山丹地電阻率觀測(cè)資料異常排除探討

高振生，寇俊陽，胡 源，王志棟，杜 英

(甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

2019 年11 月21 日14 時(shí)發(fā)現(xiàn)主觀測(cè)儀器ZD8BI 觀測(cè)數(shù)據(jù)NS、EW 測(cè)道數(shù)據(jù)均有上升現(xiàn)象，同場(chǎng)地同外線路并行觀測(cè)的ZD8M 觀測(cè)數(shù)據(jù)正常未見明顯變化，立即檢查電阻率觀測(cè)儀器供電線路和避雷器箱線路接頭，檢查結(jié)果一切正常，對(duì)比變化前后的自然電位變化未見明顯異常，因測(cè)區(qū)積雪較厚影響室外線路檢查，對(duì)測(cè)區(qū)環(huán)境和電極坑進(jìn)行巡查，巡查結(jié)果正常后繼續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)上述問題仍然存在。

因此，根據(jù)上述初步分析判定，針對(duì)本次異常我們從觀測(cè)外線路、觀測(cè)環(huán)境、氣溫變化等影響因素，對(duì)影響因素進(jìn)行分析探討[2]。

1 觀測(cè)資料變化情況

2019 年11 月21 日14 時(shí)山丹臺(tái)值班人員發(fā)現(xiàn)地電阻率NS 測(cè)道和EW 測(cè)道數(shù)據(jù)有小幅度抬升，11 月22 日-11 月28 觀測(cè)數(shù)據(jù)的臺(tái)階仍然存在，但是測(cè)區(qū)積雪仍未全部融化，考慮到測(cè)區(qū)積雪基本不影響測(cè)區(qū)檢查工作，為排除其他干擾情況甘肅省地震局預(yù)報(bào)中心建議進(jìn)行異常核實(shí)工作。張掖中心臺(tái)在11 月25 日中午組織臨時(shí)會(huì)商，制定了異常核實(shí)工作方案，于2019 年11 月26-28 日到山丹地震臺(tái)站進(jìn)一步開展了對(duì)該項(xiàng)異常的現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)工作。

山丹地震臺(tái)EW 道視電阻率2019 年09 月20日18 時(shí)-09 月26 日23 時(shí)的預(yù)處理曲線（如圖1所示）與2019 年11 月21 日14 時(shí)-11 月28 日23時(shí)的預(yù)處理曲線（如圖2 所示）電阻率變化很相似，都是階躍式上升，然后數(shù)據(jù)平穩(wěn)形成一個(gè)臺(tái)階。

圖1 山丹臺(tái)ZD8BI 觀測(cè)儀器2019 年09 月20 日-9 月26 日預(yù)處理曲線

圖2 山丹臺(tái)ZD8BI 觀測(cè)儀器2019 年11 月21 日-28 日預(yù)處理曲線

2003 年10 月25 日20 時(shí)41 分,甘肅民樂-山丹交界發(fā)生了Ms6.1 地震，20 時(shí)48 分又發(fā)生Ms5.8級(jí)地震[3]。地震發(fā)生在祁連山中東段地區(qū)，地震前山丹地電阻率Ns 向自2002 年起打破正常的年變幅度,測(cè)值偏高幅度達(dá)到1.2% (如圖3 所示),震前一天出現(xiàn)明顯臨震異常(三道電阻率測(cè)值連續(xù)偏高），2013 年10 月25 日08 時(shí)開始,山丹地電阻率三道整點(diǎn)測(cè)值均連續(xù)出現(xiàn)超0.4 倍均方差異常[4],這屬于明顯的臨震異常信息（如圖4 所示）。

圖3 山丹臺(tái)地電阻率在2003 年民樂-山丹6.1 級(jí)地震前的異常變化

圖4 2003 年民樂-山丹6.1 級(jí)地震前幾個(gè)小時(shí)的異常變化

2003 年民樂-山丹交界發(fā)生了Ms6.1 地震前山丹地電阻率NS 向按照正常的年變化趨勢(shì)7 月底從高值轉(zhuǎn)折下降，但2003 年7 月中旬轉(zhuǎn)折后持續(xù)了十幾天從下降趨勢(shì)轉(zhuǎn)折為上升，打破正常的年變趨勢(shì)，上升到高值點(diǎn)11 月25 日發(fā)生了6.1 級(jí)、5.8 級(jí)雙震（如圖3 所示），從圖4 看出臨震12h 前出現(xiàn)了3個(gè)測(cè)道測(cè)值同步異常變化，說明臨震前地層受到應(yīng)力的作用，引起了測(cè)區(qū)介質(zhì)的變化，反應(yīng)為視電阻率的突跳和波動(dòng)[6]。唯獨(dú)不同的是，這次異常變化是東西測(cè)向的電阻率變化，而南北測(cè)向變化基本穩(wěn)定。

2 異常核實(shí)過程

2019 年11 月21 日山丹臺(tái)電阻率北南測(cè)道和東西測(cè)道日均值上升，觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)臺(tái)階后臺(tái)站工作人員與甘肅局預(yù)報(bào)中心及時(shí)匯報(bào)了測(cè)區(qū)的相關(guān)情況，并向張掖中心地震臺(tái)申請(qǐng)制定了山丹臺(tái)異常核實(shí)工作方案[7]，在2019 年11 月22 日、26 日-28日進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)異常核實(shí)工作。

2019 年9 月26 日對(duì)臺(tái)站觀測(cè)室線路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，當(dāng)天8 時(shí)-23 時(shí)所有觀測(cè)儀器停測(cè)，臺(tái)站觀測(cè)室線路標(biāo)準(zhǔn)化改造結(jié)束后恢復(fù)儀器觀測(cè)，臺(tái)階消除，從數(shù)據(jù)階躍式上升開始時(shí)間判斷與臺(tái)站新增試運(yùn)行ZD8M 可能有關(guān)，ZD8M 試運(yùn)行開始時(shí)間為2019 年09 月21 日16 時(shí)，2019 年09 月26 日23 時(shí)所有儀器都恢復(fù)觀測(cè)包括試運(yùn)行的ZD8M，觀測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。2019 年11 月21 日13 時(shí)30 分臺(tái)站停電，在ZD8BI 從市電接到UPS 供電后14 時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)階躍式上升，持續(xù)觀測(cè)至2019 年11 月28日數(shù)據(jù)上升后形成臺(tái)階未見下降。

2.1 觀測(cè)儀器標(biāo)定

為排除山丹臺(tái)地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)干擾，對(duì)觀測(cè)儀器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)、滿度校準(zhǔn)、標(biāo)定，零點(diǎn)校準(zhǔn)和滿度校準(zhǔn)結(jié)果皆正常，結(jié)果顯示，0mV 至±100mV 符合觀測(cè)儀器標(biāo)準(zhǔn)，可用于正常觀測(cè)。

2.2 巡查外線路和測(cè)區(qū)環(huán)境

檢測(cè)儀器工作狀態(tài)檢查完畢之后，我們對(duì)地電阻率觀測(cè)外線路進(jìn)行了巡查，仔細(xì)檢查了外線路及接地電極的連接情況、線桿和瓷瓶等絕緣狀況。結(jié)果表明，山丹臺(tái)地電阻率外線路情況良好，電極連接良好、外線路無破損、線桿及瓷瓶無損毀。為進(jìn)一步確認(rèn)山丹臺(tái)地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)的可靠性，檢查了NS 測(cè)道和EW 測(cè)道的外線路對(duì)地絕緣情況，室外線路的對(duì)地絕緣情況結(jié)果符合規(guī)范要求，且該結(jié)果與上季度校驗(yàn)結(jié)果基本一致，室外線路對(duì)地絕緣檢查值見表1。

表1 室外線路對(duì)地絕緣情況檢查

環(huán)境變化是地電阻率觀測(cè)主要的影響之一，目前在國內(nèi)常見的對(duì)地電阻率構(gòu)成影響的環(huán)境變化主要有工程建設(shè)、降雨及地下水位影響等，上述情況均是改變了觀測(cè)區(qū)內(nèi)場(chǎng)地的電性結(jié)構(gòu)，由此造成了地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)偏離以往正常形態(tài)的變化[8]。針對(duì)上述情況，異常核實(shí)工作組對(duì)山丹臺(tái)周邊一定范圍的環(huán)境變化情況進(jìn)行了專門巡查和走訪。山丹臺(tái)EW 測(cè)道地電阻率異常截至異常落實(shí)當(dāng)天已持續(xù)7d，相比往年降雪天數(shù)未見增多，因此可排除氣象因素對(duì)地電阻率的干擾。

2.3 室內(nèi)線路、接頭及避雷機(jī)箱接地

本次檢查還對(duì)避雷機(jī)箱、室內(nèi)線路、開關(guān)、各電極接頭進(jìn)行了檢查，經(jīng)過檢查避雷機(jī)箱內(nèi)部設(shè)備正常，室內(nèi)線路無破損，開關(guān)正常、各電極接頭無氧化接觸良好。

2.4 人工電位差讀數(shù)分析

利用人工電位差讀數(shù)可對(duì)三個(gè)測(cè)道兩端供電極的電位變化進(jìn)行干擾判斷，由表2 可知，2019 年11 月27 日較2019 年09 月16 日NS、EW 兩個(gè)測(cè)道的電位差變化都較大，NS 向人工電位差正反向供電時(shí)絕對(duì)值差值較大，最大變幅為0.91mV；EW 向人工電位差正反向供電時(shí)絕對(duì)值差值較大，最大變幅為0.39mV，說明NS、EW 兩個(gè)測(cè)道的電極場(chǎng)地的電位不穩(wěn)定，因?yàn)槿鄙俦匾臏y(cè)量工具，需要省局預(yù)報(bào)中心來人再進(jìn)一步確認(rèn)場(chǎng)地干擾源，觀測(cè)數(shù)據(jù)上升前后人工電位差讀數(shù)見表2。

表2 人工電位差讀數(shù)

2.5 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

原地電阻率ZD8BI 觀測(cè)儀器與并行試運(yùn)行地電阻率ZD8M 觀測(cè)儀器設(shè)定時(shí)間差為半小時(shí)，同為整點(diǎn)讀數(shù)，2019 年11 月21 日EW 測(cè)道兩套觀測(cè)儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5 所示。

圖5 山丹地電阻率并行觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

計(jì)算兩臺(tái)觀測(cè)儀器2019 年11 月1 日-26 日EW測(cè)道觀測(cè)數(shù)據(jù)日均值，發(fā)現(xiàn)ZD8BI 觀測(cè)儀器自2019年11 月21 日14 時(shí)EW 測(cè)道觀測(cè)數(shù)據(jù)上升后并沒有持續(xù)上升，一直維持穩(wěn)定在26.30Ω·m 觀測(cè)范圍，并將此觀測(cè)值對(duì)比ZD8M 觀測(cè)儀器EW 測(cè)道觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩套觀測(cè)儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)在ZD8BI 觀測(cè)儀器EW 測(cè)道觀測(cè)數(shù)據(jù)上升后更為相近，使得我們懷疑是否存在一個(gè)干擾源，在干擾ZD8BI 觀測(cè)數(shù)據(jù)，在2019 年11月21 日13 時(shí)ZD8BI 掉電后接入U(xiǎn)PS 供電后干擾去除數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，或者存在另一個(gè)干擾源一直在干擾ZD8M，在2019 年11 月21 日13 時(shí)ZD8BI 掉電后接入U(xiǎn)PS 供電后同時(shí)對(duì)兩套觀測(cè)儀器有干擾。

處理辦法是，第一步，2019 年11 月26 日22 時(shí)后給ZD8BI 觀測(cè)儀器掉電后接回市電觀測(cè)，至2019 年11 月27 日10 時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)仍未恢復(fù)，也沒有繼續(xù)升高；第二步，通過與省局預(yù)報(bào)中心溝通再次檢查測(cè)區(qū)是否有變壓器漏電現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)測(cè)區(qū)只有臺(tái)站附近有我們自己使用的變壓器，因?yàn)榕_(tái)站設(shè)備不齊全不能檢查變壓器是否漏電，只能斷開市電用臺(tái)站UPS 供電觀測(cè)，檢查發(fā)現(xiàn)兩套觀測(cè)儀器數(shù)據(jù)未見明顯變化，ZD8BI觀測(cè)數(shù)據(jù)未見恢復(fù)；第三步，關(guān)掉ZD8M 之觀測(cè)ZD8BI，數(shù)據(jù)未見恢復(fù)，同時(shí)關(guān)掉ZD8BI 和ZD8M，關(guān)掉一小時(shí)后只開啟ZD8BI 后觀測(cè)數(shù)據(jù)仍未見恢復(fù)。

3 分析與結(jié)論

依據(jù)異常核實(shí)和與相關(guān)學(xué)科專家討論分析認(rèn)為：山丹臺(tái)地電阻率2019 年11 月21 日以來EW 向地電阻率上升到一個(gè)臺(tái)階后持續(xù)穩(wěn)定可能是試運(yùn)行ZD8M 有干擾，但是將ZD8M 試運(yùn)行儀器停測(cè)后干擾繼續(xù)存在，觀測(cè)數(shù)據(jù)仍未恢復(fù)，至此將我們的初步判斷結(jié)論推翻，形成了此次地電阻率異常變化不是地震前兆異常的結(jié)論，但異常干擾源還需進(jìn)一步確認(rèn)。