城市化發(fā)展建設(shè)對地電阻率干擾的識別和抑制處理方法

李章 李本有 嚴(yán)吉 譚笑 程文坤 尹天杰

摘 ?要：近年來，隨著社會經(jīng)濟和城市化的迅速發(fā)展，生產(chǎn)、經(jīng)濟活動與工程建設(shè)已經(jīng)對地震觀測環(huán)境造成了很大的影響，增加了地震監(jiān)測工作的難度。該文通過整理分析黃山地震臺地電阻率近年來觀測數(shù)據(jù)，總結(jié)地電阻率觀測數(shù)據(jù)常見的干擾情況，并結(jié)合周邊城市化發(fā)展建設(shè)情況，對觀測環(huán)境保護問題，提出切實可行辦法，為其他類似臺站提供參考。

關(guān)鍵詞：地電阻率 ?干擾 ?城市化 ?資料分析

中圖分類號：P319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（c）-0093-03

The Method of Identification and Suppression of earth Resistivity Disturbance Caused by Urbanization

Development and Construction

LI Zhang1 ?LI Benyou1 ?YAN Ji2 ?TAN Xiao1 ?CHENG Wenkun2 ?YIN Tianjie3

（1.Huangshan Seismic Station of Anhui Province， Huangshan， Anhui Province， 245011 China; 2.Jingxian Seismic Station of Anhui Province， Xuancheng， Anhui Province， 242500 China; 3.Jiashan Seismic ?Station of Anhui Province， Mingguang， Anhui Province， 239461 China）

Abstract： In recent years， with the rapid development of social economy and urbanization， production， economic activities and engineering construction have exerted a great influence on the seismic observation environment， increasing the difficulty of seismic monitoring. In this paper， through sorting out and analyzing the ground resistivity observation data of Huangshan Seismic Station in recent years， the common disturbance of the earth resistivity observation data is summarized， and combined with the surrounding urbanization development and construction， the practical measures for the protection of the observation environment are proposed， which can provide reference for other similar stations.

Key Words： Geoelectric resistivity; Interference; Urbanization; Data analysis

經(jīng)長期觀測實踐表明，地電觀測技術(shù)、方法理論研究等方面都取得了顯著進展，并在大地震、中強地震前多次記錄到了突出的中短期前兆異常，為有效預(yù)測地震提供了有力的依據(jù)。但隨著社會經(jīng)濟和城市化的迅速發(fā)展，生產(chǎn)、經(jīng)濟活動與工程建設(shè)已經(jīng)對地震觀測環(huán)境造成很大影響，增加了地震監(jiān)測工作的難度。對產(chǎn)出的數(shù)據(jù)要經(jīng)過細(xì)致深入的分析研究，準(zhǔn)確識別干擾，通過數(shù)據(jù)的預(yù)處理來剔除和抑制干擾因素對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響顯得尤為重要。

1 ?臺站觀測環(huán)境

黃山地震臺地處皖南山區(qū)屯溪、休寧盆地，近東西向的休寧斷裂和北北東向的寧國-績溪斷裂從臺址附近通過，臺址巖性為砂巖，1977年投入觀測。

2 ?觀測資料分析

隨著近幾年周邊城市化的發(fā)展，區(qū)域建設(shè)施工對該臺地電阻率觀測帶來了較嚴(yán)重的干擾，觀測環(huán)境遭到較大破壞，儀器的運行率、數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，完整率、精度下滑。

2.1 年變特征

數(shù)字化改造后初期，黃山臺地電阻率年變形態(tài)清晰，但是緊接著周邊城市化發(fā)展的快速推進，使觀測環(huán)境破壞嚴(yán)重，數(shù)據(jù)年變不清晰、不穩(wěn)定，具體見圖1。

2.2 連續(xù)率和完整率

數(shù)據(jù)的連續(xù)率、完整率是前兆各學(xué)科評估觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量常用的指標(biāo)，統(tǒng)計黃山臺2013—2019年觀測數(shù)據(jù)連續(xù)率和完整率，可以發(fā)現(xiàn)，2014年后，連續(xù)率、完整率逐年下降，具體見圖2。

2.3 觀測數(shù)據(jù)精度

觀測數(shù)據(jù)精度是一項常用的評價指標(biāo)，可以利用精度來評價地電阻率觀測的噪聲水平，檢驗觀測結(jié)果的內(nèi)在質(zhì)量。統(tǒng)計并計算黃山臺2013—2019年地電阻率觀測精度（見圖3），可以發(fā)現(xiàn)2014年測區(qū)施工建設(shè)后，導(dǎo)致觀測精度出現(xiàn)大幅的變化。

3 ?主要干擾

通過對黃山臺歷年觀測資料的分析總結(jié)，地電阻率主要受到場地環(huán)境、自然環(huán)境、觀測系統(tǒng)等因素干擾。

3.1 場地環(huán)境

測區(qū)環(huán)境條件的變化是地電觀測中較為常見的一種干擾因素，如周邊農(nóng)田灌溉、場地施工、地下金屬管線布設(shè)等。黃山臺自2014年以來一直存在場地環(huán)境的干擾，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為高頻波動，測區(qū)和電極附近施工，鋪設(shè)管道長期影響著地電數(shù)據(jù)質(zhì)量，且變幅很大，數(shù)據(jù)長期呈現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。

3.2 其他干擾

3.2.1 觀測系統(tǒng)故障及外線路

儀器故障、外線路斷路、外線路漏電、電極不穩(wěn)、老化等情況是常見的觀測系統(tǒng)干擾，會造成數(shù)據(jù)的大幅突跳、尖峰毛刺，大幅階躍、畸變等現(xiàn)象。

3.2.2 降雨

降雨、雷電、氣壓等變化是常見的自然環(huán)境的變化對地電阻率的干擾。有研究表示地電阻率的長周期變化形態(tài)跟溫度、降雨、地下水位有十分密切關(guān)聯(lián)。但是由于黃山臺場地環(huán)境干擾嚴(yán)重，自然環(huán)境影響被壓制，線性關(guān)系表現(xiàn)不明顯。

4 ?主要措施

4.1 保護意識，保護措施

隨著城市化發(fā)展和步伐不斷加快，臺站觀測環(huán)境受到的干擾和破壞越來越嚴(yán)重，影響了地震監(jiān)控效能。地震監(jiān)測環(huán)境保護是一項長期任務(wù)，地震臺站和地震工作主管部門肩負(fù)著重要職責(zé)與任務(wù)，同時也需要政府和有關(guān)部門、社會公眾共同的努力?！吨腥A人民共和國防震減災(zāi)法》《安徽省防震減災(zāi)條例》等法規(guī)和行政規(guī)范性文件，共同構(gòu)成依法保護地震臺站監(jiān)測設(shè)施和觀測環(huán)境的法規(guī)體系。

4.2 加強外線路維護和數(shù)據(jù)預(yù)處理

綜合分析黃山臺歷年觀測資料，可以發(fā)現(xiàn)場地環(huán)境是影響最大且持續(xù)時間最長的一個因素，因此要加強外線路的巡察維護工作，同時加強數(shù)據(jù)預(yù)處理。

5 ?結(jié)語

綜合黃山臺歷年觀測數(shù)據(jù)分析，影響地電阻率觀測的最主要因素是場地環(huán)境變換帶來的干擾，測區(qū)長期的施工建設(shè)導(dǎo)致數(shù)據(jù)連續(xù)率、完整率、精度長期處于較差水平，且環(huán)境保護工作繁重，嚴(yán)重影響了觀測效能，凸顯了新形勢下地震臺環(huán)境保護的重要性。另一方面是觀測系統(tǒng)本身故障干擾，但是這類干擾容易識別和修復(fù)。因此就要加強政策法規(guī)宣傳同有關(guān)部門加強溝通交流，同時還要加強數(shù)據(jù)預(yù)處理以提高觀測資料的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 毛先進，段煒，莊儒新，等.井下地電阻率觀測中布極參數(shù)的確定方法[J].地震研究，2019，42（1）：96-101.

[2] 楊學(xué)立.地電阻率法在地震短臨預(yù)報中的有效性研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2006.

[3] 曾憲軍，楊秀生，于林民，等.蒙城地震臺觀測環(huán)境保護案例分析及思考[J].地震地磁觀測與研究，2009，4（30）：98-102.

[4] 解滔，于晨，盧軍.開展小極距井下地電阻率觀測的可行性分析[J].中國地震，2019，35（1）：14-24.

[5] 樊曉春，李偉，袁慎杰，等.地鐵對井下地電阻率觀測的影響分析——以江寧臺為例[J].地震工程學(xué)報，2020，42（3）：680-687.

[6] 汪凱翔，黃清華，吳思弘.長短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在地電場數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報，2020，63（8）：3015-3024.

[7] 孫昱，張煒超，張創(chuàng)軍，等.陜西省地電阻率觀測干擾因素分析研究[J].地震工程學(xué)報，2019，41（2）：489-499.

[8] 樊曉春，吳帆，袁慎杰，等.江寧地電臺地表與井下地電阻率觀測數(shù)據(jù)分析[J].地震地磁觀測與研究，2019，40（5）：63-69.