趙志遠 宋 昭 羅 娜 王 靜胡秀娟 張 波 高登平

（中國河北055350紅山基準地震臺）

大柏舍地電阻率干擾分析

趙志遠 宋 昭 羅 娜 王 靜胡秀娟 張 波 高登平

（中國河北055350紅山基準地震臺）

對大柏舍地震臺地電阻率常見干擾因素進行調研，分析干擾產生原因及識別方法，著重分析不同干擾源引起的曲線變化特征，以期對地電阻率資料處理、異常識別等工作具有指導意義。

地電阻率；干擾因素；地下水位；降雨

0 引言

地電阻率觀測是中國較為成熟的地震前兆監(jiān)測手段之一，通過多年地電阻率探測研究積累了大量觀測資料，取得不少極具價值的震例異常信息（毛桐恩等，1999）。研究發(fā)現(xiàn)，地電阻率觀測系統(tǒng)供電極距以≥1 000 m為宜，由于觀測場地跨度較大，容易受到降雨、大霧霜凍、居民用電等外界因素干擾，只有正確識別和排查各種干擾，才能準確捕捉地震前兆異常信息。本文分析大柏舍地震臺（以下簡稱大柏舍臺）多年地電阻率觀測資料，發(fā)現(xiàn)地電阻率主要受地下水位、氣溫和降雨影響，大霧霜凍、風擾、大地電流場等也會對觀測數(shù)據(jù)造成一定干擾。

1 臺站地電阻率觀測參數(shù)

大柏舍臺位于邢臺地區(qū)中部的隆堯縣，地處新河斷裂帶。大柏舍臺地電阻率采用對稱四極法觀測，外線路采用架空方式，有NS、EW兩個測向，其中供電極距為1500 m，測量極距為500 m，裝置系數(shù)K=3.142 km，中心桿到觀測室距離約609 m。供電電極和測量電極材料均為鉛板，尺寸為90 cm×90 cm和70 cm×70 cm，測區(qū)內8個電極埋深均2.5 m，測區(qū)環(huán)境見圖1。

2 干擾分析

隨著經濟的飛速發(fā)展和農村城市化進程的有力推進，測區(qū)環(huán)境發(fā)生變化，地電阻率觀測經常受到幅度較大的不穩(wěn)定干擾因素影響（張磊等，2010）。在此收集大柏舍臺多年地電阻率觀測資料進行異常分析，排查原因并確定干擾源。

2.1 地電阻率中長期變化趨勢

地電阻率觀測主要反映地下介質的電性變化。由于變化緩慢，需要對多年觀測數(shù)據(jù)進行分析（馮志生等，2004）。大柏舍臺地電阻率中長期變化呈準線型緩慢上升，變化幅度小于1.5%，見圖2。為了消除各類觀測值的隨機干擾，突出各參量的周期變化和趨勢變化，采用日均值計算地電阻率與氣溫和降雨的相關程度。相關系數(shù)計算公式為

式中，τ為相關系數(shù)計算值，xi、yi分別為地電阻率觀測值和氣溫或降雨觀測值，分別為地電阻率平均值和氣溫或降雨平均值。計算結果見表1。

圖1　大柏舍臺地電阻率測區(qū)環(huán)境Fig.1 The geo-electric resistivity observation environment around Dabaishe Seismic Station

圖2　大柏舍臺地電阻率、降雨和溫度時序曲線Fig.2 Curves of earth resistivity，rainfall and temperature at Dabaishe Seismic Station

表1　大柏舍臺地電阻率與氣溫、降雨量相關系數(shù)Table 1 Correlation of earth resistivity，temperature and rainfall at Dabaishe Seismic Station

圖3　大柏舍地電阻率與地下水位關系Fig.3 Relationship between the ground water level and earth resistivity at Dabaishe seismic Station

據(jù)研究，地電阻率觀測值與氣溫、降雨變化存在一定負相關關系（錢復業(yè)等，1987）。從表1可以看出，大柏舍臺地電阻率呈現(xiàn)夏高冬低的形態(tài)，與氣溫、降雨無明顯負相關，在某些時段存在一定正相關。調查地震臺周圍環(huán)境，發(fā)現(xiàn)臺站東南約4 km、隆堯縣柏舍鄉(xiāng)永興村北200 m處有一口水井——永興井。該井1985年1月建井，井深52.7 m，水位觀測資料較好。從河北省水文水資源勘測局搜集永興井2001—2015年水位變化資料，采用月均值數(shù)據(jù)，與大柏舍臺地電阻率EW、NS測道地電阻率數(shù)據(jù)進行對比分析，見圖3。計算得出，地電阻率EW、NS測道與地下水位相關系數(shù)分別為0.893、0.889，說明大柏舍地電阻率上升變化與河北平原區(qū)地下水位變動有一定關系。

2.2 大霧霜凍干擾

溫度具有短周期變化特征，且對地電阻率觀測具有明顯影響。研究結果表明，溫度升高時，離子遷移速率加快，電阻率降低；反之，溫度降低，離子遷移速率減慢，電阻率升高（錢復業(yè)等，1987）。2013年12月受大霧霜凍天氣影響，大柏舍地電阻率觀測系統(tǒng)ρs值經常出現(xiàn)明顯突跳，幅度1.0%—2.0%（圖4）。檢查發(fā)現(xiàn)，EW測道線路老化，而大霧霜凍天氣時容易出現(xiàn)水滴，ρs值突跳可能與此有關。2014年檢查地電阻率觀測裝置線路，更換老化線路，之后大霧霜凍天氣時ρs值突跳明顯減少。

2.3 風擾

地電阻率觀測中的風擾，實際上是懸空的測量線在大風下作不規(guī)則大幅度擺動，切割地磁場磁力線，在測量線路中產生感應電動勢，對觀測造成干擾。大柏舍臺地電系統(tǒng)外線路采用架空方式，布設位置地勢開闊，容易受到大風干擾，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)突跳，強風季節(jié)尤為明顯，幅度約1.2%。根據(jù)法拉第電磁感應定律，回路包圍面積內的磁通量發(fā)生改變，回路上會產生感應電動勢εi，且與磁通量Φ的變化率成正比，即

式中a為比例系數(shù)。架空線路越長，線路越松，導線在風中搖擺幅度就越大，dΦ/dt可能就越大（國家地震局預測預防司，1998）。

風擾造成大柏舍臺2014年12月28日NS測向地電阻率值突跳，幅度為1.5%，見圖5。根據(jù)法拉第電磁感應定律，當外線路松動時，可以拉近線路減小風擾，或者采取地埋方式避免風擾影響。巡視場地環(huán)境時對架空線路進行固定，受風擾影響明顯減小。

圖4　大柏舍臺地電阻率受大霧霜凍干擾Fig.4 Fog and frost disturbance on earth resistivity at Dabaishe Seismic Station

圖5　大柏舍臺地電阻率風擾曲線Fig.5 Wind disturbance on earth resistivity at Dabaishe Seismic Station

2.4 大地電流場干擾

大地電流場對地電阻率觀測值具有不容忽視的影響。大地電流場和地磁場成因上具有相關性，且與太陽活動和電離層活動關系密切。磁暴及強磁擾會對大片區(qū)域的地電阻率觀測值產生不同程度的擾動（國家地震局預測預防司，1998）。

對于大柏舍臺地電阻率均方差時測值，NS測向一般為0.05—0.10，EW測向較小，一般為0.02—0.08，無干擾時均約0.05。圖6為2013年10月1日—5日大柏舍臺地電阻率均方差時測值曲線，可見10月2日NS向測值達2.5以上，EW向達0.45，此時紅山地震臺GM4-1儀記錄的地磁K指數(shù)高達6。由此可知，磁暴持續(xù)時間內，磁場水平分量發(fā)生大幅變化，產生較強地磁感應電流，對地電阻率觀測精度造成很大影響。

圖6　大柏舍臺地電阻率均方差時測值曲線Fig.6 Mean square error of earth resistivity at Dabaishe Seismic Station

3 結束語

本文對大柏舍地震臺地電阻率中長期變化趨勢進行分析，認為其變化形態(tài)主要受地下水位、氣溫和降雨的影響，同時分析大風、大霧霜凍、大地電場等因素的干擾特征和干擾幅度，有利于正確識別并排除地電阻率觀測常見干擾，提取地震前兆信號，加強對地電阻率觀測精度和數(shù)據(jù)質量的認識。區(qū)域應力變化不可能是短期現(xiàn)象，因此大柏舍地震臺地電阻率的斜型變化會持續(xù)多年，在日常觀測中出現(xiàn)突然加速或轉折現(xiàn)象時，應及時排查，并定期維護觀測系統(tǒng)，提高觀測精度。

國家地震局預測預防司.電磁學分析預報方法［M］.北京：地震出版社，1998.

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Abstract

Based on the research of different disturbance source，which is so common at the observation data at Dabaishe Seismic Station，we have summarized some reasons and recognition methods for different disturbance factors.At the same time，we pay more attention to earthquake reflecting ability in order to guide our work about earthquake monitoring and prediction such as data analysis and anomaly identification.

Analysis of the disturbance factors of earth resistivity at Dabaishe Seismic Station

Zhao Zhiyuan，Song Zhao，Luo Na，Wang Jing，Hu Xiujuan，Zhang Bo and Gao Dengping
（Hongshan Benchmark Seismic Station，Hebei Province 055350，China）

earth resistivity，disturbance factors，ground water level，rainfall

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.023

趙志遠（1989—），男，2013年畢業(yè)于中國科學技術大學，本科，現(xiàn)主要從事地震前北數(shù)據(jù)處理與分析報工作。E-mail： shetu2008@163.com