安徽省地电阻率观测干扰因素的分析研究

安徽省地电阻率观测干扰因素的分析研究
王黻坤;隆爱军;黄显良;戈宁;方素贞
【摘要】In order to differentiate the abnormal information before earthquake, this paper starts with the interference factors that influence the data of geo-resistivity observation in Anhui province, analyzes the changing features and interference mechanism of the typical interference in detail, and puts forward the corresponding suggestions to the elimination of the interference. Its research result has certain direction meaning to the effective identification of the interference and the judgment of the abnormal situation.%为了正确鉴别震前异常信息，本文从影响安徽省地电阻率观测数据的干扰因素入手，详细地分析了典型干扰的变化特征及干扰机制，并对干扰的排除提出相应建议，其研究结果对有效地识别干扰及异常判断有一定的指导意义。

【期刊名称】《防灾科技学院学报》
【年(卷),期】2011(013)004
【总页数】5页(P52-56)
【关键词】地电阻率;观测数据;干扰因素;安徽省
【作者】王黻坤;隆爱军;黄显良;戈宁;方素贞
【作者单位】合肥地震台,安徽合肥230031;合肥地震台,安徽合肥230031;安徽省地震局,安徽舍肥230031;安徽省地震局,安徽舍肥230031;安徽省地震局,安徽舍肥230031
【正文语种】中文
【中图分类】P315.72
地电阻率观测是地震前兆监测的重要手段之一，目前已积累了大量的观测资料和强震震例。

观测实践表明［1］，地震台站观测记录到的资料，可能有地震前兆信息，也包含了各种干扰信息，有些干扰无论是形态上还是变幅量级上，都极易与震兆混淆，从而给地电阻率异常判别和地震预报带来困难。

因此如何正确地识别并排除观测数据中的干扰成了一项迫在眉睫的工作。

鉴于这种情况，本文以安徽省地电阻率台站的观测资料为基础，对影响日常观测的各种干扰因素进行研究，并对他们的变化特征以及物理机制进行探讨和分析，以便为今后地电阻率干扰识别和排除以及异常判定提供参考依据。

安徽省地电台网于1973年开始陆续建立了一批网点，现有合肥、嘉山、蒙城、安庆、黄山5个观测台，分布较为均匀，至今已积累了近40年的观测资料。

经“九五”、“十五”改造，除黄山台外其他台站均已实现了数字化观测。

其中安庆、黄山台的观测条件相对较差，随着农村经济结构的调整，特别是乡镇的城市化扩张与发展，干扰因素明显增多。

本文应用合肥、嘉山、蒙城、安庆、黄山5个地电阻率台站自运行以来的资料，
结合各台观测系统运转及资料产出情况，选取典型的干扰事件及其记录曲线变化形态来进行分析、研究，得出如下认识。

观测系统包括观测装置、测量系统和检定系统。

任何一个观测环节出现问题都会导致数据出现很大的变化，有时甚至无法观测。

比如仪器故障、外线或仪器漏电、线路接触不良、电极不稳定等情况，这些干扰因素会使记录曲线形态出现明显的畸变。

2008年1月27日合肥台NE向地电阻率观测记录从20时开始出现了突变(图1a)，经对外线路的及时巡检发现:突变是因暴雪压断外线路，测量线路的两处断头接地
造成漏电所致。

当测量线对地绝缘变差时，地面会出现新的信号输入点，相当于因漏电在M、N间产生的附加电位差，从而影响观测值。

在地下介质为均匀介质时，其对应的漏电影响系数为:
式中K为装置系数，REM为测量电极M的接地电阻，RP为漏电等效电阻，当漏电影响系数增大时，会使观测值发生显著的改变。

值班人员立即对断头进行干燥处理后重新接好线路，观测数据于28日12时恢复正常。

图1b为2009年7月24—26日安庆台NS向地电阻率观测曲线，可以看出数据
波动较大，经检查这期间仪器性能不稳定，造成数据离散度增大。

2.2.1 风扰
大风可以使悬空的测量线做不规则大幅度的摆动，切割地磁场磁力线，在测量线路中产生感应电动势，从而使测值大幅度扰动［2］。

近年来，随着各台站外线路的改造，在实际观测中，明显的风扰已经很少出现。

2.2.2 雷电干扰
雷电发生时，带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电，从而改变了区域电场的分布环境。

当雷电离得很近，电压很高，在放电的瞬间会引起观测数据的大幅度改变，雷击严重时还会直接烧毁仪器设备。

2010年8月6日16时和15日18时地电阻率均出现了较大的台阶变化(图2)，经调查证实，此时
段测区内有雷雨。

从图2可以看出，雷电期间会引起观测数据大幅度的上升或下
降台阶，最大变化幅度可达到1%，一般观测数据因雷电干扰出现台阶后会在几日内逐渐恢复到下降前的数值。

2.2.3 降雨干扰
这种干扰在嘉山台和合肥台比较多见(图3)，特别是短时间内大量降雨，地电阻率
小时值会出现同步变化。

嘉山台2009年7月10日当天有暴雨，降水量为83.0 mm，在几个小时内受降雨干扰，NS向地电阻率下降幅度达到1.32%，EW向则
反向表现为上升变化，上升幅度达到0.65%;21—23日又连续降水，平均日降水
量为30.4 mm，NS、EW向在两天内分别持续下降和上升了0.5%。

合肥台 NS、NW 向在2008年8月2—3日、16日均出现了不同程度下降变化，经调研核实，这期间合肥地区发生强降水，其中16日雨量达到67.8 mm，NS向、NW向地电阻率当天分别下降了 0.38%、0.29%。

由此可以看出，降雨会引起数据短期的变化，其主要特征是:观测数据变化与降水
时间比较同步，形态多为下降—缓慢上升，数据变化幅度与降水量大小有一定关系。

不同台站对于降水的反应不同，其数据变化形态、幅度也各不相同，即使同一台站不同测向也存在差异。

2.2.4 年变干扰
5个地电阻率台站记录的年变化特征中，嘉山台仅有EW向比较规律，其NS向和合肥台年变属于能够看出一些年变形态，其年变化幅度和形态逐年有所不同。

黄山台仅在金属管道干扰期间年变幅度增大数倍，正常时段时幅度很小(图4)。

蒙城台
和安庆台存在规则的年变化，且年变幅度较大。

这种年周期的变化，是非应力－应变因素变化引起的干扰，与地震无关，习惯称为年变干扰［3］。

有关专家研究认为，年变化物理成因主要来自于地电阻率测区探测范围内地下水中潜水水位的动态变化，与表层降水及地下水位等气象因素密切相关。

经过对蒙城台地电阻率与同期地下水位资料的对比分析［4］，发现该台年变化随伴地下水位升降而产生，地下水位又受当地降雨的控制，不同方向受水位升降和降水的影响存在明显差异。

从归纳的各台年变化特征来看，不同地电台站的年变幅度、形态差异很大，表明地电阻率年变化比较复杂，对于年变幅度较大的台站，其变化容易湮没地震异常信息。

这类干扰因素的观测资料可通过相关距平分析、与气象因素进行线性回归等方法进行干扰的定量排除。

随着社会经济的发展，人类活动对自然环境的影响或改变越来越大，随着观测台站
周围场地建设、生活设施干扰和电磁干扰的日益增多，台站环境变化对地电观测的影响越来越不容忽视。

2.3.1 地下金属管道干扰
图4为黄山台测区在埋设金属水管前后时段地电阻率变化的观测曲线。

1989年4
月下旬黄山台NS、EW向地电阻率同时出现较大“台阶”，NS向下降约22.6%，EW向下降约0.01%，NS向远大于EW向。

经巡视观测环境，发现4月下旬黄山台布极区内开始建设养鸡场，埋设了北北西走向的自来水金属管道，埋设地距离最近测量极仅有18 m。

2003年11月14日因修建屯婺公路取出部分水管，两方向观测数据于2天内基本恢复到了下降前的水平。

这是由于测区内埋设金属管道，
改变了测区地表的导电结构，使人工电场的分布改变，从而影响地电阻率的测值［5］。

假设对于长条形管道，我们可以将其分为许多段，每一段视为一个球体，将这些导电球体各自对地表电场的影响加起来，即近似地求得整个管道的对电阻率观测的影响。

其中点电流源(I)电场中存在导电球体时地面任意一点M处的电位为: 式(1)中，UM为点电流源作用下地表M点的电位;d为点电流源到球心O的距离，r为球体半径，RM为点电源A到M的距离，ρ1为介质电阻率，ρ2为管道电阻率，θ为球心O对点电源A(I)与M点的张角。

同理，可求出地表面另一点N处的电位。

ΔU=UM－UN，由于整个管道(设共分为n个球体)的存在，管道在M、N两点产生的电位差Δ，进而求得视电阻率影响量:
式(2)中
从以上公式看出，金属管道对地电阻率的影响表现与管道长度、半径、埋设位置以及管道走向与测向的夹角有明显的关联。

黄山台地电阻率受金属水管干扰现象中，NS向比EW向受干扰显著，造成这种原因与水管埋设的位置与走向有关。

金属管道埋设走向为北北西，埋设地距离NS向测量极仅有18 m，说明了水管离测道电
极越近、测道布线与水管走向夹角越小，对观测值的影响就越大。

在埋设金属管道期间，NS向年变化幅度增大数倍、观测值离散度增大，受降水干扰尤为明显，拆除水管后，年变化幅度显著减小，恢复到了以往的平稳，这些也表明了金属水管造成的影响存在不稳定变化，会随着降水等环境条件变化而改变，从而加剧观测值的变化。

2.3.2 修建公路干扰
从图4还可以看出，黄山台两方向地电阻率从2004年开始呈现长期趋势性下降变化，经调研周边环境，认为与修建屯婺公路有关。

2003年11月黄山台附近开始
修建屯婺公路，整条公路横穿黄山台地电布极区，距离EW向测量极10 m，离
NS向测量极50 m，自屯婺公路修建完毕以来，两方向观测数据处于年变化消失、长期持续性下降的变化形态，其中EW向更为明显，截止到目前两方向仍在持续
下降，下降幅度分别达到0.6%、1.1%。

2.3.3 电极处渗水干扰
2010年11月10日和23日合肥台NS向地电阻率出现了缓慢下降趋势(图5)，
分别下降了0.43%、0.38%。

经调研发现这期间合肥台在建设房屋，为了压实地
基土，两次向土里注入大量的水，因施工地离供电极A1仅有10 m，水随着坡度
直接渗向A1电极附近，导致观测值的下降，这类干扰变化形态与降水相似，属于短期干扰，水挥发后电阻率趋于稳定。

综上所述，虽然影响地电阻率观测的因素是多方面的［6］，但归纳起来主要有两类:一是观测系统本身，仪器、线路、电极、避雷装置故障干扰等，按照观测技术
规范的要求进行相关检查，是很容易识别和排除的;二是测区环境变化干扰，包括
自然气象变化干扰和环境变化干扰。

其中观测场地内有雷电、降雨天气等情况对地电阻率观测的影响是短暂的，而观测环境改变对地电阻率观测影响是不容忽视的，例如黄山台在测区埋设金属水管期间，导致了长达14年的观测数据不可用，严重
地影响了观测效能，凸显了新形势下地震台站环境保护的重要性。

对干扰源较多又排除困难的台站，建议采用全空间技术方法［7］进行观测，以尽可能地提高观测资料的准确度和稳定性。

【相关文献】
［1］李菊珍，兰从欣，鲁跃，等.北京数字化地电阻率干扰识别与异常分析［J］.防灾技术高等专科学校学报，2004，6(4):9 －13.
［2］钱家栋，陈有发，金安忠，等.地电阻率法在地震预报中的应用［M］.北京:地震出版社，1985.
［3］中国地震局监测预报司.地震电磁学理论基础与观测技术［M］.北京:地震出版社，2010. ［4］何康，程鑫，李军辉，等.安徽省数字化地电阻率干扰与短临异常研究［J］.地震地磁观测与研究，2010，31(4):86－91.
［5］杜玮.《地震台站观测环境技术要求》宣贯教材［M］.北京:地震出版社，2004.
［6］关云鹏，孙禹成.基于surfer8.0的高密度电阻率法在水利水电工程灾害性评价中的应用［J］.防灾科技学院学报，2009，11(3):48 －50.
［7］刘昌谋，桂燮泰，柴剑勇，等.河源地电台全空间地电阻率试验［J］.华南地震，1994，
14(3):40 －45.。