嘉山臺地電阻率裝置系統改造方案設計

孫亮亮 袁勇 尹天杰 陶方宇 趙桂寶

摘 ?要：安徽省嘉山地震臺地電阻率現有裝置系統已使用超過20年，2020年計劃對外線路等裝置進行優化改造。對于觀測區內的特定干擾源及其他影響觀測精度和穩定性的因素進行規避與處理，所以在項目前期臺站人員對于此次外線路裝置系統改造方案進行了精心設計與論證，期望2020年改造之后可以大幅度提升嘉山臺地電阻率觀測質量。該方案經過了學科組專家的反復論證，方案具有較高的科學性、可操作性。

關鍵詞：地電阻率 ?裝置系統 ?方案設計 ?鉛板電極

中圖分類號：P315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）10（b）-0071-03

Abstract： The existing ground resistivity device system of the Jiashan Seismic Station in Anhui Province has been used for more than 20 years. In 2020， it is planned to optimize and transform the external lines and other devices. To avoid and deal with specific interference sources in the observation area and other factors that affect the accuracy and stability of observations， the station personnel in the early stage of the project have carefully designed and demonstrated the system transformation plan of the external line device， and expect the transformation in 2020. After that， the quality of resistivity observations at Jiashan Station can be greatly improved. This program has been repeatedly demonstrated by experts in the subject group， and the program is highly scientific and maneuverable.

Key Words： Earth resistivity; Device system; Scheme design; Lead plate electrode

隨著社會經濟的快速發展，城市化進程的加快，地電阻率觀測資料受到不同程度的干擾，無論從形態還是變幅量級，某些干擾易與震兆混淆，給地電阻率異常判別和地震預報實際應用帶來困難（王燚坤等，2011;羅娜等，2016）。地電阻率的裝置系統的穩定性、可靠性極其關鍵，良好的地電裝置系統產出的數據才可以準確地反映出地下介質真實的電性變化，真實可靠的數據為地震異常判別、異常干擾源判別提供依據。

1 ?臺站基本情況

1.1 臺站地理位置及基本情況

嘉山地震臺位于安徽省明光市澗溪鎮，為省屬地震臺，1972年建臺。距市區約30km，所在地行政上屬明光市澗溪鎮祝崗村，有309省道通至市區，供電、用水、通信方便。臺站占地面積約8000m2，但大多處于山坡，平坦地不足其中一半。

臺站處于淮陽臺隆的張公嶺臺拱內，屬下揚子地塊，印支燕山期，該區受西側郯廬斷裂影響有強烈變形，新生代該區仍表現上升，臺基巖性為玄武巖（見圖1）。

1.2 臺站布極及布極區情況

嘉山臺地電阻率布極采用對稱四極法（見圖2），NS向、EW向供電極距都為600m、測量極極距都為400m，裝置系數K=1.257km。

為了保證裝置系統的穩定可靠運行，我們每月、每季度都嚴格按照規范要求進行巡視和保養維護，按時檢查線路的絕緣、接地電阻及漏電情況。雨季前還專門進行一次外線路的維護。大風、大雨、大雪后或數據變化后及時檢查外線路有無斷線、漏電現象等，每次雷電后都及時檢查避雷器，以確保觀測數據的準確、穩定、可靠。

1.3 觀測系統概況

嘉山臺地電阻率觀測項目開始于1973年，嘉山臺DD C-2A地電儀投入正式觀測，并于1991年，更新為PZ40數字地電儀。2000年，數字化地電儀ZD8B替換PZ40儀器投入觀測。2013年，數字化地電儀ZD8M替換ZD8B儀器投入觀測。

1999年8月外線路及電極進行重新架設，2000年1月正式開始數據化觀測，2000年11月西供電極約200m布線因場地新建廠房改為地埋，至今臺站外線路系統已使用超過20年，線路破損嚴重，絕緣性下降，已無法保證數據的穩定性、可靠性。

1999年數字化改造之后NS、EW向數據穩定可靠，東西向年變規律，但2009年之后NS、EW向數據質量開始下降，東西向年變消失，近幾年數據質量下降尤為嚴重。

1.4 觀測環境情況

嘉山臺地電阻率目前測區內環境較為復雜，存在大型鋼構廠房、水渠等干擾源，現有裝置系統已無法有效規避這些干擾所帶來的影響，造成了數據完整性、精度的大幅下降，經過前期的大量走訪調查和實際測量測算，該臺首先列出急需要改造的項目。

（1）西供電極A3附近2000年前后新建了大型鋼構廠房，造成東西向電阻率值大幅改變。

（2）東供電極B3、測量極N3埋深較淺，靠近溝渠，東西向自然電位極易受地表降雨影響。

（3）南北向電極埋設水平向落差較大，南北向數據精度、穩定性較差。

（4）測量極M1、N1處新修鄉村道路，來往車輛增多，線路多次被掛斷，對數據連續性影響較大。

（5）北供電極B1前2個電線桿存在較大風險，一個周邊被挖池塘接近懸空，另一個根部粉碎易倒塌，急需更換、加固。

（6）觀測線路接頭較多、破損較多，急需重新更換線路。

2 ?改造前觀測系統檢查

2.1 現有測量系統標定檢查

對現使用儀器主機主測量儀器進行了標定，結果合格。標定前檢查了儀器測量誤差，各正負量程的標準電壓無超差現象。

對室內線路進行系統的標定檢查，機柜接地電阻、配線盤至外線路電纜絕緣均符合規范要求。

2.2 現有裝置系統檢查

嘉山臺外線路采用架空及小部分地埋方式，布極方法為對稱四極法。供電極極距AB=0.6km，測量極極距MN=0.2km，電極采用1m×1m正方形鉛板，外線路至配線盤采用多股銅芯線。

按照以下步驟對裝置系統進行檢查。

（1）外線路檢查。對室內外線路開關、接頭和輔助設備、線路絕緣、外線路漏電、零輸入等進行檢查，結果均符合規范要求。

（2）配線盤檢查。對配線盤避雷裝置和線路連接閘刀等檢查，結果均符合規范要求。

2.3 電極接線極性檢查

據學科標準中對電極接線進行檢查：在觀測室內將配線盤空氣開關前斷開電纜，先測量線路接地電阻，再斷開對應電極接線，測量線路絕緣電阻，將電極接線接好，依次測量各測道，經檢測8測道電極接線無誤（見表1）。

3 ?改造方案

臺站工作人員對于外線路裝置系統進行了詳細的檢查與測試，對歷史數據也進行了分析與研究，在此基礎上形成了地電阻率裝置系統改造的初步方案，后期提交給地電學科專家組論證，該臺結合專家組給出的修改意見最終形成了2020年嘉山臺地電阻率裝置系統改造方案。此次改造外線路全部采用架空方式，預計施工周期為2周。具體改造內容如下。

（1）更換外線路所有電纜，電纜采用多股銅芯線（約6500m）、更換部分橫桿支撐及絕緣瓷壺。

（2）EW方向供電極和測量極整體向東側平移150m、向北平移30m，使西供電極遠離廠房，東供電極遠離水溝。東西向電極重新埋設，西供電極處約150m地埋線廢棄，已最西側電桿為起點，作為西供電極埋設處，東側新增3個電桿。

（3）電極鉛板（1m×1m）準備采用深埋方式（埋深3m以上），以解決南北向水平落差較大及東西向淺層地表水的干擾。電極埋設前引線做電焊加固處理，施工時用GPS定位儀盡量使電極處于同一水平面，回填土質保持一致，引線露出部分套管保護接線頭。

（4）東西方向新增3根線桿，對測區內傾斜線桿做拉直處理，對部分破損線桿進行更換，2個路口處線桿更換成高桿，降低電纜被車輛、農機掛斷的風險。

4 ?討論

按照該方案的設計，該臺認為改造之后嘉山臺數據連續率、完整率、精度將有較大幅度提升，但是由于該次方案設計兼顧項目經費、觀測環境的復雜等問題，如東西向線桿未進行整體平移，東西向電極埋設點的選擇需要更加精準的控制;電極的埋深不能采用深埋方式（10m以下），測區部分區域地下存在塊狀巖石，改造過程中和改造之后可能會出現其他問題，這些不可控因素會影響到改造的效果。

參考文獻

[1] 周振貴，蔣世清，胡江輝，等.地電阻率觀測干擾異常核實實例[J].地震地磁觀測與研究，2019，40（6）：72-77.

[2] 徐錫泉，張國清，包文超，等.集寧地電觀測系統故障檢查及處理[J].地震地磁觀測與研究，2018，39（5）：165-171.

[3] 張彩艷，雷功明，李通，等.甘肅酒泉地區地電阻率干擾因素分析與研究[J].山西地震，2020（2）：31-35.

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

[5] 唐寶琳，朱濤，胡哲，等.江寧地電臺的電性結構及關于地電阻率觀測值的解釋[J].地震學報，2018，40（4）：481-490.

[6] 高立新，戴勇，楊彥明.視電阻率典型變化成因分析[J].國際地震動態，2019（8）：138-139.