地表固定干扰源影响下地电阻率观测随时间变化特征分析

解 滔 卢 军

(中国地震台网中心， 北京 100045)

地表固定干扰源影响下地电阻率观测随时间变化特征分析

解 滔 卢 军

(中国地震台网中心， 北京 100045)

在水平层状介质模型下，采用有限元数值计算方法建立三维模型，分析了地电阻率测区中位于地表的金属导线和局部电性异常体对观测产生的干扰形态和幅度随时间的变化特征。 分析结果显示： 1)低阻干扰源位于影响系数为正的区域时， 将引起地电阻率观测值的下降变化， 位于影响系数为负的区域时， 将引起观测值的上升变化， 高阻干扰源对观测的影响与之相反； 2)地表干扰源影响的动态特征表现为，在浅层介质电阻率较低时对观测的干扰幅度要大于浅层介质电阻率较高时； 3)对于正常年变的测道， 低阻干扰源位于影响系数为正的区域时引起年变幅度增大， 位于影响系数为负的区域时引起年变幅度减小， 高阻干扰源对年变形态的影响与之相反； 对于反常年变的测道， 干扰源对年变形态的影响则与对正常年变测道的影响相反； 4)金属导线对观测的干扰幅度受自身电阻率和横截面积影响： 电阻率越低干扰幅度越大； 有效横截面积越大干扰幅度越大。

地震 地电阻率 干扰 动态特征 电性异常体 金属导线

0 引言

中国地电阻率(据中国地震局监测规范， 服务于地震监测预报的视电阻率观测称之为地电阻率)连续观测始于1966年河北邢台MS7.2地震， 目前共有80余个台站在中国主要活动断裂带和人口密集的大中城市附近的地震活动区担负着常规的地震监测任务。 在近50a的连续监测中记录到了发生在台网内中强地震前(如1976年唐山MS7.8、 松潘-平武MS7.2、 1998年张北MS6.2、 2003年大姚MS6.2、 民乐-山丹MS6.1和2008年汶川MS8.0地震等)突出的异常变化(钱复业等， 1982， 1990； 桂燮泰等， 1989； 钱家栋等， 1998； 高立新等， 1999； Luetal.， 1999； 张学民等， 2009； 杜学彬， 2010)。目前多数台站受到不同程度的干扰， 部分台站已经失去了地震监测效能， 测区日益严重的干扰给资料分析带来了困难。 为改变现状可从2方面入手： 一方面是迁建受干扰台站和发展具有抗干扰能力的观测方式， 在十二五 “背景场台站建设”的支持下已新建了海原、 玛曲等10余个台站， 并对部分受干扰台站进行了改造。 为抑制来自地表的干扰， 从20世纪80年代开始陆续开展了井下地电阻率实验观测和理论研究(王邦本等， 1981； 苏鸾声等， 1982； 刘允秀等， 1985； 刘昌谋等， 1994； 田山等， 2009； 聂永安等， 2009， 2010； 解滔等， 2012a， b； 康云生等， 2013)， 目前已有8个井下地电阻率台站在进行连续的观测。 新建和改造后的台站需要积累一定时间长度的观测资料才能用于地震监测预报， 且全部迁/改建受干扰台站不可能一蹴而就。 因此，另一方面也需要立足于现状， 深入分析干扰源对观测产生的干扰形态和幅度， 进而从受干扰资料中排除干扰并提取对地震监测预报有用的信息。 在观测系统正常稳定的情况下， 干扰源可归结为2类： 一类具有电流源性质， 如工农业漏电； 另一类为影响电性结构改变的干扰源， 如测区金属导线和局部电性异常体。 漏电干扰形态和幅度主要受电流性质和漏电点与观测装置的相对位置控制(金安忠等， 1990)。金属导线产生的干扰与其长度、 方位和位置密切相关： 平行于测线铺设的金属导线影响最为显著， 斜交或垂直铺设则影响相对不显著(汪志亮等， 2002)。局部电性异常体对观测的影响与干扰源相对于观测装置的位置有关， 干扰性质受地电阻率三维影响系数分布控制。 在浅层介质影响系数为正的区域， 高阻异常体将引起观测值上升变化， 低阻异常体则引起观测值下降变化， 而在影响系数为负的区域， 情况则相反； 金属导线作为特殊的电性异常体也服从这种规律(Luetal.， 2004； 解滔等， 2015)。针对台站具体的干扰源， 有限元数值分析方法已经应用于干扰幅度的定量分析(解滔等， 2013a，b)。大多数干扰源的出现在短时间内完成， 在观测资料上通常产生短时间的阶跃变化， 以上分析关注了干扰源对地电阻率观测的短期静态干扰特征。 在干扰源固定不再变化之后， 随着观测的连续进行， 地电阻率受干扰的幅度和形态是否还会发生变化？实际观测中有些台站在干扰源出现时观测值变化不明显， 一段时间后则出现连续大幅度的加速上升或下降变化， 而这类变化与地电阻率前兆异常形态较为类似， 容易被误当成异常处理。 由此可见， 干扰源对观测的影响一方面表现为短期阶跃性的静态干扰， 另一方面则表现出与测区介质有关的动态变化特征。 本文拟在水平层状均匀介质模型下采用有限元数值分析方法建立三维模型， 讨论地电阻率测区中位于地表的金属导线和局部电性异常体干扰源固定时对观测产生的干扰形态和幅度随时间的变化特征。

图1 对称四极观测装置示意图Fig. 1 Diagrammatic graph of Schlumberger arrays.

1 分析方法

中国定点地电阻率台站观测采用对称四极观测装置， 地表观测时供电电极和测量电极埋深一般为地下1.5～2m， 供电极距AB=600～2,400m， 多数台站AB=1,000m左右。 1个台站一般布设2条相互垂直的测道或2条相互垂直加1条斜测道共3个测道，图1 为观测装置示意图。1h进行1次观测， 观测时不同测道分开测量， 分别在供电电极A、 B输入直流电流， 在测量电极M、 N测量电势差。 1个测道每单次观测通常5次供电，并测量每次供电产生的电势差， 取其均值作为最终每单次观测的电势差， 进而依据装置系数和供电电流计算出地电阻率。

直流地电阻率观测可视为稳恒电流场问题， 电流场遵守Maxwell方程组和电荷守恒定律， 电位分布满足Possion方程：

(1)

式(1)中，V是由电流源I产生的电位，σ是介质电导率，δ(x，y，z)是Diracdelta函数。

有限介质空间的全部边界为Γ， 一部分边界没有电流流出(如地表)， 满足Neumann边界条件， 记为ΓΦ， 其余边界记为Γν， 满足Dirichlet边界条件。 因此式(1)满足边界条件：

(2)

应用虚功原理可得到稳恒电流场Possion方程的有限元弱解形式：

(3)

式(3)中，Ω为计算区域，φ为任意的虚位移函数， 在满足Dirichlet边界条件的边界上， 虚位移函数φ=0， 将边界条件(2)代入式(3)可得：

(4)

由于电位V在电流源处存在奇异性， 数值求解式(4)时，在电流源附近得到的结果误差较大。 常用的去除奇异性的方法是将电流源产生的电位分解为由供电电流在均匀半空间介质(σp)中产生的一次场电位Vp和非均匀介质(σs)引起的2次场电位Vs， 且满足V=Vp+Vs和σs=σ-σp。一次场电位Vp可以通过解析表达式得到， 2次场电位Vs通过单元离散化后的数值计算得到(Lowryetal.， 1989； Zhaoetal.， 1996)。

地电阻率观测在地表自然地满足Neumann边界条件， 在水平方向和垂直方向(深度)可视为无穷远边界， 可以施加Dirichlet边界条件(V=0)， 也可以施加Neumann边界条件(Coggon， 1971)。但是，建立的模型在水平和垂直方向上的尺度不可能是无限的， 对于一固定尺寸的模型， 在供电极距AB大于一定的值后， 对无穷远边界施加Dirichlet边界条件时，计算得到的地电阻率值将小于实际值， 而对无穷远边界施加Neumann边界条件时， 计算得到的地电阻率值将大于实际值(Deyetal.， 1979；Lietal.， 2005)。对于固定的供电极距AB， 模型尺寸越大， 边界效应对计算结果的影响就越小， 但是模型越大， 计算量也就越大， 因此需要合理地选择模型水平方向的尺寸和最底层厚度。 对于对称四极观测装置， 模型水平尺寸>6倍AB、 模型厚度>2倍AB时，边界效应对计算的影响已低于仪器的观测精度(解滔等， 2014)。为验证模型计算结果的可靠性， 采用图2a中的3层水平层状介质模型， 将模型计算结果和由滤波器算法(O’Neilletal.， 1984；姚文斌， 1989)计算的解析解进行对比， 结果示于图2b， 由图可见二者十分吻合。

图2 3层水平层状介质模型(a)与模型数值计算结果和解析解地电阻率曲线(b)Fig. 2 Model of horizontally homogeneous 3-layer medium(a); The numerical results of FE model (circles) and theoretical ones(black line)(b).

2 干扰特征数值分析

地电阻率观测干扰源大体可分为观测系统故障(仪器、 外线路和电极)、 测区中工农业漏电和因环境变化出现的电性异常体， 这里仅讨论电性异常体干扰的动态特征。 由于工农业和基础设施建设， 测区中出现土坑开挖、 水泥路铺设、 水塘交替蓄水和房屋地基建设等使得这部分介质电阻率与浅层电阻率出现显著差异， 称之为地表局部电性异常体。 测区中的金属蔬菜大棚、 地埋金属管和铁丝网等金属导线也属于局部电性异常体范围， 但由于其对观测的影响非常突出和自身的特殊性， 将金属导线单独作为一类予以讨论。 一般而言， 地表浅层介质电阻率受季节性降雨和温度变化的影响表现出同步变化， 中深部介质由于温度和含水率季节性变化较小， 因而电阻率也相对稳定。 据地电阻率影响系数理论， 地电阻率观测值的相对变化可表示为各区域介质电阻率相对变化量的加权和， 其中各区域的权系数称之为影响系数。 在地表观测时， 对不同的电性结构， 中深部介质的影响系数为正， 而浅层介质影响系数因电性结构不同出现正和负(钱家栋等， 1988)。中国多数台站供电极距AB为1,000m左右， 测区内降雨和温度变化可视为均匀， 浅层介质可简化为1层， 其电阻率出现整体性的季节性变化。 在浅层影响系数为正的台站， 地电阻率观测值出现 “夏低冬高”型正常年变， 而浅层影响系数为负的台站则记录到 “夏高冬低”型反常年变(Luetal.， 2004)。由此可见， 浅层介质对地电阻率观测的影响由其影响系数决定， 测区中的干扰源一般出现在地表浅层介质中， 在不考虑构造应力的影响时， 中深部介质电阻率在这里的分析中可视为不变， 干扰源对观测的影响由干扰源自身属性、 相对观测装置的位置和浅层介质电阻率变化来确定。 对于不同的电性结构， 相对位置和属性相同的干扰源产生的干扰幅度不同， 但是这里仅考虑浅层介质影响系数为正和为负2种情况， 对于每一种情况， 干扰形态的动态变化特征对于不同的电性结构是相似的。 不失一般性， 在分析干扰形态动态变化特征时， 仍然采用3层水平层状模型， 第2层和第3层介质电阻率保持不变， 以第1层介质电阻率由夏低到冬高这一变化过程来模拟测区浅层介质电阻率的季节性变化， 每月计算1次， 一共计算2a。

图3 金属导线对正常年变台站的影响Fig. 3 The disturbance caused by metallic conductor at stations with normal annual changes.a 3层水平层状模型， 金属导线分别位于电极M、N之间， A、M之间； b 第1层介质电阻率季节性变化； c 模型正常和受干扰计算值； d 干扰幅度季节性变化； e 模型正常年变和受干扰年变曲线； “导线-AM”指导线干扰 源位于电极A、M之间， 其他图例以此类推

2.1 金属导线

首先讨论金属导线对正常年变类型地电阻率观测干扰的动态变化特征。3层水平层状介质如图3a所示， 对称四极观测装置AB=1,000m，MN=300m， 分别计算金属导线位于测量电极M、N之间、 供电电极A和测量电极M之间(图3a)2种情况下对观测的影响。 金属导线长度为100m， 采用铁介质电阻率为9.78×10-8Ω·m， 有效横截面积1×10-4m2， 放置位置与测线走向重合。 金属导线位于M、N之间时， 两端距M、 N距离相同； 位于A、M之间时， 金属导线靠近测量电极M的端点， 与M的距离为30m。模型表层介质电阻率变化如图3b所示， 模型无干扰时的计算值和有干扰时的计算值示于图3c。金属导线放置在测量电极之间时的计算值曲线位于未受干扰曲线下方， 说明此时金属导线将引起观测值的下降变化； 金属导线位于供电电极和测量电极之间时的计算值曲线位于未受干扰曲线上方， 说明此时金属导线将引起观测值的上升变化。 干扰幅度随表层介质电阻率季节性变化的计算值示于图3d， 可以看出在金属导线属性和位置固定不变的情况下， 干扰幅度仍然受介质电阻率变化的影响， 在表层介质电阻率低时， 干扰幅度大(干扰幅度指干扰变化绝对值)， 在表层介质电阻率高时， 干扰幅度小。 未受干扰和受干扰后的年变曲线示于图3e(图中年变曲线为地电阻率计算值曲线减去各自曲线第1个计算值后的结果)。从图中可以看出： 金属导线位于测量电极之间时年变幅度要大于未受干扰时的年变幅度， 说明这种情况下金属导线对年变幅度具有放大作用； 位于供电电极和测量电极之间时年变幅度要小于未受干扰时的年变幅度， 说明这种情况下金属导线对年变幅度具有减小作用， 如果干扰动态变化幅度大于原有年变幅度， 则将引起年变反向变化。

图4 金属导线对反常年变台站的影响Fig. 4 The disturbance caused by metallic conductor at stations with reverse annual changes.a 3层水平层状模型， 金属导线分别位于电极M、N之间， A、M之间； b 第1层介质电阻率季节性变化； c 模型正常和受干扰计算值； d 干扰幅度季节性变化； e 模型正常年变和受干扰年变曲线

现在讨论金属导线对反常年变类型地电阻率观测干扰的动态变化特征。3层水平层状介质如图4a所示， 观测极距、 金属导线属性和相对观测装置的位置与图3a相同， 分别分析金属导线位于MN之间、 AM之间(图4a)2种情况下对观测的影响。 模型第1层介质变化如图4b所示， 受干扰和未受干扰时的计算值示于图4c。从图中可以看出： 金属导线位于2测量电极之间时将引起观测值下降变化， 位于供电电极和测量电极之间时引起观测值上升变化； 未受干扰时， 地电阻率年变化形态和表层电阻率变化相反， 原因是在这类电性结构下表层介质对地电阻率的影响系数为负(钱家栋等， 1988； Luetal.， 1999)。干扰幅度随表层介质电阻率季节性变化的计算值示于图4d， 与正常年变类型观测时相同， 在表层介质电阻率低时， 干扰幅度大， 在表层介质电阻率高时， 干扰幅度小。 未受干扰和受干扰后的年变形态示于图4e， 干扰动态变化对年变的影响与正常年变台站相反， 金属导线位于供电电极和测量电极之间时对年变幅度具有放大作用； 位于2测量电极之间时， 年变幅度要小于未受干扰时的年变幅度， 说明这种情况下金属导线对年变幅度具有减小作用， 如果干扰动态变化幅度大于原有年变幅度， 则将引起年变反向变化。

金属导线由于其电阻率非常低， 在地电阻率测线附近小范围内出现也会产生较大的干扰。 金属导线对观测的影响与其电阻率和横截面积有关， 分析中采用图3a中的电性剖面和观测装置， 金属导线位于2测量电极之间。 有效横截面积固定为1×10-4m2， 干扰幅度随导线电阻率的变化示于图5a。 总体而言导线电阻率越低， 干扰幅度越大， 反之亦然。 导线电阻率约>1×10-4Ω·m时对观测几乎没有影响， <1×10-4Ω·m后干扰幅度急剧增加。 固定导线电阻率为9.78×10-8Ω·m， 干扰幅度随导线有效横截面积的变化示于图5b， 横截面积越大， 干扰幅度越大， 在横截面积约>1×10-3m2后干扰幅度趋于稳定； <1×10-3m2后干扰幅度迅速减小， 随后有趋于0的迹象。 尽管金属导线电阻率非常低， 但横截面积小且有一定的长度， 因而也有一定的电阻值。 金属导线并非等势体， 在电阻率降低和横截面积增加使导线电阻减小到可忽略的程度，进而导线可视为等势体的过程中， 干扰幅度增加并趋于稳定； 反之在电阻率升高和横截面积减小使导线电阻增加过程中， 干扰幅度减小至0。

图5 干扰幅度随金属导线电阻率的变化(a)与随金属导线横截面积的变化(b)Fig. 5 a Disturbance amplitude variations versus resistivity of metallic conductor; b Disturbance amplitude variations versus cross-sectional area of metallic conductor.

图6 地表电性异常体对正常年变台站的影响Fig. 6 The disturbance caused by electric anomaly body at stations with normal annual changes.a 3层水平层状模型， 异常体分别位于电极M、N之间， A、M之间； b 第1层介质电阻率的季节性变化； c 模型正常和受干扰计算值； d 干扰幅度的季节性变化； e 模型正常年变和受干扰年变曲线

2.2 局部电性异常体

首先讨论电性异常体对正常年变类型地电阻率观测干扰的动态变化特征， 这里讨论的低(高)阻体是指电阻率显著低(高)于浅层介质电阻率季节性变化最低(高)值的地表局部区域。 模型电性剖面如图6a所示， 对称四极装置AB=600m，MN=120m， 异常体尺寸为30m×30m×5m， 低阻体电阻率为2Ω·m， 高阻体电阻率为105Ω·m。异常体位于测量电极M、N之间时， 两端与M、 N之间的距离相同； 位于供电电极和测量电极A、M之间时， 异常体靠近M的边与M的距离为30m。表层介质电阻率变化如图6b所示， 模型有异常体干扰和无干扰计算值示于图6c。从图中可以看出： 低阻体位于A、M之间时， 引起观测值上升变化， 位于M、N之间时， 引起观测值下降变化； 高阻体位于A、M之间时， 引起观测值下降变化， 位于M、N之间时， 引起观测值上升变化。 干扰幅度随表层介质电阻率季节性变化的计算值示于图6d， 表层介质电阻率低时， 干扰幅度大； 表层介质电阻率高时， 干扰幅度小。 未受干扰和受干扰后的年变形态示于图6e， 低阻体位于A、M之间时对年变幅度具有减小作用， 位于M、N之间时对年变幅度具有放大作用； 高阻体位于A、M之间时对年变幅度具有放大作用， 位于M、N之间时对年变幅度具有减小作用。 由此可见， 低阻体产生的干扰动态变化对年变化的影响与高阻体相反。

图7 地表电性异常体对反常年变台站的影响Fig. 7 The disturbance caused by electric anomaly body at stations with reverse annual changes.a 3层水平层状模型， 异常体分别位于电极M、N之间， A、M之间； b 第1层介质电阻率的季节性变化； c 模型正常和受干扰计算值； d 干扰幅度的季节性变化； e 模型正常和受干扰年变曲线

现在再讨论电性异常体对反常年变类型地电阻率观测干扰的动态变化特征。 模型电性剖面如图7a所示， 观测极距、 异常体属性和相对观测装置的位置与图6a相同。 表层介质电阻率变化如图7b所示， 模型有异常体干扰和无干扰计算值示于图7c。从图中可以看出： 静态干扰特征与正常年变台站相同， 低阻体位于A、M之间时， 引起观测值上升变化， 位于M、N之间时， 引起观测值下降变化； 高阻体位于A、M之间时， 引起观测值下降变化， 位于M、N之间时， 引起观测值上升变化。 干扰幅度随表层介质电阻率季节性变化的计算值示于图7d， 与正常年变类型观测时相同， 表层介质电阻率低时， 干扰幅度大； 表层介质电阻率高时， 干扰幅度小。 未受干扰和受干扰后的年变形态示于图7e， 干扰动态变化对年变的影响与正常年变台站相反， 低阻体位于A、M之间时对年变幅度具有放大作用， 位于M、N之间时对年变幅度具有减小作用； 高阻体位于A、M之间时对年变幅度具有减小作用， 位于M、N之间时对年变幅度具有放大作用。 由此也可以看出， 低阻体产生的干扰动态变化对年变化的影响与高阻体相反。

地表电性异常体和金属导线对观测的静态干扰与三维影响系数在地表分布一致， 测量电极M、N之间和供电电极A和B之外为影响系数为正的区域， 该区域浅层介质电阻率升高引起地电阻率观测值的上升， 介质电阻率减小则引起观测值降低； 在供电电极和测量电极之间(A、M之间和B、N之间)存在影响系数为负的区域， 该区域介质电阻率的上升变化将引起地电阻率下降变化， 而介质电阻率的下降变化则将引起地电阻率观测值上升变化(Luetal.， 2004； 解滔等， 2015)。从以上不同位置和类型干扰源的分析可以看出， 地表固定干扰源产生的干扰幅度的动态变化特征是相同的； 即在表层介质电阻率低时， 干扰幅度大， 表层介质电阻率高时， 干扰幅度小。 这一相同的动态特征因干扰源位置、 电学属性和电性结构的不同而对地电阻率观测产生不同的动态干扰变化。

3 实例分析

近些年随着社会经济的发展， 许多台站测区地表观测环境受到不同程度的破坏和干扰， 有些台站在干扰源出现时观测值变化很小， 数月后观测值出现大幅度变化， 导致干扰源出现和观测资料异常变化在时间上不一致， 给前兆异常分析和震情研判带来困难。 地表固定干扰源对地电阻率观测产生的干扰的动态变化分析进一步揭示了观测资料在干扰源作用下的变化特征， 为资料变化性质的判定提供了依据， 并为下一步的实验或模型数值分析提供参考。 文中以内蒙古宝昌和赤峰台地电阻率受干扰情况为例，说明地电阻率固定干扰源干扰动态变化特征在异常分析中的应用。

3.1 宝昌台

图8 宝昌台布极图(a)与地电阻率数据(b)Fig. 8 Schlumberger arrays of Baochang station(a); Apparent resistivity data of Baochang station(b).

宝昌台位于内蒙古自治区锡林郭勒盟宝昌镇， 于1979年完成建设并正式投入使用。 地电阻率观测布设SN和EW 2测道， 采用对称四极装置观测， 供电极距AB均为580m， 测量电极极距MN均为80m， 其中2测道共用供电电极B， 布极方式与各电极分布情况如图8a所示。

2009年11月中国移动公司开始在测区开挖沟渠并埋设光缆和钢缆， 钢缆距共用供电电极B仅8m， 施工结束后EW向地电阻率下降3.2Ω·m， SN 向则下降1.66Ω·m。随后约1个月观测值恢复正常， 干扰消失。 但2010年3月至4月2测道地电阻率出现快速下降， 至5月上旬快速下降状态停止， 又出现了较为规则的年变化。 从2010年11月开始观测值又加速上升， 又恢复到正常状态的年变趋势上(图8b)。钢缆主体部分位于2测道供电极B之外影响系数为正的区域， 总体上引起观测值下降变化， 干扰形态可与图3 类比。 内蒙古宝昌地区浅层土壤每年11月开始逐渐进入封冻状态， 最大冻结厚度超过1.5m(银英姿， 2008)， 冬天冻土电阻率很高， 而钢缆埋深<1m， 位于冻土层内， 因而冬季时对观测的干扰非常小。 翌年3月份开始气温上升， 冻土层快速融化， 表层介质电阻率迅速降低， 钢缆的干扰幅度增加， 从而表现出加速下降变化。 在表层冻土充分融化后， 表层介质电阻率开始缓慢变化， 干扰幅度缓慢变化。 而后随着冬季的到来， 表层介质电阻率迅速升高， 干扰幅度迅速减小， 观测值表现为快速上升， 直至土壤封冻后， 钢缆处于高阻冻土层中， 对观测的干扰又变得非常小。 因此2010年观测值经历的2次大幅度加速变化和年变幅度较往年显著增加现象与图3 中(金属导线位于影响系数为正的M、N之间)干扰幅度的动态变化特征是吻合的。 对钢缆产生干扰的有限元模型的定量分析表明， 观测资料中2009年的短时间下降变化、 2010年的加速变化、 年变幅度增加和2011年钢缆移除后的阶跃变化幅度与模型计算的干扰幅度十分吻合， 说明这些变化是由钢缆干扰引起的(解滔， 2013a)。

3.2 赤峰台

图9 赤峰台布极图(a)与地电阻率数据(b)Fig. 9 Schlumberger arrays of Chifeng station(a); Apparent resistivity data of Chifeng station(b).

赤峰台位于内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗乌丹镇北部， 于1978年完成建设并正式投入使用。 地电阻率观测布设SN、 EW和NE 3测道， 采用对称四极装置观测， 供电极距AB均为800m， 测量电极极距MN均为200m， 3测道相对于布极中心对称分布(图9a)。

赤峰台SN测道观测资料自2015年3月开始出现加速下降变化， 导致年变低值显著低于前面几年， 从而使得年变幅度增加(图9b)。经现场核实工作得知2014年10下旬至12月在SN测道供电极B附近为环城路铺设路灯系统， 路灯系统线路全部采用地埋方式， 现场异常核实人员选取5个点开挖， 仅看到铠装绝缘电缆， 未发现裸露金属导线。 尽管没有像宝昌台一样发现明确的干扰源， 但SN测道2015年观测值的动态特征与宝昌台十分相似， 与图3 中(金属导线位于影响系数为正的MN之间)干扰幅度的动态变化特征也较为吻合， 从而推测路灯系统对观测仍然有类似金属导线性质的干扰作用， 如果这一推断成立， 2015年冬季SN测道年变高值将恢复到2014年或前面2a的年变水平附近。

4 讨论

地电阻率观测中金属导线和局部电性异常体干扰源， 可通过三维影响系数在地表的分布快速定性地确定干扰源是引起观测值上升还是下降变化(Luetal.， 2004； 解滔等， 2015)。这些干扰源在出现后， 观测值往往首先表现出与干扰源同步的变化， 但随着测区介质电阻率的逐渐变化， 干扰源的影响并非保持不变， 而是也表现出与介质电阻率相关的变化， 认识到这些变化并予以适当的评估， 有助于前兆异常识别和干扰排除。 归结起来， 这些干扰源引起的干扰动态变化特征就是在表层介质电阻率降低时， 干扰幅度增大， 表层介质电阻率升高时， 干扰幅度减小。 但具体到台站某个测道而言， 因干扰源电性属性(高阻或低阻)、 相对测线位置、 测区电性结构的不同， 干扰源的出现使得正常观测资料出现上升、 下降变化与年变幅度增大、 减小甚至反向的不同组合的动态干扰特征。

上述关于干扰源计算的干扰幅度动态变化绝对值并不具备多少参考意义， 因为干扰源对观测产生的干扰幅度与测区具体电性结构、 观测极距、 干扰源相对测线的位置和干扰源自身几何电学属性密切相关， 对具体台站而言， 则需要建立模型数值分析干扰幅度。 但是， 上述模型中干扰源的干扰幅度随时间的动态变化特征，则对实际资料跟踪分析工作中快速定性地判定资料变化性质，具有一定的参考意义， 从而为随后进一步的定量分析提供参考， 因为对于不同电性结构的台站， 尽管性质相似的干扰源对观测产生的干扰幅度不同， 但干扰幅度的动态变化特征是相似的。

5 结论

文中采用有限元数值方法分析了地电阻率测区中的金属导线和局部电性异常体干扰源对观测产生的干扰幅度的动态变化特征， 得到了以下认识：

(1)在地表干扰源固定时干扰源对观测的影响不是固定不变的， 而是随着测区介质电阻率的改变而发生变化。 在表层介质电阻率降低时， 干扰幅度增大， 在表层介质电阻率升高时， 干扰幅度减小。

(2)对于具有正常年变形态的测道， 金属导线和低阻异常体位于影响系数为正的区域时(测量电极之间和供电电极之外的区域)会引起地电阻率观测值下降变化， 对年变幅度具有放大作用； 位于供电电极和测量电极之间影响系数为负的区域时， 则会引起观测值上升变化， 对年变幅度具有减小作用。 高阻异常体的干扰特征与低阻异常体相反， 位于影响系数为正的区域时引起观测值上升变化， 对年变幅度具有减小作用； 位于影响系数为负的区域时引起观测值下降变化， 对年变幅度具有放大作用。

(3)对于具有反常年变形态的测道， 干扰源对观测资料的静态干扰特征和正常年变测道相同， 而干扰幅度动态变化对年变化的影响与正常年变测道相反。

上述关于地表固定干扰源对观测干扰幅度动态变化特征的分析， 对实际资料跟踪分析工作中快速定性地判定资料变化性质，具有一定的参考意义。

致谢 内蒙古自治区地震局高立新、 纪建国、 戴勇和赤峰台工作人员一同参与了异常核实工作； 审稿专家提出了许多宝贵的评审意见， 对文章的修改和完善有很大的帮助： 一并表示衷心感谢。

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APPARENT RESISTIVITY TEMPORAL VARIATION CHARAC-TERISTICS AFFECTED BY THE FIXED DISTURBANCE SOURCE ON SURFACE OF MEASURING AREA

XIE Tao LU Jun

(ChinaEarthquakeNetworksCenter，Beijing100045，China)

Current leakage， metallic conductor， and local anomalous resistivity body are main disturbance sources which affect the successive observation of apparent resistivity in stations， besides the observing system failure. We construct a finite element model using a 3-layered horizontal medium to discuss the dynamic characteristics of disturbances caused by metal conductor and local anomalous resistivity body in the measuring filed. The numerical results show that low resistivity source which is located in areas where the sensitivity coefficient is positive will cause decline on apparent resistivity observation. While low resistivity source will cause increase when it is located in areas where the sensitivity coefficient is negative. Disturbance caused by high resistivity source is opposite to the one from low resistivity source. The general dynamic feature of disturbance is that the disturbance amplitude increases as the resistivity of shallow layer decreases， while the amplitude declines when the shallow layer’s resistivity increases. For the measuring direction which has normal annual variation form， low resistivity source which is located in area where the sensitivity coefficient is positive will increase the annual variation amplitude， while it will reduce annual amplitude when it is in a negative sensitivity coefficient area. Annual amplitude changes caused by high resistivity source are opposite to the changes caused by low resistivity source. For the measuring direction which has abnormal annual variation form， dynamic annual feature is opposite to the one in direction of normal annual variation form. If the dynamic feature is opposite to the annual variation and disturbance amplitude is also greater than annual amplitude， the annual variation will change direction. Disturbance amplitude from metallic conductor is affected by the resistivity and cross-section area， the lower of the resistivity and the larger of the cross-section area， the greater of the disturbance amplitude.

earthquake， apparent resistivity， disturbance， dynamic feature， anomalous resistivity body， metallic conductor

2015-10-19收稿， 2016-05-14改回。

中国地震局监测预报司震情跟踪定向工作任务(2016020402)资助。

P319.3

A

0253-4967(2016)04-0922-15

解滔， 男， 1986年生， 2011年毕业于中国地震局兰州地震研究所固体地球物理学专业， 获理学硕士学位， 助理研究员， 目前主要从事地震电磁学及卫星热红外遥感应用研究，电话： 010-59959144， E-mail: xtaolake@163.com。