尹天杰 孫亮亮 袁勇 趙桂寶

摘 ?要：嘉山臺地電阻率數(shù)字化觀測時間長、數(shù)據(jù)精度高，是安徽省內(nèi)映震能力較好的地電阻率臺站之一。該文通過對嘉山臺地電阻率日變化、年變化兩種特征變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)嘉山臺日變化由于受到地鐵等背景噪聲的影響，其變化形態(tài)較不明顯，年變化主要是受溫度和降雨量的影響，影響因素歸根于季節(jié)更替帶來的氣象變化。但是從長期趨勢來看，兩測向變化形態(tài)并不一致，與場地環(huán)境和應(yīng)力場變化有關(guān)。

關(guān)鍵詞：地電阻率 ?變化特征 ?日變化 ?年變化

中圖分類號：P315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（a）-0081-03

Analysis on Variation Characteristics of Earth Resistivity at Jiashan Station

YIN Tianjie ?SUN Liangliang ?YUAN Yong ?ZHAO Guibao

（Jiashan Seismic Station of Anhui Seismological Bureau， Mingguang， Anhui Province， 239400 ?China）

Abstract： The Jiashan Station has a long time for digital observation of resistivity and high data accuracy. It is one of the ground resistivity stations in Anhui Province with good earthquake reflection capabilities. This paper analyzes the two characteristic changes of the resistivity of Jiashan platform， the diurnal change and the annual change. The analysis found that the diurnal change of Jiashan platform is affected by subway and other background noise， and its change form is less obvious. The annual change is mainly affected by temperature and rainfall influence， the influencing factor is attributable to the meteorological changes brought about by the change of seasons. However， from the perspective of long-term trends， the two directional changes are not consistent， and are related to changes in the site environment and stress field.

Key words： earth resistivity; variation characteristics; daily variation; annual variation

經(jīng)過歷年來的發(fā)展地電阻率觀測已經(jīng)成為較為成熟的前兆觀測手段之一。地電阻率變化趨勢和氣象變化、固定干擾源等因素有密不可分的關(guān)聯(lián)，因此，研究其變化的機(jī)制機(jī)理是日常觀測的必備基礎(chǔ)。對地電阻率的變化趨勢分類探究，有助于分析預(yù)報人員更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提取震前異常。

1 ?地電阻率觀測簡述

嘉山臺地電阻率于1973年投入觀測，初代儀器為DDC—2A地電儀，1991年和2000年分別更換PZ40數(shù)字地電儀和ZD8B地電儀。2013年，數(shù)字化地電儀ZD8M投入觀測并使用至今。地電外線路采用架空方式，外場地布設(shè)在半山坡至山下農(nóng)田里，測區(qū)環(huán)境較為復(fù)雜。布極方式采用四極對稱法，共有EW、NS兩個測向，供電及測量電極8個。2020年10月，對外裝置系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 ?地電阻率特征變化

地電阻率是觀測區(qū)域內(nèi)地下介質(zhì)的電阻率，其地下介質(zhì)的電性結(jié)構(gòu)受水位、氣溫等影響。四季和晝夜更替是氣溫和降雨量發(fā)生變化的因素，晝夜和四季從時間范圍內(nèi)來講，是有固定周期變化的。因此，假設(shè)當(dāng)?shù)仉娮杪蕛x器分辨率足夠高且場地?zé)o背景噪時，年變和日變會呈現(xiàn)出明顯的周期性[1]。

3 ?日變化

3.1 日變化特征

嘉山臺于2020年10月進(jìn)行外裝置系統(tǒng)改造，為了檢測改造后觀測數(shù)據(jù)是否得到優(yōu)化，選取試運行后2020年12月1～31日期間地電阻率小時值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪圖發(fā)現(xiàn)NS、EW兩測向形態(tài)變化較不明顯。

該文利用EIS2000地震前兆信息系統(tǒng)中MATLAB小波去噪分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理。處理后的日變曲線較處理前大有改善，對隨機(jī)波動的抗干擾能力增強(qiáng)[2]，但并不能完全呈現(xiàn)出清晰的“V”字型的日變化形態(tài)。由圖1可知每日極大極小值的時間也并不固定，但是可以觀察到，兩測向變化具有一致性。

3.2 影響因素分析

對比其他背景噪聲極小的地電阻率臺站，其日變形態(tài)會呈現(xiàn)出典型的“V”字型變化，且每日極大值極小值穩(wěn)定在某個時間區(qū)間內(nèi)。這種清晰規(guī)則的變化形態(tài)，在無特定或偶然的干擾影響時，數(shù)據(jù)變化會和晝夜更替呈現(xiàn)出正負(fù)相關(guān)性，即晝升夜降或晝降夜升。

從日變的整體趨勢中發(fā)現(xiàn)，其背景噪聲依然很大。排除受偶發(fā)的降雨和高壓直流輸電干擾等因素影響，日變形態(tài)至少應(yīng)在該月某個短周期內(nèi)呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，但事實相反。該臺初步懷疑裝置系統(tǒng)不穩(wěn)定或者有某固定干擾源對觀測環(huán)境造成持續(xù)性干擾。

由于選取的數(shù)據(jù)時段是地電外裝置系統(tǒng)改造后的。在改造期間，嘉山臺技術(shù)人員已對新埋電極的接地電阻、電纜線的絕緣性等進(jìn)行檢查，試運行期間對觀測主機(jī)進(jìn)行數(shù)次標(biāo)定，結(jié)果均符合要求。且此次改造將EW向整體向東遷移了200 m，避開了農(nóng)戶和養(yǎng)殖場，大大降低了漏電影響。因此，排除裝置系統(tǒng)不穩(wěn)定因素。

通過對多日的單天小時值曲線進(jìn)行對比分析（見圖2），發(fā)現(xiàn)共性：0～5時兩測向均方差值較低，數(shù)據(jù)變化幅度也較小，其余時段，數(shù)據(jù)變化較凌晨幅度較大，均方差值也忽高忽低。臺站人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定時段和地鐵停運時段剛好吻合。由于軌道交通的供電機(jī)理是鐵軌對列車輸電，且鐵軌連接于大地。在地鐵運行期間，鐵軌會向大地釋放強(qiáng)度較大的不平衡電流。即使遠(yuǎn)距離的地電臺站也難逃地鐵干擾帶來的影響[3]。經(jīng)查詢，南京地鐵三號線林場站距離臺站的直線距離為80 km。

4 ?年變化

4.1 年變化特征

選取1993年以來月均值數(shù)據(jù)。通過繪圖發(fā)現(xiàn)（見圖3），NS向年變化不規(guī)律，極大值逐年不同，低值基本上在6～8月;EW向年變形態(tài)呈現(xiàn)夏高冬低，7～9月為高值，1、2月為低值。

查閱各類文獻(xiàn)，眾多研究者認(rèn)為年變主要是受氣象因素主導(dǎo)，氣象因素主要有溫度和降雨兩個物理量。臺站人員通過對同期溫度和降雨量數(shù)據(jù)與地電阻率月均值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：嘉山臺地電阻率與測區(qū)溫度和降雨量都存在著較為明顯的正相關(guān)性[4]。

4.2 NS、EW兩測向年變特征差異性分析

如圖3所示，可觀察到嘉山臺兩個方向年變差異較大。2009年5～7月NS向有超過2.5倍方差控制線的現(xiàn)象，從9月份至今一直變化平穩(wěn)，無趨勢異常出現(xiàn)。EW向自2005年出現(xiàn)破年變后，年變化逐年有所不同，2011年下半年才開始逐漸恢復(fù)“V”字型形態(tài)，同時還伴隨著斜型上升[5]，2013年年變形態(tài)正常，數(shù)值比往年有所抬升，2014年年變異常，數(shù)值比往年下降明顯，經(jīng)排查綜合震例不考慮為前兆異常;2015年下半年開始逐漸恢復(fù)“V”字型形態(tài)，同時還伴隨著斜型上升;至2020年8月數(shù)據(jù)穩(wěn)定，年變規(guī)律不明顯。

由于降雨量和溫度對兩測向貢獻(xiàn)基本一致，所以基本排除其是主導(dǎo)差異的原因。在外裝置系統(tǒng)改造之前，EW向觀測環(huán)境相對NS向較為復(fù)雜，周圍有養(yǎng)殖場、工廠 ，甚至有部分電極埋設(shè)在農(nóng)戶院內(nèi)，而NS向卻布設(shè)在干擾較少的農(nóng)田里。通過對往期地電阻率報表的查詢，對比兩測向的漏電檢查、絕緣檢查及接地電阻值發(fā)現(xiàn)，NS向的數(shù)值明顯優(yōu)于EW測向[6]。因此，場地環(huán)境干擾可能是造成年變差異性的最大原因。目前，已經(jīng)對外裝置系統(tǒng)進(jìn)行改造，后期兩測道的年變差異可能不復(fù)存在。

NS向有數(shù)個時間周期，數(shù)據(jù)曲線有斜型向上的趨勢，而同期EW向卻沒有此變化。由于嘉山臺地處郯廬斷裂帶附近，地質(zhì)構(gòu)造也比較復(fù)雜。根據(jù)應(yīng)力場構(gòu)造原理分析，NS向可能是受到應(yīng)力場主力的持續(xù)作用，造成主壓應(yīng)力作用的地電阻率測向數(shù)據(jù)呈上升趨勢。

5 ?結(jié)語

（1）嘉山臺地電阻率單月整點值在消噪處理后，背景噪聲依然很大，日變化形態(tài)不規(guī)律，每日極大極小值也不固定，但兩測向變化具有一致性。經(jīng)排查分析，背景噪聲主要為南京地鐵三號線干擾。

（2）嘉山臺地電阻率兩測向年變與溫度和降雨量有周期相關(guān)性，兩測向變化特征具有差異性，主要因為場地環(huán)境不同所導(dǎo)致。NS向數(shù)據(jù)曲線有部分年份時段出現(xiàn)斜型向上的趨勢，可能與應(yīng)力場作用有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 王燚坤，何康，李軍輝，等.合肥中心臺地電阻率地鐵干擾分析與抑制處理[J].華北地震科學(xué)，2019（3）：67-74.

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