河南省地電阻率觀測干擾特征分析

姬霄鶴

(?？h地震臺，河南 鶴壁 456250）

地電阻率法是觀測地球淺部介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化來進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的方法。地電阻率變化對介質(zhì)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)有靈敏響應(yīng)。地電阻率觀測數(shù)據(jù)無須做復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理就可直觀的通過形態(tài)變化發(fā)現(xiàn)異常信息。

地電臺站觀測記錄到的資料，有地震前兆信息，同時(shí)也包含了各種干擾信息。有些干擾形態(tài)極易與震兆混淆，給地震分析預(yù)報(bào)帶來困擾。所以，從大量的觀測記錄資料中識別和剔除干擾是目前臺站工作人員的重要工作之一［1］。

1 臺網(wǎng)情況

河南省前兆觀測臺網(wǎng)目前有地電阻率觀測儀器三套。觀測采用北京震苑迪安防災(zāi)技術(shù)研究中心研制生產(chǎn)的ZD8M地電阻率儀。洛陽臺地電阻率于2007年7月正式觀測。周口臺于2012年11月正式觀測?？？h臺于2014年2月投入觀測。洛陽地電屬國家基準(zhǔn)臺，周口與浚縣地電阻率觀測均屬國家地震背景場項(xiàng)目［2,3］。

洛陽有八年的連續(xù)觀測時(shí)間。周口與?？h的地電阻率觀測是近幾年剛投入運(yùn)行，觀測資料的積累較少?；谂_網(wǎng)的狀況，在目前觀測資料中選取典型的干擾事件記錄來進(jìn)行分析研究。

2 典型干擾因素分析與識別

當(dāng)電阻率觀測值在無震時(shí)的應(yīng)力作用下，其年變形態(tài)的特征穩(wěn)定，日變化、月變化、年變化具有較好的重復(fù)性。在觀測場地環(huán)境出現(xiàn)干擾的情況下，記錄曲線會打破這種規(guī)律變化，出現(xiàn)尖峰突跳、階躍等。干擾總體歸納起來主要包括：觀測系統(tǒng)故障、觀測環(huán)境變化、自然變化（風(fēng)力、雷電、降水）等。

2.1 觀測系統(tǒng)故障干擾

觀測系統(tǒng)包括觀測裝置，測量系統(tǒng)和檢定系統(tǒng)。任何一個(gè)觀測環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大變化，有時(shí)甚至無法觀測。比如儀器故障，外線路或儀器漏電，線路接觸不良，電極不穩(wěn)定等情況，這些干擾因素會使記錄曲線形態(tài)出現(xiàn)明顯的畸變。

2.2 天然干擾

在早期地電臺建設(shè)中，均采用架設(shè)的觀測線路。在實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)，大風(fēng)可以使懸空的測量線做不規(guī)則大幅度的擺動，切割地磁場磁力線，在測量線路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而使測值大幅度擾動［1］。我省地電阻率觀測外線路實(shí)行地下1米深埋，風(fēng)擾基本不存在了。

雷電發(fā)生時(shí)，帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時(shí)，之間就發(fā)生激烈的放電，從而改變了區(qū)域電場的分布環(huán)境。當(dāng)雷電離得很近，電壓很高，在放電瞬間會引起觀測數(shù)據(jù)的大幅度改變，雷擊嚴(yán)重時(shí)還會直接燒壞儀器。

圖1 周口臺雷電干擾記錄

上圖是大量降雨伴隨雷電干擾的記錄狀況。在雷雨過程中還導(dǎo)致了儀器的損壞。其實(shí)，在遇到雷電這種惡劣天氣情況時(shí)，不能等到雷擊事件發(fā)生再去解決，在遇到這種情況時(shí)，應(yīng)該提前關(guān)閉交流供電改用UPS直流供電，盡量避免雷擊事故的發(fā)生。

降雨會引起數(shù)據(jù)短期的變化，觀測數(shù)據(jù)變化與降水時(shí)間比較同步，形態(tài)大多是上升到逐漸恢復(fù)，數(shù)據(jù)上升幅度與降水量有一定關(guān)系。每個(gè)臺站對降雨的反應(yīng)也不是完全相同，即使同一臺站的不同測項(xiàng)也存在差異。

圖2 洛陽臺地電觀測和降水量的關(guān)系變化

圖3 洛陽臺年度變化圖

就目前的觀測資料，洛陽臺記錄曲線存在明顯的周期變化，這種變化是非應(yīng)力應(yīng)變因素變化引起的，與地震無關(guān)，習(xí)慣稱之為年變［2］。上圖是洛陽臺2009年到2015年3月地電阻率時(shí)值曲線圖。直觀上具有明顯的冬高夏低的年變特征，表明該臺觀測儀器和氣候溫度變化有密切的關(guān)系。

圖4 ?？h臺小時(shí)值曲線（2014年2月到2015年7月）

實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)，地下水位，水溫并不像地電阻率那樣呈現(xiàn)出規(guī)則的準(zhǔn)周期變化，它與氣候的關(guān)系密切。而地表層地電阻率由于受季節(jié)和降水量影響，導(dǎo)致地電阻率偏離正常值。由此表明，地下水位和降水不是導(dǎo)致地電阻率出現(xiàn)年變的主因。

2.3 環(huán)境變化干擾

影響地電阻率觀測的因素是多方面的［3］，對觀測環(huán)境的保護(hù)是地電觀測的一個(gè)主要任務(wù)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，觀測場地周圍的基本設(shè)施建設(shè)對觀測的影響越來越明顯。

?？h臺東西向自然電位從2014年3月19日開始明顯上升，上升幅度10mv。對觀測場地檢查發(fā)現(xiàn)，EW向供電極東水井抽取地下水進(jìn)行春灌，地下水水位下降，導(dǎo)致東西向自然電位產(chǎn)生上升變化。4月11日以后逐漸恢復(fù)正常。由于此次異常變化開始時(shí)間與農(nóng)田灌溉時(shí)間吻合，所以可以基本確定這次異常是長時(shí)間抽取地下水導(dǎo)致。

6月20日北南向自然電位開始上升。6月25日到7月28日高位持續(xù)一段時(shí)間后，又出現(xiàn)突升，這次上升幅度達(dá)到82.0mv，高位運(yùn)行變化一直持續(xù)到2015年6月7日出現(xiàn)陡降恢復(fù)性變化。NS 向變化幅度較強(qiáng)，EW 向變化幅度較弱。同時(shí)地電阻率值也有明顯的上升趨勢性變化。經(jīng)過對觀測儀器，電極等檢測，數(shù)值均符合工作標(biāo)準(zhǔn)。對觀測場地周圍走訪了解排查，在NS 向供電極北100 米左右有南水北調(diào)輸水管道，管道大致呈斜東西走向。初步認(rèn)為輸水管道有可能是造成自然電位及地電阻率大幅度變化的主要干擾因素。

從南水北調(diào)管理部門溝通了解了南水北調(diào)施工進(jìn)程及供水情況，發(fā)現(xiàn)工程施工及通水時(shí)間和異常變化開始、結(jié)束時(shí)間有一定的關(guān)聯(lián)。

2014年6月到7月，管道閉水試驗(yàn)，NS 向自然電位6月20日就出現(xiàn)升高。2015年5月，工程試通水，北南向自然電位變化有緩慢下降。2015年6月，工程正式通水，北南向自然電位陡降90mv。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)觀察分析得到，在管道做閉水試壓階段時(shí)，介質(zhì)應(yīng)力持續(xù)加載，北南向自然電位成高值持續(xù)階段。工程正式通水，水流處于自然流動狀態(tài)，應(yīng)力減小，北南向自然電位明顯下降。

3 結(jié)論

①地電觀測的干擾歸納總結(jié)起來主要有三類：一是觀測系統(tǒng)本身的原因。如儀器，線路，電極等；二是測區(qū)觀測環(huán)境變化的干擾；三是自然氣象的干擾。

②觀測系統(tǒng)原因可以采取一些措施消除和改善。自然氣象原因?qū)Φ仉娮杪视^測的影響也是短暫的。觀測環(huán)境變化對地電阻率觀測的影響是不可忽視的。

③南水北調(diào)輸水管道在閉水試驗(yàn)期間對浚臺自然電位變化影響明顯，是否存在長期變化影響還有待進(jìn)一步追蹤研究。

④地電阻率年變化形態(tài)的改變，可能反映了局部地區(qū)地殼應(yīng)力場的變化，而地下水位，降水與地殼應(yīng)力無關(guān)，所以，地下水位和降水不是導(dǎo)致地電阻率出現(xiàn)年變的主因。年變主要與氣候和溫度有關(guān)。

［1］錢家棟，陳有發(fā)，金安忠，等.地電阻率法在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［M］.北京：地震出版社.2010.

［2］中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.地震電磁學(xué)理論基礎(chǔ)與觀測技術(shù)［M］.北京：地震出版社.2010.

［3］關(guān)云鵬，孫禹成.基于surfer8.0的高密度電阻率法在水利水電工程災(zāi)害性評價(jià)中的應(yīng)用［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,11（3）:48-50.