[科普中国]-地电阻率

电阻率指的是材料对电流流动的电阻，乘以电流流过横截面的面积并除以电流流过的长度；是电导率的倒数。电阻率越小、导电本领越强。亦称比电阻。地电阻率学上指电流垂直通过单位体积的岩石或矿石时，所受阻力的大小。表示岩石导电能力大小的参数，常用字母ρ表示。电阻率越高说明导电能力越差。影响电阻率的因素有：岩石的结构、良导电矿物的含量、水溶液含量及其盐离子浓度、温度等。1

微观机理基于地球介质多属孔隙结构，其中孔隙液体是地球介质导电的主要材料，因此地球介质导电性能的变化 （称为真电阻率变化） 直接与介质孔隙度的变化、孔隙结构中液体、气体和固体三者体积比例的变化、孔隙液体导电性能的变化以及孔隙结构排列方式的改变相关联，可以用扩展物探电法中半经验、半定量的阿契定律公式 （Archies law）来解释。地球介质这些微观变化，均与地球介质所处的热力学环境条件的变化（例如压力、温度的变化）以及流体的运移相关联，而它们都可能与孕震过程影响有关。因此，地球介质微观导电性质的变化与孕震过程产生的地下介质环境热力学条件改变之间的关联，就构成了地震地电阻率理论研究的重要物理基础，称为地电阻率法微观机理研究。2

宏观机理地电阻率观测的装置系统位于地球的表面或地壳的浅层，其所测物理量称之为视电阻率。基于物探电法的基本原理，除非仪器的故障或人为的过失，地表装置系统所测得的视电阻率都是地下介质微观导电性 （真电阻率） 分布的函数。视电阻率和真电阻率有相同的量纲，但其数值一般并不相等。因此，孕震过程引起地下介质内部微观导电机制变化时，其真电阻率变化与地表观测系统测得的视电阻率变化之间，亦应由一个与具体介质导电结构联系着的确定的函数关系来描述。研究基于一定导电结构剖面条件下地下介质真电阻率变化对视电阻率变化的影响，或者说，视电阻率变化对地下介质真电阻率变化的响应，被称之为地震地电阻率法研究的宏观机理。由于不同台站测区电性结构差异十分显著，因此，在讨论孕震过程中地电阻率的时空演化时，这一宏观机理的研究以及它与微观机理研究的结合是具有指导意义的。它们构成地震地电阻率法理论研究的两大理论支柱。

一方面，通过微观机理的分析，建立起地球介质微观导电性质的变化（称为真电阻率变化）与孕震过程产生的地下介质环境热力学条件改变之间的物理联系;另一方面，通过宏观机理的分析，确立地表装置系统观测的视电阻率变化与发生于介质内部的真电阻率变化的函数关系，从而为研究孕震过程中地电阻率时空演化特征，提供正确的研究思路和理论工具。

微观机理不仅是地震地电阻率法研究的重要理论工具，借助于它，建立了介质电性与孕震过程中物理化学环境条件变化的关系，而且还建立起在统一的孕震过程影响下介质电性与地下流体、地壳应变以及介质其他物理化学性质 （温度及孔隙溶液矿化度等） 的物理联系，为不同学科前兆物理机制的相互协调研究提供某种约束。

水平层状介质地电阻率高精度计算地震预测中，因在固定的测点上观测地电阻率随时间的变化，一般量级较小。因此，为了比较不同时间的地电阻率变化，不仅要求观测技术达到比物探电法高得多的观测精度，而且在地电阻率变化的理论分析或数值模拟中要有很高的计算精度。1986年，我国有的学者对水平层状介质点源电位贝塞尔积分公式，提出了改进的核函数法和滤波系数法两种高精度计算公式，并通过这两种算法结果的比较，进而确定计算误差的估算方法，以解决在先前许多计算中误差估算不够客观的问题。

非均匀介质视电阻率的计算一边界单元法在实际问题中，常常遇到介质的结构与水平层状条件差异较大的情形。通常可以采用有限元方法处理，但是一般说来其计算量太大。1985年，我国有的学者提出边界单元法在视电阻率理论计算公式中的应用。与有限元方法相比，边界单元法的节点剖分只在非均匀体的界面上，因而大大减少了计算量;同时，通过适当增加非均匀体的界面上的节点数，还可以大大提高理论计算的精度。但是，当时的算例还仅仅涉及均匀半空间介质中存在有二维非均匀体的情形，甚至不能处理水平层状介质（含有一个或多个无限延伸的水平界面） 中的二维非均匀体的算例。1989年我国学者在此基础上，将边界单元法应用于二层及三层水平层状介质中存在二维非均匀体的算例获得成功。此后，我国学者进一步将边界单元法应用于水平层状介质结构中含三维（任意不规则形状的非均匀体）也获得成功。至此，边界单元法在视电阻率（地电阻率）的理论计算和数值模拟中获得了广泛应用。在地电的前兆资料分析中，诸如起伏地形下的视电阻率计算、地下管道对地电阻率观测的影响等，均可用边界单元法进行估算。

地电阻率法的数值模拟理论研究方面的进展，特别是视电阻率数值计算方法的进步，为发展地电阻率法的数值模拟研究方法创造了条件，使解决地电阻率观测中遇到的一些实际问题或特殊问题，建立在合理的理性认识指导下。例如，地电阻率长期观测中发现的“年变化”及其不同台站上的差异性，对许多台站观测环境条件变更时出现的特殊变化，应用数值模拟的方法，一般都能给出较为满意的解释。1988年我国学者还应用数值模拟方法，就地电台站实施多极距观测系统改造的必要性进行论证，并提出了地电阻率随时间变化的反演理论和方法。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学