深井地电阻率观测的几个技术问题∗

高曙德 苏永刚（甘肃省地震局，兰州 730000）

深井地电阻率观测的几个技术问题∗

高曙德 苏永刚
（甘肃省地震局，兰州 730000）

∗基金项目：甘肃省地震局科技发展基金（2014Y03）和国家自然科学基金（41174059）联合资助。

近年由于城市化进程的加快和地表人为干扰的增多，部分大极距的地面地电观测受到了严重的影响，数据质量下降，中国地震局在部分有干扰的地电台站开展井下地电观测。主要解决：①井下多深可以避开地表的干扰和潜水的变化，观测数值主要反映地是探测目标层地电阻率变化；②当测量目标层介质的电性发生变化时，设计的观测系统能否记录下地电阻率变化。井下地电观测系统的建设主要思路：非均匀各向同性介质中的稳定电流的电位U满足Poisson直流传导方程

其解，即空间中任意一点的电位U，可由Poisson积分给出：

式中，j为电流密度，ρ为介质的真电阻率，R为积分元到观测点的距离，V为积分域。在地震监测中，式（2）的三维积分却需遍及全空间，在构造应力的作用下，即使真电阻率ρ在地震发生前出现了很大的变化，但只要在广大积分域内同时分布有正和负的变化，积分值U仍然可以基本不变，导致视电阻率变化极小甚至没有反应；相反，距离浅部干扰（距离R值很小）还会强烈地影响位函数U值。因此，近距离浅部干扰会强烈的影响电位函数U的值，对于地电阻率要预报地震，必须找到对地下介质电性的反应灵敏的观测层。地电阻率定点观测采用WENNER装置，由供电电源DC经供电线AB向大地供入电流I ，建立人工电场，在MN测量人工电位差ΔV。井下观测电阻率由于观测极距较小，且在地下一定深度更加接近于真电阻率观测，假设的测量值变化：

式（3）中δ（ΔX）是干扰变化，受降雨、地下水的变化、以及其他干扰引起的地电阻率变化的综合量，对于地面进行地电阻率观测有一定时间的台站，可以简化为根据背景值(正常年)变化幅度来确定式（3）中的δ（ΔX）=ρmax－ρmin；当δ（ΔX）值的变化较大时，可以通过改变K值的大小来增大式（3）等号右侧第一项的加权值，使该项δ（ΔX）影响最小，这就要合理设计布极参数（供电极距、测量极距、电极的埋深等参数）；对于式（3）等号右侧第一项中括号参量，如何确定供电电流大小，是观测时考虑的第一点，在无干扰情况下，调整供电电流I值，此时ΔI为零；当测区或供电电极增加人为已知干扰源，可用增大或减小ΔI抑制ΔV′变化，从而确定待定供电电流。同理当式（3）左侧第二项Δρs发生变化时，仪器能否记录ΔV′的变化就要考虑：仪器观测精度和分辨率；电极敷设深度，兼顾对表层δ（ΔX）的影响；调整供电电流大小，最终确定供电电流I。

天水、陇南、平凉地震台深井地电阻率观测，距地表4 m地层敷设电极观测有明显正弓年变形态，100 m地层敷设电极观测基本消除年变形态，井下观测可以抑制地表部分电磁环境对观测干扰，也基本消除降雨、灌溉、金属管线等地表特定因素对地电观测数据干扰。天水深井观测运行期间记录了2013年芦山7.0、岷县—漳县6.6级两次中强级地震异常变化，但陇南台深井100 m处观测值只有0.05～0.08（Ω·m），说明深井建设要根据不同台址敷设不同极距，且敷设深度需要做充分论证，确定合理的布极参数。