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。

2 研究内容与方法

我国自1967年开展视电阻率定点连续观测以来，在台站约400 km范围内共发生16次/组M_S≥7.0地震。通过文献调研和历史观测数据梳理，发现其中13次/组地震前视电阻率呈中短期下降/上升异常变化。

本文结合震源机制解的结果，采用断层虚位错模式，将地震同震位错按大小相等但方向相反的方式进行加载，获取地震前震源区附近相对的介质变形特征和空间分布，并基于岩石物理实验结果和含裂隙电阻率模型，讨论地震前视电阻率各向异性变化的可能原因。3类断层的同震位错与虚位错模式示意图见图 1。

3 研究结果 3.1 视电阻率各向异性变化

13次/组M_S≥7.0地震前视电阻率变化持续时间从震前几个月到2年左右。2个例外的台站分别是1976年唐山地震前青县台和2017年九寨沟地震前天水台。按台站统计，13次/组地震前的异常变化为38次，其中32次异常变化具有相同的各向异性变化特征：与P轴夹角越大的测道，其异常变化幅度越大；与P轴夹角越小的测道，异常变化幅度越小甚至不明显。表 1为1976年唐山地震和2008年汶川地震前视电阻率异常变化信息。

3.2 断层虚位错模式计算结果

计算结果显示，12次/组地震前呈现下降变化的台站位于震前挤压增强区域，而呈现上升变化的台站则位于相对膨胀区域；仅1996年丽江M_S 7.0地震前呈下降变化的冕宁台位于震前相对膨胀区域。文中给出1976年唐山地震和2008年汶川地震断层虚位错模式的计算结果，见图 2。

3.3 各向异性变化的原因

岩土力学实验和理论研究显示，对于初始含裂隙的介质，在低围压和压应力的持续作用下，新生裂隙不断产生，介质的破坏将大致沿着最大压应力方向进行，这是介质内微裂纹扩展、聚合和相互作用的结果（Kemeny，1991）。地壳浅层介质中含有较多裂隙，其排列和扩展受应力作用控制，微裂隙系统通常沿最大主压应力方向优势展布（Crampin et al，1984）。在这一简化下，2个电阻率主轴沿水平方向，第三个主轴沿垂直方向。在均匀半空间介质模型中，地表观测的视电阻率为

$ \rho_{\mathrm{a}}=\frac{\sqrt{\rho_1 \rho_2 \rho_3}}{\sqrt{\rho_1 \cos ^2 \theta+\rho_2 \sin ^2 \theta}} $

(1)

式中，ρ₁、ρ₂分别为2个水平方向主轴的电阻率；ρ₃为垂直方向主轴的电阻率；θ∈[0, π/2]，为地表观测装置与ρ₁方向的夹角。视电阻率变化幅度随角度θ单调变化，极值将出现在与ρ₁平行和垂直的方向，其表达式为

$ \left.\frac{\mathrm{d} \rho_{\mathrm{a}}}{\rho_{\mathrm{a}}}\right|_{\theta=0}=\left.\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{d} \rho_2}{\rho_2}+\frac{\mathrm{d} \rho_3}{\rho_3}\right) \quad \frac{\mathrm{d} \rho_{\mathrm{a}}}{\rho_{\mathrm{a}}}\right|_{\theta=\pi / 2}=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{d} \rho_1}{\rho_1}+\frac{\mathrm{d} \rho_3}{\rho_3}\right) $

(2)

由式（2）可见，平行于ρ₁方向（θ = 0）的观测主要反映与之垂直的主轴电阻率ρ₂的变化；而垂直于ρ₁方向（θ = π/2）的观测则主要反映ρ₁的变化，进而引起地震前视电阻率的各向异性异常变化。

4 结束语

视电阻率的下降/上升变化，与地震前的挤压增强区/相对膨胀区之间具有一致的对应性，这可能揭示出视电阻率变化和地震之间存在的联系过程：在地震晚期孕育阶段，震源区处于较高的应力—应变水平，并引起附近区域介质产生不同程度和形态的变形，诱发地下浅层范围内介质的微裂隙活动，进而引起介质电阻率变化；这一过程中，震中周围视电阻率的下降/上升变化与台站所在区域的介质变形特征有关。

感谢杜学彬研究员和卢军研究员在本文撰写过程中给予的指导。