2015, Vol. 58
2. 兰州地球物理国家野外科学观测研究站, 兰州 730000;
3. 北京市地震局, 北京 100080
2. Lanzhou National Observatory of Geophysics, Lanzhou 730000, China;
3. Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 100080, China
The primary curve of AR observation data and the annual-variation-free curve from which the annual variation of AR is eliminated by using the moving Fourier method (MFM, for short) are traditionally adopted to analyze the anomalies in China. As for the traditional approaches, it is reliable for identifying the relative AR change with the amplitude of no less than 1% because the measurement accuracy is much better than 0.3% in the observation of AR. But, it is sometimes difficult to distinguish the normal and anomalous changes using the traditional approaches, which will result in the uncertainty of anomalies. To solve this problem, the normalized variation rate method (NVRM) is put forward and its principle is briefly described as follows. The long-term decreasing or decreasing variation in the AR time series {ρs} (with the length N), if any, is eliminated by the linear regression and the annual variation in it is also removed by using the MFM. The ξ continuous data in {ρs} are selected to form the ith time sub-series and the variation rate is calculated from ρsi·'=Ki×Ri (where Ki is its slope coefficient and Ri is linear correlation coefficient). Like this, the initial variation rate time series ρs·' is generated with the step length ξ fixed. Finally, the NVRM time series ρs· (dimensionless) with its mean value m→0 and RMSE σn-1→1 is obtained from ρsi·' after the processing such as the normalization, centralization, and noise reduction. The index of anomalies is consistently defined as ±2.4 on ρs· for each station or channel. In this paper the traditional approaches and the NVRM are applied to process the AR data observed by station Chengdu.
At station Chengdu, two measurement channels are respectively in N58°E and N49°W orientations at the same location and each channel employs the fixed Schlumberger array. Before the MS8.0 Wenchuan and MS7.0 Lushan events, the two orthogonal channels recorded pre-seismic anomalies with the repeatability, similarity and difference. (1) The two anomalies recorded by each channel showed the repeatability and similarity. The AR anomalies of channel NE, with the relative amplitude of ~-7.0% on the daily mean curve, before the Wenchuan event persistently decreased for 19 months, and then started a recovery (increasing) change about 3.5 months before the shock. Another decrease anomaly, -5.9%, before the MS7.0 Lushan event continued for 8 months and started a recovery change immediately following the maximum drop. The earlier decreasing and then increasing changes had distinctly exhibited the reproducibility in their changing forms and processes, which tallied with the change process of the electrical resistivity within the focal area predicted by the dilatancy-diffusion model. Furthermore, they also exhibited the similarity in the large-amplitude decrease in the medium-term before the two events. The two anomalies recorded by channel NW in the medium-term clearly showed their reproducibility of the two positive anomalies on the NVRM curves. Their change forms were identical, their starting times were nearly the same, and only the amplitude was larger before the near-distance and greater event in Wenchuan than that before the slightly farther and smaller shock in Lushan. (2) Before each quake the two anomalies recorded by the two channels showed differences in their change forms, amplitudes and starting times. The channel NE recorded the two prominent decreasing anomalies in the medium-term while channel NW recorded two NVRM positive anomalies that indicated the increasing changes of AR, which manifested as the anisotropic changes in the reverse directions. The two anomalies on the monthly and daily mean curves of channel NE were larger in amplitude while those of channel NW appeared only on the NVRM curves that indicated the small-amplitude changes of AR, which showed the apparent anisotropic changes in amplitude. The two medium-term anomalies of channel NE started earlier while those on channel NW started later. Furthermore, the channel NE is obviously superior to channel NW in the responsiveness to the two quakes. (3) The possible reasons for the anomalies of AR is theoretically explained based on the anisotropic medium as follows. During the later preparation of the two great earthquakes, there occurred such the processes as the nonlinear growth and development of the micro cracks within the medium below the station, with the micro-crack strikes in the dominant arrangement roughly along the NW—SE direction and the penetration of low-resistance water within the medium. As a result, the processes brought about the anisotropic changes in electrical resistivity within the medium, with the change in the direction being larger in amplitude than that perpendicular to direction. It resulted in the apparent anisotropic changes, with the AR change of channel NE being larger than that of channel NW. Furthermore, the anisotropic changes in the electrical resistivity were rather strong due to the near distance and large magnitude, so the reverse changes of AR appeared; and before the Wenchuan quake the underground medium below this station had undergone the process mostly characterized by the NW—SE direction compression since August 2006 at latest, and before the Lushan quake the compression had been formed since August 2012.
The MS8.0 Wenchuan and MS7.0 Lushan earthquakes all occurred on the Longmen Shan fault, very near to station Chengdu. Their focal characters and depths are almost the same, and the two measuring channels in the station record the AR anomalies with the following features: (1) Before the two events, the two anomalies recorded by each channel clearly exhibited the repeatability in the medium-term feature and changing form, and the similarity in the amplitude. Especially, the two anomalies recorded by channel NE show the repeatability in the "earlier decreasing and then recovery (increasing) change" process. (2) Before each quake, the two anomalies recorded by the two channels show the differences in the change form, amplitude and starting time. The repeatability and similarity prove the anomalies to be directly associated with the two great earthquakes, and the differences show that the anisotropic AR changes are directly related to the two source characters.
自1966年河北邢台MS7.2地震起，我国开展了以地震监测预报为主要目的的大规模、固定台网直流(DC)视电阻率(也称“地电阻率”，用ρs表示)观测.在每个台地表布多方位、供电电流极距AB多为1000~2000 m的对称四极电阻率观测装置(杜学彬等，2006a; 钱家栋等，2009)，历经近半个世纪积累了丰富的震例.例如，1976年河北唐山MS7.8地震天津宝坻台(震中距72 km)、1976年四川松—平MS7.2地震甘肃武都台(105 km)、1988年云南澜沧—耿马MS7.6/7.2地震腾冲台(272 km)、2008年四川汶川MS8.0地震成都台(35 km)和2013年四川芦山MS7.0地震成都台(99 km)，在震前中期和/或短临阶段记录了视电阻率异常(桂夑泰等，1989; 钱复业等，1982; Du，2011; 钱家栋等，2013; Du et al., 2013). 同时，在台网内发生的几十次中等地震前也记录了异常，对数次6级左右地震还实施了1年尺度时间的震级、预测区半径不到100 km 的地点预测(杜学彬等， 1999，2013; 叶青等，2005). 在上述震例中，成都台在汶川(2008年5月12日)、芦山(2013年4月20日)两次地震前的视电阻率变化有特殊性.特殊的原因是：两次地震发生在该台以西、龙门山NE向断裂带，是近距离大震(图 1)，两次大震的震源机制和深度几乎相同(李延兴等，2009; 曾祥方等，2013; http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html)，研究该台震前视电阻率变化对客观评价究竟能否观测到地震前兆有意义.两次大震发生的时间相隔近5年，对于识别震前中期、 短期异常有足够长时段的视电阻率背景变化做基础.
汶川地震发生后诸多学者报道了成都台NE测道显著下降的视电阻率异常(张学民等，2009; Du，2011; Huang，2011; 钱家栋等，2013; 朱涛，2013)，但成都台同点布NE、NW两个测道(图 1)，观测方式相同，诸文却均未研究震前NW测道的视电阻率变化.钱家栋等(2013)专文研究了汶川地震前NE测道视电阻率下降异常及原因，认为在孕震后期该台底层介质中微裂隙发育、地下水进入底层介质引起了大幅度的介质(真)电阻率变化造成了视电阻率下降异常.问题是NW测道的极距AB大于NE测道，探测深度/范围更大，但该测道视电阻率却未出现异常.因此，仅成都台在汶川MS8.0地震前的视电阻率异常就存在待解的问题.
 | 图 1 震中、台站、断层分布图和成都台视电阻率观测装置图(用Mapsis软件断层底图) ①灌县—江油断裂；②映秀—北川断裂；③汶川—茂县断裂；④龙泉山断裂.Fig. 1 Epicenters，faults，station Chengdu and observation configuration of apparent resistivity ① Guanxian-Jiangyou fault; ② Yingxiu-Beichuan fault; ③ Wenchuan-Maoxian fault; ④ Longquanshan fault. |
该台视电阻率观测起始于1974年，布两个近于正交的测道，均为地表对称四极电阻率观测装置，N58°E测道AB=736 m，N49°W测道AB=846 m(图 1).该台自1998年开始使用中国制造的固定地震台站DC视电阻率观测专用的ZD8B地电仪，2010年起用具有通信功能的ZD8BI地电仪.两类仪器测量方式、技术指标、数据产出格式和观测周期相同，在温度0~40 ℃、相对湿度不大于80%的温湿度环境下电阻率测量最大容许误差为±(0.1%读数+0.02 Ωm)(钱家栋等，2008).供电、测量电极为555 mm×800 mm铅板，电极埋深约1.5 m；外线路为绝缘线、空架敷设.各测道每天24小时固定时间复测视电阻率和自然电场，每小时的视电阻率测值是在2~3 min内复测5~10次的平均值.按观测技术规范的要求(中国地震局，2001)，观测人员按日巡检仪器运行状况，按月、季度、雨季前后和年度，定期检测外线路绝缘和校检测量仪器最大允许误差，并巡检场地观测环境.据查询工作日志，该台观测整体上符合视电阻率固定台站观测的技术要求.
该台位于成都市西北约39 km的郫县新胜镇走石山，距郫县县城和都江堰市17 km左右.在地质构造上属于俗称的“南北地震带”中段的NE向龙门山构造带前沿的凹陷盆地内，西距灌县—江油NE向断裂约20 km(图 1).布极区平坦、农田覆盖.沿两个测道极距AB/2≤500 m电测深曲线均为K-型，说明两个测道地下浅层电性结构近于相同.
2008年汶川地震前该台布极区除瞬间出现的民用电杂散电流影响外无其他干扰，自汶川地震发生到2010年5月底出现多种干扰.2008年5月20日起在NE测道A2-供电极附近(测区外)安置地震灾民，干扰影响逐渐严重；2009年1—3月拆除灾民安置房在原址建工厂、安装用电设备；2009年开始在两个测道南供电极(B2和B4)外约300 m建成青快轨，2010年5月快轨运行.这些环境变化对汶川地震后该台观测造成了随机和固定干扰.特别是建工厂、快轨施工对NE测道影响大，在2008年6月(尤其10月)起—2010年5月两年内视电阻率干扰幅度最大为+11.4%(增大变化).其次，还影响NE测道观测精度. 在固定台站视电阻率观测中，用每测道每小时视电阻率相对均方差 Kσn－1(=σn－1/ρs(%)，ρs是视电阻率小时测值，σn－1是5~10次复测ρs的均方差)的月均值Kσn－1衡量观测精度，要求 Kσn－1优于0.3%.自2008年7月起，特别在后来的工厂、快轨建设期间，NE测道精度降低，约0.4%~2%.2010年5月施工结束，干扰影响逐步消除，视电阻率恢复到之前的正常变化趋势；观测精度逐步改善，至2011年1月起优于0.4%，2011年5月后优于0.2%，已符合正常观测的精度要求.在NE测道出现干扰的期间，NW测道除了偶然的杂散电流干扰外未见其他干扰，观测精度始终优于0.2%.笔者于2013年6月赴该台考察了观测环境，从2010年6月至芦山地震发生的期间再未发生新的环境变化，由此得到对该台上述期间的视电阻率观测数据的评价：
(1)2008年5月以前，两个测道的观测数据可用.虽间或出现瞬间、随机的杂散电流干扰，但月观测精度为0.1%左右，略低于全国大多数台.
(2)2008年6月—2010年5月，安置灾民和建工厂、成青快轨施工对NW测道影响不大，观测数据可用，但对NE测道影响大，2008年7月起干扰逐渐严重，观测数据不可用.
(3)2010年6月起，两个测道存在随机、瞬间干扰，间或影响视电阻率小时值观测精度，但月观测精度接近、后持平汶川地震前的水平，故视电阻率月均值甚至日均值数据可用.
3 数据处理方法在我国通常用视电阻率日、月均值等原始曲线或用滑动傅氏分析方法(本文中缩写为MFM)、月距平方法(缩写为MMDM)等消除年变化后的曲线分析异常(郝臻等，2000).据多年观测，地震前视电 阻率相对变化幅度一般大于1%(即| Δρs/ρs1 |>1%，其中Δρs=ρs2－ρs1，ρs1为在曲线上选定的所谓“正常变化”时段的视电阻率平均值、ρ s2为“异常变化”时段平均值).视电阻率观测精度优于0.3%，故识别大于1%、持续性的异常变化是可信的.这些传统方法直观、简便，但地震前的异常多数是“弱”幅度变化，人为判定ρs1、ρ s2有困难，易造成识别异常的不确定性，仅是大致的估算.针对传统方法的不足，笔 者提出了归一化变化速率方法(Normalized Variation Rate Method，NVRM).NVRM原理简单，异常指标(即“阈值”)及其物理意义明确，且在不同台、测道的NVRM曲线上异常指标统一为±2.4(Du et al., 2001；Du，2011).
NVRM方法的应用效果见Du等(2001)、杜学彬等(2006b)、张学民和翟彦忠(2002)和Du(2011)以及全国地电台网技术管理部门多年提交中国地震局的震情研究报告.1976年河北唐山MS7.8地震发生后，钱复业等(1982)和王新华等(1984)分析了北京平谷台(即马坊台，114 km)视电阻率月/日均值曲线后认为该台未记录到异常，但NVRM处理结果却清楚展示了视电阻率中期(震前约1年多)下降-短期(约3个月)上升异常；2003年甘肃民乐MS6.1地震前山丹台(43 km)月/日均值曲线上均无异常，NVRM曲线表现了中期下降-短期上升异常(Du，2011).当时，这两个台站的观测系统正常、无环境干扰.不过NVRM也略显欠缺：(1)对仍处于下降或上升变化过程中的视电阻率异常分辨力高，但异常维持在平稳的低值或高值时段其分辨力低.(2)需按视电阻率长趋势转折/加速变化(杜学彬和谭大诚，2000)分时段处理数据.因此，在视电阻率数据处理中应优先用传统方法，NVRM常用于传统方法不能识别的“弱”幅度异常，且处理月均值数据识别中期-短期异常更优势.本文中应用上述两种方法处理了成都台视电阻率观测数据.
4 汶川MS8.0、芦山MS7.0地震成都台视电阻率变化 4.1 NW测道图 2a是成都台NW测道2004年1月—2013年8月的视电阻率月均值曲线.图中，2005年5月、2006年和2007年的6月、2009年6月和11月出现了相对变化约1.4%~2.9%的单点突跳，影响曲线的正常动态变化，且还造成用传统方法消除年变成分后的曲线出现畸变.据查该台工作记载，这些数据是观测环境等引起的短时内日均值至少变化2.5%以上造成的，故删除这5个无理数据得图 2b.图 2b中存在每年底视电阻率减小的不规则年变成分，也识别不出汶川和芦山两次近距离大震前的任何异常.为此，用NVRM处理了图 2b数据，处理过程中先用MFM方法消除了年变成分，处理结果示于图 2c—2d.两图中的中间虚线表示变化速率ρ · s=0，上、下虚线分别表示ρ · s为+2.4、-2.4的异常阈值(下同)；图中标注地震为该台400 km范围内当年发生的MS≥5.0地震中的最大地震和1000 km范围内MS≥6.0地震中的最大地震(下同).由NVRM曲线(图 2c，步长ξ=8)可见，在长达近10年期间，共出现了三次满足阈值±2.4的异常：分别在汶川地震前2007年10月—2008年1月、芦山地震前2012年11月—2013年2月和2006年1—3月.三次异常分别对应汶川、芦山大震以及云南盐津两次 MS5.1地震(306 km)、甘肃汶县MS5.0地震(272 km)，均为震前中期阶段的异常.汶川、芦山大震前为正异常，盐津和汶县三次地震前为负异常.三次MS5.0~5.1地震小、距离远，尚难确认负异常是否与这3次地震有关，不过异常可信(在图 2b中对应期间出现了持续性的视电阻率下降变化).应特别关注汶川、芦山大震前的两次正异常：异常变化形态相同，异常领先于地震发生时间(异常起始时间)接近，只是汶川地震大、异常幅度大，而芦山地震异常幅度小；此外，两次大震前约1.5年内在异常阈值内的变化趋势也相似.
 | 图 2 成都台NW测道视电阻率月均值曲线及其NVRM曲线 (a)原始曲线；(b)删除干扰数据曲线；(c)NVRM曲线(ξ=8)；(d)NVRM曲线(ξ=7). 在NVRM处理视电阻率时间序列数据时滑动步长ξ的选取详见Du等(2001)和Du(2011)，对多数台ξ=8，少数台ξ=7，极个别台取6或9，但同台、同测道ξ需相同，并长期固定.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). |
表面上看，由图 2b数据得到图 2c中两次大震前的异常难以置信，但结果确如此，展示了NVRM的高异常分辨力.为验证图 2c，分别用步长ξ=7和9计算，步长为9的结果与图 2c相同(图略)，步长为7的结果略有不同(图 2d).图中，原三次异常与图 2c类似，异常幅度略大于图 2c.此外，还出现了2009年2—3月的负异常和12月正异常.负异常时间上紧密对应2009年6月四川绵竹MS5.6地震(65 km)；正异常对应2010年4月青海玉树MS7.0地震(708 km)和5月四川都江堰—彭州MS5.0地震(21 km).
4.2 NE测道因2008年10月—2010年5月NE测道干扰影响严重，故分2008年6月前和2010年6月后两个时段处理了该测道观测数据.
(1)汶川MS8.0地震
图 3a是1998年1月—2008年6月该测道视电阻率月均值曲线，用MFM方法消除了年变成分.图中直线表示大致的“正常变化”趋势，未标注2001年2月雅江MS6.0(308 km)、1999年9—11月两次MS5.0(84~93 km)地震.由图可见，大致从2006年8月起开始出现视电阻率显著下降异常，震前最大下降幅度估算约-5.9%.这是长达10年来最显著的下降异常，汶川地震发生在异常恢复(上升)变化的时段.还注意到，1998—2001年初、2001下半年—2004年上半年和2004年下半年后是不同的视电阻率长趋势变化时段，约2001、2004年年中是长趋势转折变化的时间点.据杜学彬等(1999)、杜学彬和谭大诚(2000)和Du(2011)，在中国大陆普遍存在此类视电阻率长趋势转折或加速变化，观测到此类变化的台离散分布在中国大陆、发生变化的年份明显对应中国大陆及其5级以上地震丛集活动和大陆及周边远距离8级及以上大震活动的年份.例如，图中两个转折时间点后紧接着发生了2001年11月昆仑山口西MS8.1大震、2004年12月苏门答腊MS8.9大震.这种时间上的对应可能是与地球自转年尺度加速有关的“同源异象”现象.
 | 图 3 成都台NE测道视电阻率月均值曲线 (a)MFM曲线(汶川地震)；(b)原始曲线(芦山地震)；(c)MMDM曲线(芦山地震).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). |
图 4a是该测道2004年1月—2008年6月视电阻率日均值曲线，用MFM方法消除了年变成分.由图可见：(1)从2006年8月初开始出现视电阻率显著下降异常，截至汶川地震发生前夕最大下降幅度估算约-7%.(2)从2008年3月开始出现恢复(上升)变化，汶川MS8.0地震发生在恢复变化期间.(3)表现了震前“中期下降-然后恢复”的变化过程.
 | 图 4 成都台NE测道视电阻率日均值曲线 (a)MFM曲线(汶川地震)；(b)原始曲线(芦山地震)；(c)MMDM曲线(芦山地震).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). |
选对应图 4a时段的原始月均值数据，用NVRM 处理的结果示于图 5a(图中未示+2.4异常阈值线)，消除年变成分的方法和步长ξ同上.图中，从2006年8月开始陆续出现了三次NVRM负异常，对应图 3a和图 4a中2006年以后的三次视电阻率快速下降变化，最大幅度负异常是在2007年6—9月.紧接小幅度的第三次负异常后发生了汶川大震.
 | 图 5 成都台NE测道视电阻率月均值NVRM曲线(ξ=8) (a)汶川地震；(b)芦山地震.Fig. 5 NVRM curves for monthly mean values of apparent resistivity of channel NE，station Chengdu(ξ=8) (a)Wenchuan earthquake;(b)Lushan earthquake. |
(2)芦山MS7.0地震
芦山地震发生在NE向龙门山断裂带南端，震级比汶川地震小，距离成都台几乎是汶川地震之三倍.图 3b是NE测道2010年6月—2013年10月视电阻率原始月均值曲线(2013年10月底台站改造，数据不连续).图中似乎存在不清晰的年变化，故分别用MMDM和MFM方法作了消除年变的处理，MMDM处理后(图 3c)其变化趋势更吻合原始曲线变化.由图 3b—3c可见，2012年8月前与其后视电阻率变化截然不同，芦山地震前持续8个多月的中期下降很清楚，紧接2012年9月7日云南彝良MS5.7地震(343 km)后下降幅度最大，约-4.9%，此后至芦山地震前逐渐恢复(即上升).其次，紧临岷 县漳县地震(401 km)前后出现了-4.8%~-4.9% 下降异常，震后恢复.
图 4b—4c是对应图 3b时段该测道视电阻率原始日均值曲线和MMDM方法消除年变成分的曲线.因瞬间的高频次变化多，仅分析持续性变化.由图：(1)彝良MS5.7地震前不到1个月开始至2013年10月，出现了整体下降异常.(2)在芦山地震前，最大下降异常出现在紧跟彝良地震之后，约-5.9%~-6.2%.(3)芦山地震前异常持续约8个月，芦山地震发生在下降异常大致已恢复的时间，其“中期下降-然后恢复”的变化过程清晰.(4)2013年7月22日甘肃岷县漳县MS6.6地震前不到1个月出现了约-6.5%~-7.5%的短时下降，震后再次出现更大幅度的短时下降后开始恢复.
图 5b是图 3b数据的NVRM曲线，消除年变成分的方法和步长ξ同上.图中更清晰地展示了视电阻率异常，对应芦山、彝良和岷县漳县三次地震出现了三次异常，其中以芦山地震前的负异常最显著.特别是，在彝良地震前4个月出现了在图 3b—3c、图 4b—4c中不易识别的正异常.
4.3 视电阻率异常可靠性分析(1)观测误差
在观测环境符合要求的情况下，固定台站DC视电阻率观测的误差取决于仪器测量误差、外线路绝缘性和电极稳定性.我国制定了对这三个关键技术的明确技术要求(中国地震局，2001; 杜学彬等，2006a; 钱家栋等， 2008，2009)，在本文所用观测数据的期间，成都台观测符合要求.DC视电阻率观测按ρs=k·ΔV/I(k是长期不变的装置常数)计算视电阻率，影响月观测精度的主要是供电电位差ΔV、电流I的测量准确度和场地背景电噪声.成都台长期存在瞬间、随机的杂散电流影响，但两个测道ΔV分别约48 mV和33 mV(优于全国多数台)，电流I测量误差可忽略，所以除了瞬间、随机电噪声影响外还是能观测到高信噪比(约不低于47 dB)的视电阻率.汶川地震前，该台月观测精度为0.1%左右，个别时段优于0.3%；自2010年6月起逐步优于0.2%，其中NW测道优于NE测道.图 3—4中异常幅度是观测精度的20倍以上，故观测误差不至于引 起(包括NVRM曲线上)这样大幅度、持续性的异常.
(2)数据处理
本文分别应用了原始曲线、消除年变化曲线和NVRM曲线分析视电阻率变化.正如图 3和图 4所示，传统方法存在人为识别异常的不确定性，异常相对变化幅度仅是大致的估算；其次，经MMDM、MFM方法消除年变成分的曲线与原始曲线之间会存在一些偏差.但是，对于识别文中汶川、芦山两次大震前NE测道日/月均值曲线上这样持续性、大幅度异常依然可用，异常与正常的背景变化可相互比较、识别异常.消除年变成分的计算误差不会引起这样的异常.因此，文中用传统方法估算的显著异常是可信的.
在NVRM计算中，是否消除视电阻率趋势变化、年变化及使用的方法等中间处理过程和选取步长ξ对结果均有影响. 为了同台站各测道异常的可比性，计算时其中间过程和步长ξ均相同；其次每个NVRM值反映了连续ξ个视电阻率数据的整体下降或上升变化(Du et al., 2001; Du，2011).所以，不存在出现偶然异常的可能性.本文用NVRM方法处理成都台两个测道的观测数据时均不扣除趋势项，消除年变成分的方法相同，步长ξ相同(除图 2d外)，故应用NVRM方法不会引起文中的NVRM异常.
5 问题讨论与解释 5.1 异常变化特征(1)两次大震前异常变化的重现性和相似性
NW测道视电阻率异常的重现性和相似性.在NVRM曲线上，在汶川大震前约8个月出现显著的正异常，在芦山地震前约6个月出现正异常.两次大震前的异常变化形态、起始时间几乎相同，只是在距离近、震级大的汶川地震前异常幅度大，而距离稍远、震级略小的芦山地震前幅度小.展现了两次大震前中期、正异常变化的重现性和异常起始时间的相似性.
NE测道视电阻率异常的重现性和相似性.在汶川地震前21个月开始出现了持续下降的显著中期异常，震前约2.5个月开始恢复变化；在芦山地震前8个月开始出现下降的中期异常，然后震前逐渐恢复.展示了震前视电阻率先期下降-然后恢复变化过程的重现性.异常变化过程吻合DD模式预言的震源区 电阻率变化过程(Mjachkin et al., 1975; Nur，1972; Scholz et al., 1973).其次，还展示了中期阶段大幅度、下降变化形态的相似性.事实上，据多次地震、多台视电阻率NVRM处理结果，一般在对等震源断层破裂尺度范围的近震中区(即下降异常集中的空间范围；Du et al., 2001; 杜学彬，2006b; Du，2011)出现震前先期下降-短期上升的视电阻率变化过程.
成都台长期存在瞬间的杂散电流影响，相比国内多数台站其观测精度略低，汶川地震后观测环境更复杂.据现场考察，2010年6月以后环境影响有时造成两个测道视电阻率小时测值发生增大或减小突跳，特别是NE测道突跳幅度偶然达约3%~4%.但是，汶川、芦山两次地震均发生在该台以西、NE向龙门山断裂带，是两次近距离大震，且震源机制和震源深度几乎相同，两个测道分别表现出对应两次大震的视电阻率异常变化的重现性和相似性，证明震前的异常可信.
(2)两个测道之间异常变化的差异性
变化形态差异：在两次大震前，NE测道记录的两次中期异常均为突出的下降变化，而NW测道为上升.表现了两个测道之间异常变化形态的明显差异，这种反向变化在以往震例中不多见.
异常时间差异：NE测道记录了汶川地震前约21个月、芦山地震前8个月开始出现的中期异常，而NW测道分别记录了震前约8、6个月开始的中期异常.表现出NE测道异常起始早、NW测道晚的差异.
异常幅度差异：NE测道视电阻率日/月均值曲线在汶川、芦山地震前出现了大幅度异常，但NW测道异常仅出现在NVRM曲线上，属于“弱”幅度异常.表现了两次大震前NE测道比NW测道异常显著的差异.
地震响应能力差异：在两次大震前，NE测道视电阻率异常起始时间早，中期下降-然后震前恢复，且幅度大；而NW测道出现了起始晚、上升型、“弱”幅度异常.表现出NE测道对这两次地震的响应能 力更强.对于1974年以来该台周围发生的其他MS≥5.0地震，未出现此差异.
(3)存在问题
在芦山MS7.0地震前后成都台周围还发生了彝良、岷县漳县地震.芦山地震前NE测道视电阻率下降异常起始于彝良地震前约1个月内，紧临岷县漳县地震前后短时下降异常幅度更大.似乎该台也记录了这两次地震前的异常.据Du(2011)和Du 等(2000b)，对于MS≥6.0地震，视电阻率中期异常主要分布在距震中400 km范围内；震级大、距离近，则异常幅度大、持续时间长，且下降异常居多.据此认为：从彝良地震前夕开始—芦山地震发生期间的持续下降异常主要与近距离、大震级的芦山地震有关.其次，视电阻率异常分布还与震源区周围的活动断层分布和介质条件有关(Du et al., 1993; 杜学彬等，1999; 郑国磊等，2011)，地震交变电磁信息也如此(黄清华和林玉峰，2010; Huang，2011).芦山、彝良和岷县漳县三次地震发生在所谓的南北地震带，所以后两次震级较小、较远的地震在时间上对应出现下降异常也可以解释.不过，该台观测人员推测NE测道2013年7—8月(岷县漳县地震前后)的短时突降异常与大于往年的降雨引起外线路绝缘降低有关，据查外线路绝缘程度与以往持平，突降后的恢复变化正常，故此异常原因仍不清楚.
5.2 两次地震前视电阻率异常的可能原因参考Mjachkin等(1975)、Nur(1972)、Scholz等(1973)、梅世蓉等(1993)、杜学彬等(2007)和Du(2011)的研究，认为：在强地震、孕震晚期阶段、震源区及附近的地下介质中，微裂隙发育、快速发展，走向沿最大加压方向优势取向，导致介质中地下水活动、导电通道连接，引起了介质物性的改变.杜学彬等(2007)用各向异性介质近似震源区及附近的介质，据震前视电阻率各向异性变化(简称“视各向异性变化”)与震源机制之间的关系推断微裂隙沿最大加载方向(震源机制解P轴方位)优势取向，并参考克拉耶夫(1954)的工作，建立了视电阻率变化Δρs/ρs与饱水裂隙电阻率ρf、骨架电阻率ρo(一般ρoρf)和体裂隙率ν及其变化的本构关系.由此本构关系解释了我国27次强地震前同向视各向异性变化(即两个正交测道均为下降或为上升变化)的原因.此本构关系揭示，在地下各向异性介质中沿加载方向的(真)电阻率变化的幅度大于垂直加载方向；垂直加载方向的视电阻率变化幅度大于沿加载方向之，且是来自于沿加载方向(真)电阻率变化的贡献.汶川MS8.0、芦山MS7.0地震震源特性主要表现为NW—SE向逆冲，成都台NE测道近于垂直逆冲方位、NW测道沿该方位，震前NE测道异常幅度大、NW测道幅度小.显然，这两次大震前该台视各向异性变化符合本构关系，与杜学彬等(2007)的研究完全吻合.然而，此本构关系不能解释两次大震前该台NE测道下降、NW测道上升的反向变化.以下讨论这个问题.
在地下各向异性介质的地面建笛卡儿坐标系o-xyz，x、y和z分别为介质中3个电阻率主轴方向，其中y轴在地面上沿最大加载方向(介质内部微裂隙走向优势取向方向，也是震源断层逆冲方位)，x轴在地面上与y轴正交，z轴垂直地面向下；用ρx、ρy和ρz分别表示沿3个主轴方向的介质(真)电阻率，且ρx＞ρy=ρz.用ρsx、ρsy分别表示沿x轴、y轴方向地面测道的视电阻率，对应地，用
sx、 sy表示 两个测道的NVRM变化速率.令(真)电阻率各向异性系数 λ=
(λ>1)、视各向异性系数
xy= sx/ sy.于是，通过繁琐的推导得到真、视各向异性系数之间的关系(杜学彬等，2007)：
xy的物理含义.这里讨论成都台在两次大震前两个测道视电阻率反向变化的原因，λ取值在 3 <λ<2区间.在物理意义上，3 <λ<2表示地下介质(真)各向异性比1<λ< 3 的情况强烈，上述震源区及附近介质的物理表现更显著.在 3 <λ<2区间， xy为负但 xy >1.其物理含义是：两个正交测道的视电阻率ρsx、ρsy反向变化，且ρsx比ρsy变化快(即变化速率绝对值| sx |比| sy |大).于是，令成都台NE测道变化速率为 sx、NW测道 sy，分别由图 2c和图 5a—5b中两次地震前的NVRM中期异常近似估算出 xy，进一步由式(1)估算得λ≈1.9，在 3 <λ<2区间.尽管这个估算很粗略，但仍说明：在两次大震前的中期阶段，两个测道视电阻率反向变化有理论依据，该台地下介质经历了强烈的(真)电阻率各向异性变化的过程.
据杜学彬等(2007，2008)，尽管成都台两个测道的供电极距AB小，但在两次大震前的各向异性系数λ情况下，该台还是能检测到近地表较深部介质的电性变化.由此认为：在两次大震晚期孕育阶段，在成都台近地表的较深部介质内发生了大致沿NW—SE向微裂隙优势趋向的非线性发展、发育过程，地下水进入微裂隙或重新分布，导电通道链接，引起了微裂隙走向优势趋向(NW—SE)方向的(真)电阻率变化比其他方向显著，导致了大致沿NE—SW方向视电阻率下降变化最显著的视各向异性变化；由于距离近，地下介质各向异性强烈，造成了该台NE测道视电阻率下降、NW测道上升的反向变化.另据最大加载方向与视电阻率最大变化幅度的正交关系(杜学彬等，2007)和两次大震前NE测道视电阻率异常更显著的观测事实，还可推断汶川MS8.0地震前至少从2006年8月开始成都台地下介质大致沿NW—SE向挤压为主的状态显著增强(Du，2011)，芦山MS7.0地震前至少从2012年8月开始大致沿NW—SE向挤压为主的状态明显增强.
6 结论(1)在汶川MS8.0地震前成都台视电阻率观测环境符合要求；在芦山MS7.0地震前随机、高频次的瞬间干扰增多，但两个测道的视电阻率月观测精度先接近、后优于对固定台站视电阻率观测精度的要求.期间，该台测量仪器等技术系统运行整体上符合要求.因此，在两次地震前该台记录的满足异常指标、持续性的中期异常可信.
(2)在两次地震前中期阶段，NW测道出现了视电阻率上升变化形态异常的重现性和异常幅度、起始时间的相似性；NE测道出现了视电阻率中期、“先下降-后恢复”变化过程的重现性以及中期阶段大幅度下降异常的相似性.
(3)两次地震是成都台近距离大震，均发生在该台以西、龙门山断裂带，且震源机制和震源深度几乎相同.震前视电阻率异常的重现性、相似性说明异常与两次大震晚期孕育有直接联系.
(4)震前视电阻率异常表现了与两次大震震源机制有直接联系的视各向异性变化，可能原因是：在孕震晚期阶段，近距离的成都台近地表的深部介质中的微裂隙走向大致沿NW—SE向优势趋向，且非线性地快速发展、发育，地下水进入微裂隙沟通了导电通道，引起沿该方向介质(真)电阻率下降为主的(真)各向异性变化，从而导致了其正交方向的视电阻率下降为主的视各向异性变化.
(5)两次大震距离近、震级大，成都台探测范围内地下介质(真)电阻率各向异性很强烈，于是造成了NE测道视电阻率下降、NW测道上升的异常变化形态的差异.
致谢 本文使用了四川省地震局成都地震基准台的地电观测数据，该台钟李彬同志处理了部分数据，在此表示感谢.同时，感谢两位匿名评审专家提出了中肯的修改建议.| [1] | China Earthquake Administration. 2001. Technical Specification for Digital Observation of Seismology and Precursor-Electromagnetic Observation (Trial Implementation) (in Chinese). Beijing: Seismological Press, 5-6, 19-46. |
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