山丹地电阻率观测资料异常排除探讨

高振生，寇俊阳，胡 源，王志栋，杜 英

(甘肃省地震局，甘肃 兰州 730000）

2019 年11 月21 日14 时发现主观测仪器ZD8BI 观测数据NS、EW 测道数据均有上升现象，同场地同外线路并行观测的ZD8M 观测数据正常未见明显变化，立即检查电阻率观测仪器供电线路和避雷器箱线路接头，检查结果一切正常，对比变化前后的自然电位变化未见明显异常，因测区积雪较厚影响室外线路检查，对测区环境和电极坑进行巡查，巡查结果正常后继续观测，发现上述问题仍然存在。

因此，根据上述初步分析判定，针对本次异常我们从观测外线路、观测环境、气温变化等影响因素，对影响因素进行分析探讨[2]。

1 观测资料变化情况

2019 年11 月21 日14 时山丹台值班人员发现地电阻率NS 测道和EW 测道数据有小幅度抬升，11 月22 日-11 月28 观测数据的台阶仍然存在，但是测区积雪仍未全部融化，考虑到测区积雪基本不影响测区检查工作，为排除其他干扰情况甘肃省地震局预报中心建议进行异常核实工作。张掖中心台在11 月25 日中午组织临时会商，制定了异常核实工作方案，于2019 年11 月26-28 日到山丹地震台站进一步开展了对该项异常的现场核实工作。

山丹地震台EW 道视电阻率2019 年09 月20日18 时-09 月26 日23 时的预处理曲线（如图1所示）与2019 年11 月21 日14 时-11 月28 日23时的预处理曲线（如图2 所示）电阻率变化很相似，都是阶跃式上升，然后数据平稳形成一个台阶。

图1 山丹台ZD8BI 观测仪器2019 年09 月20 日-9 月26 日预处理曲线

图2 山丹台ZD8BI 观测仪器2019 年11 月21 日-28 日预处理曲线

2003 年10 月25 日20 时41 分,甘肃民乐-山丹交界发生了Ms6.1 地震，20 时48 分又发生Ms5.8级地震[3]。地震发生在祁连山中东段地区，地震前山丹地电阻率Ns 向自2002 年起打破正常的年变幅度,测值偏高幅度达到1.2% (如图3 所示),震前一天出现明显临震异常(三道电阻率测值连续偏高），2013 年10 月25 日08 时开始,山丹地电阻率三道整点测值均连续出现超0.4 倍均方差异常[4],这属于明显的临震异常信息（如图4 所示）。

图3 山丹台地电阻率在2003 年民乐-山丹6.1 级地震前的异常变化

图4 2003 年民乐-山丹6.1 级地震前几个小时的异常变化

2003 年民乐-山丹交界发生了Ms6.1 地震前山丹地电阻率NS 向按照正常的年变化趋势7 月底从高值转折下降，但2003 年7 月中旬转折后持续了十几天从下降趋势转折为上升，打破正常的年变趋势，上升到高值点11 月25 日发生了6.1 级、5.8 级双震（如图3 所示），从图4 看出临震12h 前出现了3个测道测值同步异常变化，说明临震前地层受到应力的作用，引起了测区介质的变化，反应为视电阻率的突跳和波动[6]。唯独不同的是，这次异常变化是东西测向的电阻率变化，而南北测向变化基本稳定。

2 异常核实过程

2019 年11 月21 日山丹台电阻率北南测道和东西测道日均值上升，观测数据出现台阶后台站工作人员与甘肃局预报中心及时汇报了测区的相关情况，并向张掖中心地震台申请制定了山丹台异常核实工作方案[7]，在2019 年11 月22 日、26 日-28日进行现场异常核实工作。

2019 年9 月26 日对台站观测室线路进行标准化改造，当天8 时-23 时所有观测仪器停测，台站观测室线路标准化改造结束后恢复仪器观测，台阶消除，从数据阶跃式上升开始时间判断与台站新增试运行ZD8M 可能有关，ZD8M 试运行开始时间为2019 年09 月21 日16 时，2019 年09 月26 日23 时所有仪器都恢复观测包括试运行的ZD8M，观测数据恢复正常。2019 年11 月21 日13 时30 分台站停电，在ZD8BI 从市电接到UPS 供电后14 时观测数据出现阶跃式上升，持续观测至2019 年11 月28日数据上升后形成台阶未见下降。

2.1 观测仪器标定

为排除山丹台地电阻率观测系统干扰，对观测仪器进行零点校准、满度校准、标定，零点校准和满度校准结果皆正常，结果显示，0mV 至±100mV 符合观测仪器标准，可用于正常观测。

2.2 巡查外线路和测区环境

检测仪器工作状态检查完毕之后，我们对地电阻率观测外线路进行了巡查，仔细检查了外线路及接地电极的连接情况、线杆和瓷瓶等绝缘状况。结果表明，山丹台地电阻率外线路情况良好，电极连接良好、外线路无破损、线杆及瓷瓶无损毁。为进一步确认山丹台地电阻率观测系统的可靠性，检查了NS 测道和EW 测道的外线路对地绝缘情况，室外线路的对地绝缘情况结果符合规范要求，且该结果与上季度校验结果基本一致，室外线路对地绝缘检查值见表1。

表1 室外线路对地绝缘情况检查

环境变化是地电阻率观测主要的影响之一，目前在国内常见的对地电阻率构成影响的环境变化主要有工程建设、降雨及地下水位影响等，上述情况均是改变了观测区内场地的电性结构，由此造成了地电阻率观测数据偏离以往正常形态的变化[8]。针对上述情况，异常核实工作组对山丹台周边一定范围的环境变化情况进行了专门巡查和走访。山丹台EW 测道地电阻率异常截至异常落实当天已持续7d，相比往年降雪天数未见增多，因此可排除气象因素对地电阻率的干扰。

2.3 室内线路、接头及避雷机箱接地

本次检查还对避雷机箱、室内线路、开关、各电极接头进行了检查，经过检查避雷机箱内部设备正常，室内线路无破损，开关正常、各电极接头无氧化接触良好。

2.4 人工电位差读数分析

利用人工电位差读数可对三个测道两端供电极的电位变化进行干扰判断，由表2 可知，2019 年11 月27 日较2019 年09 月16 日NS、EW 两个测道的电位差变化都较大，NS 向人工电位差正反向供电时绝对值差值较大，最大变幅为0.91mV；EW 向人工电位差正反向供电时绝对值差值较大，最大变幅为0.39mV，说明NS、EW 两个测道的电极场地的电位不稳定，因为缺少必要的测量工具，需要省局预报中心来人再进一步确认场地干扰源，观测数据上升前后人工电位差读数见表2。

表2 人工电位差读数

2.5 观测数据分析

原地电阻率ZD8BI 观测仪器与并行试运行地电阻率ZD8M 观测仪器设定时间差为半小时，同为整点读数，2019 年11 月21 日EW 测道两套观测仪器观测数据结果如图5 所示。

图5 山丹地电阻率并行观测数据对比分析

计算两台观测仪器2019 年11 月1 日-26 日EW测道观测数据日均值，发现ZD8BI 观测仪器自2019年11 月21 日14 时EW 测道观测数据上升后并没有持续上升，一直维持稳定在26.30Ω·m 观测范围，并将此观测值对比ZD8M 观测仪器EW 测道观测数据，发现两套观测仪器观测数据在ZD8BI 观测仪器EW 测道观测数据上升后更为相近，使得我们怀疑是否存在一个干扰源，在干扰ZD8BI 观测数据，在2019 年11月21 日13 时ZD8BI 掉电后接入UPS 供电后干扰去除数据恢复正常，或者存在另一个干扰源一直在干扰ZD8M，在2019 年11 月21 日13 时ZD8BI 掉电后接入UPS 供电后同时对两套观测仪器有干扰。

处理办法是，第一步，2019 年11 月26 日22 时后给ZD8BI 观测仪器掉电后接回市电观测，至2019 年11 月27 日10 时观测数据仍未恢复，也没有继续升高；第二步，通过与省局预报中心沟通再次检查测区是否有变压器漏电现象，检查发现测区只有台站附近有我们自己使用的变压器，因为台站设备不齐全不能检查变压器是否漏电，只能断开市电用台站UPS 供电观测，检查发现两套观测仪器数据未见明显变化，ZD8BI观测数据未见恢复；第三步，关掉ZD8M 之观测ZD8BI，数据未见恢复，同时关掉ZD8BI 和ZD8M，关掉一小时后只开启ZD8BI 后观测数据仍未见恢复。

3 分析与结论

依据异常核实和与相关学科专家讨论分析认为：山丹台地电阻率2019 年11 月21 日以来EW 向地电阻率上升到一个台阶后持续稳定可能是试运行ZD8M 有干扰，但是将ZD8M 试运行仪器停测后干扰继续存在，观测数据仍未恢复，至此将我们的初步判断结论推翻，形成了此次地电阻率异常变化不是地震前兆异常的结论，但异常干扰源还需进一步确认。