深井地電阻率觀測的幾個(gè)技術(shù)問題?

高曙德 蘇永剛（甘肅省地震局，蘭州 730000）

深井地電阻率觀測的幾個(gè)技術(shù)問題?

高曙德 蘇永剛
（甘肅省地震局，蘭州 730000）

?基金項(xiàng)目：甘肅省地震局科技發(fā)展基金（2014Y03）和國家自然科學(xué)基金（41174059）聯(lián)合資助。

近年由于城市化進(jìn)程的加快和地表人為干擾的增多，部分大極距的地面地電觀測受到了嚴(yán)重的影響，數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，中國地震局在部分有干擾的地電臺站開展井下地電觀測。主要解決：①井下多深可以避開地表的干擾和潛水的變化，觀測數(shù)值主要反映地是探測目標(biāo)層地電阻率變化；②當(dāng)測量目標(biāo)層介質(zhì)的電性發(fā)生變化時(shí)，設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)能否記錄下地電阻率變化。井下地電觀測系統(tǒng)的建設(shè)主要思路：非均勻各向同性介質(zhì)中的穩(wěn)定電流的電位U滿足Poisson直流傳導(dǎo)方程

其解，即空間中任意一點(diǎn)的電位U，可由Poisson積分給出：

式中，j為電流密度，ρ為介質(zhì)的真電阻率，R為積分元到觀測點(diǎn)的距離，V為積分域。在地震監(jiān)測中，式（2）的三維積分卻需遍及全空間，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，即使真電阻率ρ在地震發(fā)生前出現(xiàn)了很大的變化，但只要在廣大積分域內(nèi)同時(shí)分布有正和負(fù)的變化，積分值U仍然可以基本不變，導(dǎo)致視電阻率變化極小甚至沒有反應(yīng)；相反，距離淺部干擾（距離R值很小）還會(huì)強(qiáng)烈地影響位函數(shù)U值。因此，近距離淺部干擾會(huì)強(qiáng)烈的影響電位函數(shù)U的值，對于地電阻率要預(yù)報(bào)地震，必須找到對地下介質(zhì)電性的反應(yīng)靈敏的觀測層。地電阻率定點(diǎn)觀測采用WENNER裝置，由供電電源DC經(jīng)供電線AB向大地供入電流I ，建立人工電場，在MN測量人工電位差ΔV。井下觀測電阻率由于觀測極距較小，且在地下一定深度更加接近于真電阻率觀測，假設(shè)的測量值變化：

式（3）中δ（ΔX）是干擾變化，受降雨、地下水的變化、以及其他干擾引起的地電阻率變化的綜合量，對于地面進(jìn)行地電阻率觀測有一定時(shí)間的臺站，可以簡化為根據(jù)背景值(正常年)變化幅度來確定式（3）中的δ（ΔX）=ρmax－ρmin；當(dāng)δ（ΔX）值的變化較大時(shí)，可以通過改變K值的大小來增大式（3）等號右側(cè)第一項(xiàng)的加權(quán)值，使該項(xiàng)δ（ΔX）影響最小，這就要合理設(shè)計(jì)布極參數(shù)（供電極距、測量極距、電極的埋深等參數(shù)）；對于式（3）等號右側(cè)第一項(xiàng)中括號參量，如何確定供電電流大小，是觀測時(shí)考慮的第一點(diǎn)，在無干擾情況下，調(diào)整供電電流I值，此時(shí)ΔI為零；當(dāng)測區(qū)或供電電極增加人為已知干擾源，可用增大或減小ΔI抑制ΔV′變化，從而確定待定供電電流。同理當(dāng)式（3）左側(cè)第二項(xiàng)Δρs發(fā)生變化時(shí)，儀器能否記錄ΔV′的變化就要考慮：儀器觀測精度和分辨率；電極敷設(shè)深度，兼顧對表層δ（ΔX）的影響；調(diào)整供電電流大小，最終確定供電電流I。

天水、隴南、平?jīng)龅卣鹋_深井地電阻率觀測，距地表4 m地層敷設(shè)電極觀測有明顯正弓年變形態(tài)，100 m地層敷設(shè)電極觀測基本消除年變形態(tài)，井下觀測可以抑制地表部分電磁環(huán)境對觀測干擾，也基本消除降雨、灌溉、金屬管線等地表特定因素對地電觀測數(shù)據(jù)干擾。天水深井觀測運(yùn)行期間記錄了2013年蘆山7.0、岷縣—漳縣6.6級兩次中強(qiáng)級地震異常變化，但隴南臺深井100 m處觀測值只有0.05～0.08（?·m），說明深井建設(shè)要根據(jù)不同臺址敷設(shè)不同極距，且敷設(shè)深度需要做充分論證，確定合理的布極參數(shù)。