河南省地電阻率觀測干擾特征分析

姬霄鶴

(浚縣地震臺，河南 鶴壁 456250）

地電阻率法是觀測地球淺部介質的電學性質隨時間變化來進行地震預報的方法。地電阻率變化對介質應力應變狀態有靈敏響應。地電阻率觀測數據無須做復雜的數學處理就可直觀的通過形態變化發現異常信息。

地電臺站觀測記錄到的資料，有地震前兆信息，同時也包含了各種干擾信息。有些干擾形態極易與震兆混淆，給地震分析預報帶來困擾。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 臺網情況

河南省前兆觀測臺網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技術研究中心研制生產的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。浚縣臺于2014年2月投入觀測。洛陽地電屬國家基準臺，周口與浚縣地電阻率觀測均屬國家地震背景場項目［2,3］。

洛陽有八年的連續觀測時間。周口與浚縣的地電阻率觀測是近幾年剛投入運行，觀測資料的積累較少。基于臺網的狀況，在目前觀測資料中選取典型的干擾事件記錄來進行分析研究。

2 典型干擾因素分析與識別

當電阻率觀測值在無震時的應力作用下，其年變形態的特征穩定，日變化、月變化、年變化具有較好的重復性。在觀測場地環境出現干擾的情況下，記錄曲線會打破這種規律變化，出現尖峰突跳、階躍等。干擾總體歸納起來主要包括：觀測系統故障、觀測環境變化、自然變化（風力、雷電、降水）等。

2.1 觀測系統故障干擾

觀測系統包括觀測裝置，測量系統和檢定系統。任何一個觀測環節出現問題都會導致數據出現很大變化，有時甚至無法觀測。比如儀器故障，外線路或儀器漏電，線路接觸不良，電極不穩定等情況，這些干擾因素會使記錄曲線形態出現明顯的畸變。

2.2 天然干擾

在早期地電臺建設中，均采用架設的觀測線路。在實際觀測中發現，大風可以使懸空的測量線做不規則大幅度的擺動，切割地磁場磁力線，在測量線路中產生感應電動勢，從而使測值大幅度擾動［1］。我省地電阻率觀測外線路實行地下1米深埋，風擾基本不存在了。

雷電發生時，帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時，之間就發生激烈的放電，從而改變了區域電場的分布環境。當雷電離得很近，電壓很高，在放電瞬間會引起觀測數據的大幅度改變，雷擊嚴重時還會直接燒壞儀器。

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。在雷雨過程中還導致了儀器的損壞。其實，在遇到雷電這種惡劣天氣情況時，不能等到雷擊事件發生再去解決，在遇到這種情況時，應該提前關閉交流供電改用UPS直流供電，盡量避免雷擊事故的發生。

降雨會引起數據短期的變化，觀測數據變化與降水時間比較同步，形態大多是上升到逐漸恢復，數據上升幅度與降水量有一定關系。每個臺站對降雨的反應也不是完全相同，即使同一臺站的不同測項也存在差異。

圖2 洛陽臺地電觀測和降水量的關系變化

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，這種變化是非應力應變因素變化引起的，與地震無關，習慣稱之為年變［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系。

圖4 浚縣臺小時值曲線（2014年2月到2015年7月）

實際觀測中發現，地下水位，水溫并不像地電阻率那樣呈現出規則的準周期變化，它與氣候的關系密切。而地表層地電阻率由于受季節和降水量影響，導致地電阻率偏離正常值。由此表明，地下水位和降水不是導致地電阻率出現年變的主因。

2.3 環境變化干擾

影響地電阻率觀測的因素是多方面的［3］，對觀測環境的保護是地電觀測的一個主要任務。隨著社會經濟的發展，觀測場地周圍的基本設施建設對觀測的影響越來越明顯。

浚縣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。對觀測場地檢查發現，EW向供電極東水井抽取地下水進行春灌，地下水水位下降，導致東西向自然電位產生上升變化。4月11日以后逐漸恢復正常。由于此次異常變化開始時間與農田灌溉時間吻合，所以可以基本確定這次異常是長時間抽取地下水導致。

6月20日北南向自然電位開始上升。6月25日到7月28日高位持續一段時間后，又出現突升，這次上升幅度達到82.0mv，高位運行變化一直持續到2015年6月7日出現陡降恢復性變化。NS 向變化幅度較強，EW 向變化幅度較弱。同時地電阻率值也有明顯的上升趨勢性變化。經過對觀測儀器，電極等檢測，數值均符合工作標準。對觀測場地周圍走訪了解排查，在NS 向供電極北100 米左右有南水北調輸水管道，管道大致呈斜東西走向。初步認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。

從南水北調管理部門溝通了解了南水北調施工進程及供水情況，發現工程施工及通水時間和異常變化開始、結束時間有一定的關聯。

2014年6月到7月，管道閉水試驗，NS 向自然電位6月20日就出現升高。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。

根據統計觀察分析得到，在管道做閉水試壓階段時，介質應力持續加載，北南向自然電位成高值持續階段。工程正式通水，水流處于自然流動狀態，應力減小，北南向自然電位明顯下降。

3 結論

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

②觀測系統原因可以采取一些措施消除和改善。自然氣象原因對地電阻率觀測的影響也是短暫的。觀測環境變化對地電阻率觀測的影響是不可忽視的。

③南水北調輸水管道在閉水試驗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一步追蹤研究。

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

［1］錢家棟，陳有發，金安忠，等.地電阻率法在地震預報中的應用［M］.北京：地震出版社.2010.

［2］中國地震局監測預報司.地震電磁學理論基礎與觀測技術［M］.北京：地震出版社.2010.

［3］關云鵬，孫禹成.基于surfer8.0的高密度電阻率法在水利水電工程災害性評價中的應用［J］.防災科技學院學報，2009,11（3）:48-50.