
空间 的 建立 对 有 限边 界 的处 理 是 合理 的 可 以反应 出模 型 中电荷 的分 布情 况
,
岩 石 破 裂 引 起 了 电位变 化
,
,
这可 能应 归 因 于 微 破 裂 导 致裂 隙 尖 端 电荷 分 离 的 机 理 ( 郝 锦
,
绮
,
20 0 4 )
。
由于 裂隙 发 展 时 的 电子发 射
。
形 成 了裂隙 端部 局 部 区域 内 正 电荷 的产 生 和 平 衡
。
造 成 了类 似充 /
。
放 电 的 自电位脉 冲
、
堤坝 探 测等
。
。
近 年来 在地 震 预报 和 火 山 喷 发 等动态 监 测方 面 也 有成功 的应 用
, ,
如 希腊
日 本 等 国采 用 V A N 方 法
我 国 在 海城及 唐 山地 震 前
也 有过 一 些 自电位前兆 纪录
。
,
还 在 不 少 地 电 台站 上 开 展
了 自电位 的试验研 究
,
异 常 电源 的分 布 状 况
。
他 们 首 先 将 自电位 成 像技术应 用于 火 山 和 考 古 探 测 中 后 又根 据 同 一思 路推广 到 电 阻
,
率 概率 成 像 中 我们用此方 法进行 了 数值 模 拟 得 到的概率 最 大值 的位 置 与模 拟 设 置 的异 常电荷位置很 接 近
,
该 方 法在 揭示异 常电荷 的分 布情 况上可 以提供 一 定的 有 用 信 息
当然
,
。
也 ,
自 电位的 概 率 成 像 方 法也存 在 着 不 适
,
比如
,
复 杂 构造 难 以适 用 和 空间 分 辨 能力
。
偏 低 是 一 个较突 出 的特 点
限空间 的
,
这 同实 测 数据 中缺少 不同极 距 的覆 盖式测量有 关
,
此外
,
图像 的 重建 是 基 于 半 无
今 后 可 以发展三维层析 成像 机 理 的 认识
。
,
进一 步揭 示 积 累 电荷 随裂缝 发展的 变 化
,
深 化对岩 石 破裂 时电 性 变 化 物理
自 电位 概 率 成 像 的 研 究
`
.
龙海 丽
冯 锐
诗吓 锦绮
,
( 中 国地 震 局 地 球物 理 研 究 所
北京
,
10 0 0 8 1
)
,
自电位 测 量是 一 种传 统 的地 电 方 法 热
、
,
现 在 仍 然在 地 球物 理 的许 多领域 内 应 用
诸 如采矿
、
水 文地 质
,
、
地
、
考古
、
山 体滑坡
。
在裂缝 两侧 形 成 正 的 束 缚电荷
。
而 通 过 我 们 的实验 发 现 岩 石 破裂 的裂 缝
。
与 正 电 荷 出现 的最 大概率 区 域 位 置 基 本 一 致
可 见此方法 可 以较 好地反映 出异常 电荷地分 布
。
有 些 非裂 缝 处
的电荷可能 是样 品 内部 的微 裂 隙或 其 他 尚不 清 楚 的原 因 造 成的