河南省地电阻率观测干扰特征分析

姬霄鹤

(浚县地震台，河南 鹤壁 456250）

地电阻率法是观测地球浅部介质的电学性质随时间变化来进行地震预报的方法。地电阻率变化对介质应力应变状态有灵敏响应。地电阻率观测数据无须做复杂的数学处理就可直观的通过形态变化发现异常信息。

地电台站观测记录到的资料，有地震前兆信息，同时也包含了各种干扰信息。有些干扰形态极易与震兆混淆，给地震分析预报带来困扰。所以，从大量的观测记录资料中识别和剔除干扰是目前台站工作人员的重要工作之一［1］。

1 台网情况

河南省前兆观测台网目前有地电阻率观测仪器三套。观测采用北京震苑迪安防灾技术研究中心研制生产的ZD8M地电阻率仪。洛阳台地电阻率于2007年7月正式观测。周口台于2012年11月正式观测。浚县台于2014年2月投入观测。洛阳地电属国家基准台，周口与浚县地电阻率观测均属国家地震背景场项目［2,3］。

洛阳有八年的连续观测时间。周口与浚县的地电阻率观测是近几年刚投入运行，观测资料的积累较少。基于台网的状况，在目前观测资料中选取典型的干扰事件记录来进行分析研究。

2 典型干扰因素分析与识别

当电阻率观测值在无震时的应力作用下，其年变形态的特征稳定，日变化、月变化、年变化具有较好的重复性。在观测场地环境出现干扰的情况下，记录曲线会打破这种规律变化，出现尖峰突跳、阶跃等。干扰总体归纳起来主要包括：观测系统故障、观测环境变化、自然变化（风力、雷电、降水）等。

2.1 观测系统故障干扰

观测系统包括观测装置，测量系统和检定系统。任何一个观测环节出现问题都会导致数据出现很大变化，有时甚至无法观测。比如仪器故障，外线路或仪器漏电，线路接触不良，电极不稳定等情况，这些干扰因素会使记录曲线形态出现明显的畸变。

2.2 天然干扰

在早期地电台建设中，均采用架设的观测线路。在实际观测中发现，大风可以使悬空的测量线做不规则大幅度的摆动，切割地磁场磁力线，在测量线路中产生感应电动势，从而使测值大幅度扰动［1］。我省地电阻率观测外线路实行地下1米深埋，风扰基本不存在了。

雷电发生时，带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，之间就发生激烈的放电，从而改变了区域电场的分布环境。当雷电离得很近，电压很高，在放电瞬间会引起观测数据的大幅度改变，雷击严重时还会直接烧坏仪器。

图1 周口台雷电干扰记录

上图是大量降雨伴随雷电干扰的记录状况。在雷雨过程中还导致了仪器的损坏。其实，在遇到雷电这种恶劣天气情况时，不能等到雷击事件发生再去解决，在遇到这种情况时，应该提前关闭交流供电改用UPS直流供电，尽量避免雷击事故的发生。

降雨会引起数据短期的变化，观测数据变化与降水时间比较同步，形态大多是上升到逐渐恢复，数据上升幅度与降水量有一定关系。每个台站对降雨的反应也不是完全相同，即使同一台站的不同测项也存在差异。

图2 洛阳台地电观测和降水量的关系变化

图3 洛阳台年度变化图

就目前的观测资料，洛阳台记录曲线存在明显的周期变化，这种变化是非应力应变因素变化引起的，与地震无关，习惯称之为年变［2］。上图是洛阳台2009年到2015年3月地电阻率时值曲线图。直观上具有明显的冬高夏低的年变特征，表明该台观测仪器和气候温度变化有密切的关系。

图4 浚县台小时值曲线（2014年2月到2015年7月）

实际观测中发现，地下水位，水温并不像地电阻率那样呈现出规则的准周期变化，它与气候的关系密切。而地表层地电阻率由于受季节和降水量影响，导致地电阻率偏离正常值。由此表明，地下水位和降水不是导致地电阻率出现年变的主因。

2.3 环境变化干扰

影响地电阻率观测的因素是多方面的［3］，对观测环境的保护是地电观测的一个主要任务。随着社会经济的发展，观测场地周围的基本设施建设对观测的影响越来越明显。

浚县台东西向自然电位从2014年3月19日开始明显上升，上升幅度10mv。对观测场地检查发现，EW向供电极东水井抽取地下水进行春灌，地下水水位下降，导致东西向自然电位产生上升变化。4月11日以后逐渐恢复正常。由于此次异常变化开始时间与农田灌溉时间吻合，所以可以基本确定这次异常是长时间抽取地下水导致。

6月20日北南向自然电位开始上升。6月25日到7月28日高位持续一段时间后，又出现突升，这次上升幅度达到82.0mv，高位运行变化一直持续到2015年6月7日出现陡降恢复性变化。NS 向变化幅度较强，EW 向变化幅度较弱。同时地电阻率值也有明显的上升趋势性变化。经过对观测仪器，电极等检测，数值均符合工作标准。对观测场地周围走访了解排查，在NS 向供电极北100 米左右有南水北调输水管道，管道大致呈斜东西走向。初步认为输水管道有可能是造成自然电位及地电阻率大幅度变化的主要干扰因素。

从南水北调管理部门沟通了解了南水北调施工进程及供水情况，发现工程施工及通水时间和异常变化开始、结束时间有一定的关联。

2014年6月到7月，管道闭水试验，NS 向自然电位6月20日就出现升高。2015年5月，工程试通水，北南向自然电位变化有缓慢下降。2015年6月，工程正式通水，北南向自然电位陡降90mv。

根据统计观察分析得到，在管道做闭水试压阶段时，介质应力持续加载，北南向自然电位成高值持续阶段。工程正式通水，水流处于自然流动状态，应力减小，北南向自然电位明显下降。

3 结论

①地电观测的干扰归纳总结起来主要有三类：一是观测系统本身的原因。如仪器，线路，电极等；二是测区观测环境变化的干扰；三是自然气象的干扰。

②观测系统原因可以采取一些措施消除和改善。自然气象原因对地电阻率观测的影响也是短暂的。观测环境变化对地电阻率观测的影响是不可忽视的。

③南水北调输水管道在闭水试验期间对浚台自然电位变化影响明显，是否存在长期变化影响还有待进一步追踪研究。

④地电阻率年变化形态的改变，可能反映了局部地区地壳应力场的变化，而地下水位，降水与地壳应力无关，所以，地下水位和降水不是导致地电阻率出现年变的主因。年变主要与气候和温度有关。

［1］钱家栋，陈有发，金安忠，等.地电阻率法在地震预报中的应用［M］.北京：地震出版社.2010.

［2］中国地震局监测预报司.地震电磁学理论基础与观测技术［M］.北京：地震出版社.2010.

［3］关云鹏，孙禹成.基于surfer8.0的高密度电阻率法在水利水电工程灾害性评价中的应用［J］.防灾科技学院学报，2009,11（3）:48-50.