阳原地震台地电阻率观测中的干扰及排除

韩和平，宋晓煜，马　佳，张广莉

(1.河北省地震局阳原地震台，河北　阳原　075800；2.河北省地震局张家口中心地震台，河北　张家口　075000)



阳原地震台地电阻率观测中的干扰及排除

韩和平1，宋晓煜2，马佳1，张广莉1

(1.河北省地震局阳原地震台，河北阳原075800；2.河北省地震局张家口中心地震台，河北张家口075000)

阳原地震台地电阻率观测受外界影响严重，较大程度地影响了观测资料的精度，使资料质量大大降低。通过对外线路及周围环境的深入分析与研究，发现影响地电阻率精度的因素有漏电、电极老化、供电电源正反相供电不稳定、降雨、风扰五方面。文章针对上述干扰因素，介绍相应的排除方法，对提高观测资料的精度和质量具有重要意义。

地电阻率；阳原地震台；影响因素

0　引言

阳原地震台(以下简称阳原台)始建于1975年，位于京西北及晋冀蒙三省交界处，阴山—燕山和山西断陷两大构造交汇处，高程946 m。该区地震活跃，经历过1989年大同—阳高地震和1998年张北—尚义地震等数次较大地震(见图1)。自2000年5月以来，台站的地电阻率观测一直使用原中国地震局分析预报中心研制的ZD8B数字地电仪。地电阻率观测主要反映地下介质的电性变化，由于这种变化发展缓慢，要求观测结果必须具有高分辨率并在较长时间(年尺度)内保持高稳定性。观测精度越高，便越有可能反映更多更丰富的震兆信息。本文针对影响阳原地震台地电阻率观测资料精度的干扰因素，介绍相应的排除方法。

1　干扰因素及排除方法

1.1观测手段介绍

阳原台地电阻率观测始于1976年使用仪器为DDC-2A，2000年首都圈工程改造更换为ZD8B地电仪，测向分别为N22°E、N68°W，两个测道，外线使用绝缘线，同时增加辅助电极，供电极距为1 200 m，测量极距为200 m(见第11页图2)。

ZD8B地电仪安装后，数据受到漏电、电极老化、供电电源正反相供电不稳定、降雨及大风干扰。2013年年初，台站人员针对以上干扰进行了相应处理，于2013年6月在中国地震背景场项目河北分项目建设中，对阳原台地电阻率观测进行改造。观测系统升级为ZD8M，布设N45°E、N45°W两个测道，供电极距为1 000 m，测量极距为300 m，同时对电极进行深埋处理，供电电极及测量电极每个深度不小于15 m，并对原来的测区进行移动。目前ZD8B观测系统和ZD8M观测系统并行。

图1　阳原台构造地质图Fig.1　Tectonic geological map of Yangyuan Station

1.2影响地电阻率精度的因素[1]

在各个台站，影响地电阻率精度的因素不尽相同。通过对阳原台地电观测外线路及周围环境的深入分析与研究，初步总结出影响地电阻率精度的因素主要有漏电、电极老化、供电电源正反相供电不稳定、降雨、风扰五方面。

(1) 漏电。

漏电包括外线路、线间、外线路与电极线间的接触点等不同部位的漏电。在测量时，不论哪个部位漏电，产生的漏电电流都会混入测量电流，从而影响ρs的测值，改变正常的观测曲线形态。漏电会导致观测资料精度大大降低，数据往往出现大的尖峰。

图2　阳原台地电阻率观测布极图Fig.2　Electrode layout of earth resistivity observation at Yangyuan Station

(2) 电极老化。

电极是构成地电阻率观测系统的“传感元件”。自1975年至今，阳原台使用的电极仍是10 cm宽的铅板电极，电极埋在地下，经长时间介质电化作用，往往会发生老化现象。电极极板老化会引起电极的接地电阻增大(规范要求不大于30 Ω)，不能与地形成良好的回路，且随着接地电阻的不断增大，导致观测精度不断降低，数据往往出现大的尖峰。

(3) 稳流源输出不稳定。

目前，各个台站仪器供电电流的选择不尽相同，理论上，供电电流选择越大，精度越高。由于仪器本身的限制，阳原台供电电流选择在2 A左右。但台站稳流源中的WL5N—2板一度出现故障，导致供电电流不稳定。表1为稳流源故障期间N22°E测向的一组测量数据，其中电流值是仪器开始时自动计算出的电流均值，之后没有电流的精确读数，只能在电流表上看到其波动很大，电位差的测量结果也显示不断增大的现象。每小时的地电阻率测量每个方向正反向要测5组人工电位差，由表中可看出5组数据不能稳定在相同的数值附近，离散度大，每小时的σn值由这5组人工电位差值计算得来，因此，σn值的增大会导致资料精度降低，数据往往出现大的尖峰。

表1　稳流源故障期间N22°E正反向供电测量数据表

(4) 降雨。

在ρs观测中，降雨可引起ρs出现大幅度的下降，甚至出现突变，两个测向中以N68°W最为明显。如图3所示，2012年9月2日下午16时开始下雨，一直持续到3日上午7时，4日凌晨又开始下雨，持续到上午10时，4日的雨量没有2日的雨大。从图中可见，2次下雨都造成地电阻率NW向的下降，第一次比第二次的下降幅度大。

(5) 风扰。

风易造成外线路摆动。仪器工作时，如果风力很大，外线路的摆动就会影响地电阻率的测值，主要表现为地电阻率测值离散度大、精度降低，数据往往出现大的尖峰。

1.3排除干扰的措施[2]

(1) 漏电干扰排除。更换外线路，将原有供电线及测量线所用的裸铝线换为6.0 mm2带钢芯铜护套线，保证线路中间无接头；将原有查外线漏电时的线路切换闸刀更新为自动断线器(用ZD8T装置稳定性检查仪加以操作和控制)；将铝板所制的避雷面板换为绝缘板所制的避雷面板。从改进后2年多的使用情况看，外线路的绝缘电阻大于500 MΩ，大大降低了漏电影响，观测数据的尖峰明显减少(见第12页图4)。

图3　阳原台地电阻率2012年9月1日至5日时测值曲线图Fig.3　Measured value of earth resistivity at Yangyuan Station from September 1, 2012 to 5

(2) 电极老化。阳原台采取在供电电极周围加装辅助电极的方法防止电极老化(见图5)。加装辅助电极前，电极的接地电阻大于100 Ω；加装后，电极的接地电阻目前仅10 Ω左右，远低于规范要求。提高了精度，观测数据的尖峰明显减少(见图4)。

(3) 风扰。采用好的外线路，尤其是测量线，可以有效减小风扰带来的影响。台站人员将原来供电线和测量线使用的裸铝线换成2.5 mm2×2钢芯铜互套线，且拉紧2根电杆之间线的距离，从而降低了风对电线的摆动。如果将测量线更换为邮电传输用的同轴电缆，可以更大程度地减小风扰带来的影响。由于受条件限制，目前对风扰因素的影响只能排除至该程度，改造后风扰造成的尖峰明显减少(见图4)。

图5　阳原台辅助电极示意图Fig.5　Auxiliary electrode at Yangyuan Station

(4) 稳流源问题。与仪器厂家联系后，更换了故障电路板，现仪器工作状态良好，供电电流稳定，人工电位差离散度很小，σn值通常在0.20 Ωm左右(见表2)，数据大的尖峰明显减少(见图4)。

表2　N22°E正反向供电测量数据表

(5) 降雨干扰。ZD8B地电仪安装以来，数据一直受到降雨干扰，分析认为主要是台站测区横跨大秦铁路所致。针对此问题，2013年在中国地震背景场项目河北分项目的建设中，对阳原台地电阻率观测进行改造。观测系统升级为ZD8M，布设N45°E、N45°W两个测道，供电极距由原来的1 200 m变为1 000 m，测量极距由原来的200 m变为300 m，电极分别进行了深埋处理，供电电极及测量电极每个深度不小于15 m。同时对原来的测区进行移动，由于阳原台南面为县城，北面不远处有煤台，所以进行测区的移动范围有限(见第13页图6)。目前ZD8B观测系统和ZD8M观测系统并行。

第13页图7所示的前两条曲线为ZD8B仪器2015年9月4日至6日的数据曲线，中间曲线为同时段的降雨量曲线，后2条曲线为背景场ZD8M仪器同时段内的数据曲线。从图中可以看出，遇到降雨后，ZD8B仪器数据下降严重，尤其以N68°W测道更为明显，下降幅度达到1 Ωm以上(最大达到1.19 Ωm)，数据达到了突变的要求。ZD8M仪器的数据虽然在降雨后也出现小幅下降(N45°W测道更为明显)，但下降幅度均在0.2 Ωm以内(最大达到0.17 Ωm)，在正常变化范围内，达到了规范的要求。

图6　阳原台地电阻率布极区Fig.6　Electrode layout area of earth resistivity at Yangyuan Station

图7　地电阻率观测数据与降雨的关系Fig.7　Relationship between earth resistivity observation data and rainfall

2　结语

由于地电阻率观测具有较长的外线路及长期埋设于地下的多个电极(供电极和测量极)，存在多种因素影响其精度，认识与研究这些影响因素并予以减少和排除，对提高地电阻率的观测精度及资料质量具有重要意义。本文介绍了阳原台在提高地电阻率观测精度方面所做的工作，对干扰因素及其排除方法提出了一定的认识，可供地电阻率观测工作者借鉴参考。

[1]韩和平，王长江，仼佳，等.引起大地电场变化的一些因素[J].地震地磁观测与研究，2006，27(1):56-60.

[2]解用明，鞠永，韩和平，等.震前地磁幅值比异常研究[J].华北地震科学，2005，23(1):37-40.

Interference in Earth Resistivity Observation of Yangyuan Seismic Station and the Elimination

HAN He-ping1, SONG Xiao-yu2, MA Jia1, ZHANG Guang-li1

(1.Yangyuan Seismic Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Yangyuan, Hebei 075800, China;2.Zhangjiakou Central Seismological Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Zhangjiakou, Hebei 075000, China)

The serious influence of external environment on the earth resistivity observation largely affected the accuracy and quality of observation data. Through the further analysis and research of the external circuit and the surrounding environment, it is obtained that the factors that affect the accuracy of earth resistivity contains include leakage, electrode aging, instability of the positive and negative phase power supply, rain, wind disturbance 5 aspects. In this paper, the corresponding elimination methods are introduced in view of the above interference factors. It has important significance to improve the accuracy and quality of observation data.

Earth resistivity; Yangyuan Seismic Station; Influence factor

1000-6265(2016)03-0010-04

2016-05-30

韩和平(1974—)，男，河北省阳原县人。1995年毕业于防灾技术高等专科学校，高级工程师。

P319.3

A