陽原地震臺地電阻率觀測中的干擾及排除

韓和平，宋曉煜，馬　佳，張廣莉

(1.河北省地震局陽原地震臺，河北　陽原　075800；2.河北省地震局張家口中心地震臺，河北　張家口　075000)

?

陽原地震臺地電阻率觀測中的干擾及排除

韓和平1，宋曉煜2，馬佳1，張廣莉1

(1.河北省地震局陽原地震臺，河北陽原075800；2.河北省地震局張家口中心地震臺，河北張家口075000)

陽原地震臺地電阻率觀測受外界影響嚴重，較大程度地影響了觀測資料的精度，使資料質量大大降低。通過對外線路及周圍環境的深入分析與研究，發現影響地電阻率精度的因素有漏電、電極老化、供電電源正反相供電不穩定、降雨、風擾五方面。文章針對上述干擾因素，介紹相應的排除方法，對提高觀測資料的精度和質量具有重要意義。

地電阻率；陽原地震臺；影響因素

0　引言

陽原地震臺(以下簡稱陽原臺)始建于1975年，位于京西北及晉冀蒙三省交界處，陰山—燕山和山西斷陷兩大構造交匯處，高程946 m。該區地震活躍，經歷過1989年大同—陽高地震和1998年張北—尚義地震等數次較大地震(見圖1)。自2000年5月以來，臺站的地電阻率觀測一直使用原中國地震局分析預報中心研制的ZD8B數字地電儀。地電阻率觀測主要反映地下介質的電性變化，由于這種變化發展緩慢，要求觀測結果必須具有高分辨率并在較長時間(年尺度)內保持高穩定性。觀測精度越高，便越有可能反映更多更豐富的震兆信息。本文針對影響陽原地震臺地電阻率觀測資料精度的干擾因素，介紹相應的排除方法。

1　干擾因素及排除方法

1.1觀測手段介紹

陽原臺地電阻率觀測始于1976年使用儀器為DDC-2A，2000年首都圈工程改造更換為ZD8B地電儀，測向分別為N22°E、N68°W，兩個測道，外線使用絕緣線，同時增加輔助電極，供電極距為1 200 m，測量極距為200 m(見第11頁圖2)。

ZD8B地電儀安裝后，數據受到漏電、電極老化、供電電源正反相供電不穩定、降雨及大風干擾。2013年年初，臺站人員針對以上干擾進行了相應處理，于2013年6月在中國地震背景場項目河北分項目建設中，對陽原臺地電阻率觀測進行改造。觀測系統升級為ZD8M，布設N45°E、N45°W兩個測道，供電極距為1 000 m，測量極距為300 m，同時對電極進行深埋處理，供電電極及測量電極每個深度不小于15 m，并對原來的測區進行移動。目前ZD8B觀測系統和ZD8M觀測系統并行。

圖1　陽原臺構造地質圖Fig.1　Tectonic geological map of Yangyuan Station

1.2影響地電阻率精度的因素[1]

在各個臺站，影響地電阻率精度的因素不盡相同。通過對陽原臺地電觀測外線路及周圍環境的深入分析與研究，初步總結出影響地電阻率精度的因素主要有漏電、電極老化、供電電源正反相供電不穩定、降雨、風擾五方面。

(1) 漏電。

漏電包括外線路、線間、外線路與電極線間的接觸點等不同部位的漏電。在測量時，不論哪個部位漏電，產生的漏電電流都會混入測量電流，從而影響ρs的測值，改變正常的觀測曲線形態。漏電會導致觀測資料精度大大降低，數據往往出現大的尖峰。

圖2　陽原臺地電阻率觀測布極圖Fig.2　Electrode layout of earth resistivity observation at Yangyuan Station

(2) 電極老化。

電極是構成地電阻率觀測系統的“傳感元件”。自1975年至今，陽原臺使用的電極仍是10 cm寬的鉛板電極，電極埋在地下，經長時間介質電化作用，往往會發生老化現象。電極極板老化會引起電極的接地電阻增大(規范要求不大于30 Ω)，不能與地形成良好的回路，且隨著接地電阻的不斷增大，導致觀測精度不斷降低，數據往往出現大的尖峰。

(3) 穩流源輸出不穩定。

目前，各個臺站儀器供電電流的選擇不盡相同，理論上，供電電流選擇越大，精度越高。由于儀器本身的限制，陽原臺供電電流選擇在2 A左右。但臺站穩流源中的WL5N—2板一度出現故障，導致供電電流不穩定。表1為穩流源故障期間N22°E測向的一組測量數據，其中電流值是儀器開始時自動計算出的電流均值，之后沒有電流的精確讀數，只能在電流表上看到其波動很大，電位差的測量結果也顯示不斷增大的現象。每小時的地電阻率測量每個方向正反向要測5組人工電位差，由表中可看出5組數據不能穩定在相同的數值附近，離散度大，每小時的σn值由這5組人工電位差值計算得來，因此，σn值的增大會導致資料精度降低，數據往往出現大的尖峰。

表1　穩流源故障期間N22°E正反向供電測量數據表

(4) 降雨。

在ρs觀測中，降雨可引起ρs出現大幅度的下降，甚至出現突變，兩個測向中以N68°W最為明顯。如圖3所示，2012年9月2日下午16時開始下雨，一直持續到3日上午7時，4日凌晨又開始下雨，持續到上午10時，4日的雨量沒有2日的雨大。從圖中可見，2次下雨都造成地電阻率NW向的下降，第一次比第二次的下降幅度大。

(5) 風擾。

風易造成外線路擺動。儀器工作時，如果風力很大，外線路的擺動就會影響地電阻率的測值，主要表現為地電阻率測值離散度大、精度降低，數據往往出現大的尖峰。

1.3排除干擾的措施[2]

(1) 漏電干擾排除。更換外線路，將原有供電線及測量線所用的裸鋁線換為6.0 mm2帶鋼芯銅護套線，保證線路中間無接頭；將原有查外線漏電時的線路切換閘刀更新為自動斷線器(用ZD8T裝置穩定性檢查儀加以操作和控制)；將鋁板所制的避雷面板換為絕緣板所制的避雷面板。從改進后2年多的使用情況看，外線路的絕緣電阻大于500 MΩ，大大降低了漏電影響，觀測數據的尖峰明顯減少(見第12頁圖4)。

圖3　陽原臺地電阻率2012年9月1日至5日時測值曲線圖Fig.3　Measured value of earth resistivity at Yangyuan Station from September 1, 2012 to 5

(2) 電極老化。陽原臺采取在供電電極周圍加裝輔助電極的方法防止電極老化(見圖5)。加裝輔助電極前，電極的接地電阻大于100 Ω；加裝后，電極的接地電阻目前僅10 Ω左右，遠低于規范要求。提高了精度，觀測數據的尖峰明顯減少(見圖4)。

(3) 風擾。采用好的外線路，尤其是測量線，可以有效減小風擾帶來的影響。臺站人員將原來供電線和測量線使用的裸鋁線換成2.5 mm2×2鋼芯銅互套線，且拉緊2根電桿之間線的距離，從而降低了風對電線的擺動。如果將測量線更換為郵電傳輸用的同軸電纜，可以更大程度地減小風擾帶來的影響。由于受條件限制，目前對風擾因素的影響只能排除至該程度，改造后風擾造成的尖峰明顯減少(見圖4)。

圖5　陽原臺輔助電極示意圖Fig.5　Auxiliary electrode at Yangyuan Station

(4) 穩流源問題。與儀器廠家聯系后，更換了故障電路板，現儀器工作狀態良好，供電電流穩定，人工電位差離散度很小，σn值通常在0.20 Ωm左右(見表2)，數據大的尖峰明顯減少(見圖4)。

表2　N22°E正反向供電測量數據表

(5) 降雨干擾。ZD8B地電儀安裝以來，數據一直受到降雨干擾，分析認為主要是臺站測區橫跨大秦鐵路所致。針對此問題，2013年在中國地震背景場項目河北分項目的建設中，對陽原臺地電阻率觀測進行改造。觀測系統升級為ZD8M，布設N45°E、N45°W兩個測道，供電極距由原來的1 200 m變為1 000 m，測量極距由原來的200 m變為300 m，電極分別進行了深埋處理，供電電極及測量電極每個深度不小于15 m。同時對原來的測區進行移動，由于陽原臺南面為縣城，北面不遠處有煤臺，所以進行測區的移動范圍有限(見第13頁圖6)。目前ZD8B觀測系統和ZD8M觀測系統并行。

第13頁圖7所示的前兩條曲線為ZD8B儀器2015年9月4日至6日的數據曲線，中間曲線為同時段的降雨量曲線，后2條曲線為背景場ZD8M儀器同時段內的數據曲線。從圖中可以看出，遇到降雨后，ZD8B儀器數據下降嚴重，尤其以N68°W測道更為明顯，下降幅度達到1 Ωm以上(最大達到1.19 Ωm)，數據達到了突變的要求。ZD8M儀器的數據雖然在降雨后也出現小幅下降(N45°W測道更為明顯)，但下降幅度均在0.2 Ωm以內(最大達到0.17 Ωm)，在正常變化范圍內，達到了規范的要求。

圖6　陽原臺地電阻率布極區Fig.6　Electrode layout area of earth resistivity at Yangyuan Station

圖7　地電阻率觀測數據與降雨的關系Fig.7　Relationship between earth resistivity observation data and rainfall

2　結語

由于地電阻率觀測具有較長的外線路及長期埋設于地下的多個電極(供電極和測量極)，存在多種因素影響其精度，認識與研究這些影響因素并予以減少和排除，對提高地電阻率的觀測精度及資料質量具有重要意義。本文介紹了陽原臺在提高地電阻率觀測精度方面所做的工作，對干擾因素及其排除方法提出了一定的認識，可供地電阻率觀測工作者借鑒參考。

[1]韓和平，王長江，仼佳，等.引起大地電場變化的一些因素[J].地震地磁觀測與研究，2006，27(1):56-60.

[2]解用明，鞠永，韓和平，等.震前地磁幅值比異常研究[J].華北地震科學，2005，23(1):37-40.

Interference in Earth Resistivity Observation of Yangyuan Seismic Station and the Elimination

HAN He-ping1, SONG Xiao-yu2, MA Jia1, ZHANG Guang-li1

(1.Yangyuan Seismic Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Yangyuan, Hebei 075800, China;2.Zhangjiakou Central Seismological Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Zhangjiakou, Hebei 075000, China)

The serious influence of external environment on the earth resistivity observation largely affected the accuracy and quality of observation data. Through the further analysis and research of the external circuit and the surrounding environment, it is obtained that the factors that affect the accuracy of earth resistivity contains include leakage, electrode aging, instability of the positive and negative phase power supply, rain, wind disturbance 5 aspects. In this paper, the corresponding elimination methods are introduced in view of the above interference factors. It has important significance to improve the accuracy and quality of observation data.

Earth resistivity; Yangyuan Seismic Station; Influence factor

1000-6265(2016)03-0010-04

2016-05-30

韓和平(1974—)，男，河北省陽原縣人。1995年畢業于防災技術高等?？茖W校，高級工程師。

P319.3

A