地电阻率观测中地铁干扰剔除方法

李鸿宇 袁桂平 沈红会

（中国南京210014江苏省地震局）

地电阻率观测中地铁干扰剔除方法

李鸿宇 袁桂平 沈红会

（中国南京210014江苏省地震局）

通过对江宁、青光和通州地震台地电阻率观测数据进行分析，发现存在地铁干扰，采用夜间观测均值代替日均值的方法，且不同台站选择不同均值时段，可消除地铁影响。目前地震台站所受干扰日趋严重，因观测台站搬迁和改造相对复杂，可采用该方法，解决具有明确规律的干扰问题。

地电阻率；地铁；干扰；均方差；夜间观测值

0 引言

中国地电阻率观测始于1966年3月邢台6.8级地震，1976年地震地电阻率方法投入地震监测预报工作，至2000年先后建成110余个地震地电阻率观测台（汪志亮，2002）。随着中国经济建设发展和城市化进程的加快，地铁及观测场地内蔬菜大棚、金属管道、高压输电铁塔等造成的干扰（沈红会，2014），严重影响电阻率观测资料的使用，截止2015年，全国能够使用的地电阻率观测台站仅有70个。部分地电台站采用电极深埋方法降低干扰（沈红会，2014），更多台站搬迁甚至多次搬迁。地电台站搬迁造成地电阻率观测资料中断，影响地震分析预报工作。

地电阻率观测近年来受地铁运行干扰，观测资料无法正常使用。李伟（2007）依据南京地铁运营时间（06时至23时），提出使用00时至05时的6个整点均值代替日均值（24个整点值）的方法，达到降低地铁干扰的目的。实际应用发现，不同地电台受地铁影响时段不完全一致，具有各自特点，需区别对待。本文针对江苏江宁、天津青光和北京通州地电台受地铁干扰的特点，给出适用于各自台站的夜间均值时段，希望该思路对其他固定干扰分析提供参考。

1 地电台干扰现状

江苏省江宁地电台、天津市青光地电台和北京市通州地电台地电阻率近年来受到地铁运行干扰，地电阻率观测数据变化明显，且地铁线路增加干扰更加明显。地电阻率整点值观测曲线见图1。

（1）江宁地电台地电阻率观测始于1979年11月，测区位于南京—湖熟断裂南西盘和方山—小丹阳断裂西盘的楔形地块上，距两条断裂仅数千米。1996年因城市建设搬迁至南京市江宁区殷巷乡下墟村，2002年6月搬迁至江宁区禄口镇石埝村，2010年开始地电阻率观测受南京地铁干扰无法使用。

（2）青光台地电阻率观测始于2002年，测区位于天津市北辰区青光镇西，地处沧县隆起西北部，北邻海河断裂，2006年以来受地铁干扰，观测资料无法正常使用。

（3）通州台1997年1月开始地电阻率观测，测区位于华北平原北端，大厂凹陷西南边缘，地处夏垫断层（正断层）西南端，2006年以来观测资料受地铁干扰，无法正常使用。

图1 江宁、青光和通州地电阻率整点值曲线(a) 江宁台； (b) 青光台； (c) 通州台Fig.1 The hourly integral point value curves of earth resistivity in Jiangning，Qingguang and Tongzhou

2 地铁干扰剔除

地铁运营时间固定，则地铁的出库、入库和轨道检修等工作就成为新的干扰因素。参考李伟（2007）的研究方法，以江宁台为例，分析2008年以来地电阻率日均值、00时至05时均值及整点值连续变化特点，见图2。由图2可见，02时和03时曲线较为光滑，而00时、01时、04时和05时曲线受干扰明显。

图2 江宁台地电阻率变化曲线Fig.2 The curve reflecting the change of earth resistivity at Jiangning Seismic Station

2.1 均方差计算

以1年数据为模板，提取某一时刻整点值（00时或01时等），计算该时间序列数据的算术平均值X，即

其中Xi为第i天（i=1— n）提取的整点时刻值，n为数据长度。则均方差σ为

选取江宁台未受地铁干扰的2009年和受地铁干扰的2014年地电阻率观测数据，根据式（2），计算00时—05时、日均值、时均值等数据均方差，计算结果见表1，与图2曲线特征吻合。具体表现为：2009年各类数据均方差基本相同，说明未受地铁干扰的观测数据差别不大；2014年均方差结果各不相同，02时与03时均方差最小，说明两时段受地铁干扰不明显。

表1 江宁台地电阻率2009年与2014年均方差对比Table 1 The comparison of mean square error of earth resistivity in Jiangning in 2009 and 2014

2.2 相关分析

以2009年地电阻率观测资料为例，求解并绘制每日02时—03时整点均值曲线，与原始日均值曲线进行对比，见图3，计算两条曲线的月相关度，可知：相关度最高0.987，最低0.721，平均0.893，因此02时—03时整点均值取代日均值进行资料分析是可行的。

图3 江宁台地电阻率日均值与02时至03时均值对比曲线Fig.3 Comparison between daily average and hourly average from 02LT to 03LT of earth resistivity at Jiangning Seismic Station

3 方法应用

采用地铁非运营时段整点均值代替日均值方法，计算青光台2013年和通州台2011

年地电阻率观测数据地铁非运营时段均方差，并与日均值、00时至05时以及新均值时段数据曲线进行对比，计算结果见表2，对比曲线见图4（图中曲线不连续部分为观测数据缺数）。从表2和图4可见：青光台和通州台在地铁停运时段仍受干扰；青光台可选用03时至05时、通州台选用01时至05时均值替代日均值分析；青光台采用新的均值时段后，曲线相对平滑，突跳点减少；通州台变化不明显，仅在细节处略有改观，可见通州台采用01时至05时的均值比00时至05时的均值改进不大。

综上所述，初步认为：对无地铁干扰数据进行处理，发现与原始日均值数据一致，该处理方法不影响资料使用；对有地铁干扰数据进行处理后，数据观测精度高于正常日均值，说明该方法确实剔除了非地铁运营时段干扰，所处理数据具有更高使用价值。

表2 青光台和通州台地电阻率均方差计算结果Table 2 The calculation of mean square error of earth resistivity at Qingguang and Tongzhou stations

图4 青光台与通州台地电阻率对比曲线(a) 青光台； (b)通州台Fig.4 The curve of earth resistivity at Qingguang and Tongzhou stations

4 结论

通过对江宁、青光和通州台地电阻率地铁干扰进行分析，得出以下结论：①地铁非运营时段对地电阻率的干扰确实存在，且不同的地铁对地电阻率干扰的时间不尽相同；②选择夜间数据均值替代日均值进行数据分析是可行的，运用均方差方法选取合适的均值时段，进行剔除干扰计算更加有效，江宁、青光和通州台最佳均值时段分别为02时至

03时、03时至05时和01时至05时；③在经济快速发展的现今社会，地震前兆异常观测干扰不可避免，使用夜间值结合均方差计算结果，选取合适的均值时段替代日均值进行数据分析的方法，具有一定通用性，可在有明确规律干扰的观测手段中试用。

李伟，孙春仙，田韬，等.解决地电台站受电磁干扰的一种有效尝试[J].防灾科技学院学报，2007，9（4）：46-49.

马钦忠，王炜，龚耀，等.上海市地铁对地磁观测影响的实验分析[J].地震地磁观测与研究，2004，25（5）：24-29.

沈红会，李鸿宇，袁慎杰，等.江宁台地电场地地铁干扰试验结果分析[J].地震，2014，34（3）：125-131.

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汪志亮，郑大林，余素荣.地震地电阻率前兆异常现象[M].北京：地震出版社，2002：1-6.

Further research of the methods on earth resistivity observation with eliminating the interference of subway

Li Hongyu，Yuan Guiping and Shen Honghui
(Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing 210014,China)

The metro electromagnetic interference signal is detected by analyzing the data of earth resistivity which is observed at Jiangning,Qingguang and Tongzhou seismic stations.Two methods are used here to eliminate interference.One method is using the average value observed at night to replace the data of 24 hour average value.The other is using the average value of different periods at different stations.At present,the interference of seismic stations has become more and more serious because of the complicated situation of station relocation and reconstruction,the methods provided here can solve interference problem with defi nite regularity.

ground resistivity，subway，interference，mean squared error，observations at night

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.010

李鸿宇（1982—），男，助理研究员，2013年获得中国科技大学固体地球物理学硕士学位，主要从事地电阻率和地磁的地震预报研究工作。E-mail： 27587295@qq.com

江苏省地震局2015年青年基金项目（项目编号：201507QY）

本文收到日期：2016-01-05