王 力，曾 程，郎韻宏，王元平，趙民淵，降 城

（四川省地震局甘孜地震監(jiān)測中心站，四川 甘孜 626799）

地電阻率觀測法是觀測地球介質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)隨著時間的變化來進(jìn)行預(yù)報地震的方法之一。在地震預(yù)報研究中，一般說來，與場地的觀測（如地電場、地磁場、形變場和水文場的觀測）相比，物質(zhì)屬性的定點(diǎn)觀測（如波速、密度、電阻率和熱導(dǎo)率等的觀測）相對要穩(wěn)定得多。作為物質(zhì)屬性之一的電阻率也可以通過直觀的形態(tài)時間序列對比來發(fā)現(xiàn)它是否發(fā)生變化。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及城鎮(zhèn)化的建設(shè)，觀測環(huán)境已影響到地電阻率的正常監(jiān)測，造成從地電觀測數(shù)據(jù)中采集有用地震前兆信息的難度加大，如金屬構(gòu)件的存在或者等效地改變了測區(qū)電性結(jié)構(gòu)，或者等效地改變了觀測系統(tǒng)的裝置參數(shù)，使得地電阻率觀測值造成某種畸變，加之它們的影響大多并不穩(wěn)定，會導(dǎo)致地電阻率觀測中出現(xiàn)無法辨別或者無法定量排除的種種變化（錢家棟，2010）。本研究通過對甘孜地震臺（以下簡稱“甘孜臺”）地電阻率觀測資料中較突出的觀測環(huán)境、儀器故障、人為因素、降雨和雷電等干擾因素進(jìn)行分析，有助于促進(jìn)該數(shù)據(jù)在地震分析預(yù)報中的應(yīng)用。

1 臺站電阻率觀測背景

甘孜臺屬于國家級基本臺站，1970年建臺，1973年遷至現(xiàn)址。臺站現(xiàn)位于甘孜縣城郊區(qū)東南方向斯俄鄉(xiāng)境內(nèi)的布絨郎山下，占地面積15 750 m2；海拔3 360 m；臺站距川藏公路北線主干公路334 m；距甘孜縣縣城4.5 km。臺區(qū)范圍氣候主要受西北寒流影響，屬高山寒溫帶氣候，年降雨量少，空氣干燥，晝夜溫差大，冬季氣候寒冷，平均日溫差20℃，最低氣溫接近-30℃。甘孜臺地處北西向鮮水河斷裂帶與甘孜—玉樹斷裂帶之間的巖橋區(qū)內(nèi)，臺站距南側(cè)的甘孜—玉樹斷裂帶約2.5 km。

1.1 氣象水文及地質(zhì)情況

地電布極區(qū)處于甘孜縣斯俄盆地布絨朗山腳一線，靠北是布絨朗山脈，其它三個方向地勢平坦、開闊，坡降不大；觀測場設(shè)在第四系含碎石的粘土、亞粘土的高階地上的沖積物無鹽堿旱地農(nóng)田上，其厚度15～40 m，下伏巖石主要為細(xì)粒石英砂巖，巖性破碎，裂隙發(fā)育，裂面上有水銹及方解薄膜，其間夾有不到一米厚的炭質(zhì)板巖，70 m以下的巖石較完整；地下水豐富，埋深7～9 m可見水的流向由北西經(jīng)過測區(qū)轉(zhuǎn)向南東，屬于低阻層地段。

1.2 地層巖性及布極

鉆孔處地層以三疊系炭質(zhì)板巖和變質(zhì)砂巖為主，上部為厚約30 m的第四系覆蓋層，在北方向陡坎部位有變質(zhì)砂巖露頭。第四系覆蓋層上部碎石土為厚約10 m，下部砂土層、卵石層厚約20 m，結(jié)構(gòu)松散稍密。甘孜臺地電阻率采用非對稱“L”布設(shè)，公用公共點(diǎn)（B1、B2），采用N10°E、N60°W兩測線（如圖1和表1）。

圖1 地電阻率布極示意圖

表1 甘孜地震臺水平層狀電性結(jié)構(gòu)

2 干擾數(shù)據(jù)分析

2.1 漏電干擾

常見的觀測裝置系統(tǒng)干擾包括儀器、外線路、電極、電源故障、外線路漏電、電極不穩(wěn)和儀器老化等情況，可造成數(shù)據(jù)畸變或者高頻波動等現(xiàn)象。其中數(shù)采故障、外線路斷線、斷電等會造成觀測系統(tǒng)儀器無法正常工作；電源供電不穩(wěn)、電極老化、外線路漏電等會使數(shù)據(jù)打破日常規(guī)律、出現(xiàn)畸變。從甘孜臺地電阻率儀器ZD8BI安裝好后，數(shù)據(jù)就出現(xiàn)了畸變，產(chǎn)生約3%的跳動（見圖2a），一直找不到原因，直到2009年9月12日才發(fā)現(xiàn)該棟建筑的流體觀測房有漏電現(xiàn)象。原來是在2005年修建綜合辦公房安裝流體觀測室房門時，膨脹螺絲蹭破插座接頭，導(dǎo)致整棟房屋存在漏電，2006年在安裝數(shù)字儀器時，甘孜臺沒有專門的接地地網(wǎng)，儀器的接地是安裝在建筑物（機(jī)房房屋）的地網(wǎng)上，電源的不穩(wěn)定加上漏電引起觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)不規(guī)則跳變，對比該時間段的體應(yīng)變數(shù)據(jù)，也可以明顯看出漏電對數(shù)據(jù)造成的影響（見圖2b）。2009年9月14日取走該螺絲，包扎破損線路后，干擾問題便得到了解決了。圖2c是2009年9月17日、9月19日N10°E測道外線路破損，破損處搭在樹枝上引起漏電造成的數(shù)據(jù)畸變，產(chǎn)生了約0.36%的突跳，重新包扎并砍掉樹枝，數(shù)據(jù)變化便恢復(fù)平穩(wěn)（在±0.05%范圍內(nèi)變化）。

圖2 漏電干擾

2.2 觀測環(huán)境干擾

地電測區(qū)環(huán)境條件的變化是地電觀測中較為常見的一種干擾因素，如周邊農(nóng)田灌溉、場地施工、地下金屬管線布設(shè)、地鐵干擾、強(qiáng)電磁擾動及地球電磁場等的變化均會對地電觀測產(chǎn)生一定的影響。2010年8月1日至8月21日在測區(qū)距離N10°E測量極約20 m的地方開始修建磚廠，引起N10°E測道數(shù)據(jù)變化，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)不規(guī)律頻繁跳變（如圖3a），變化率在0.85%～0.23%，難以辨別數(shù)據(jù)的真實(shí)變化形態(tài)。

2016年8月在測區(qū)內(nèi)靠近N10°E的地方，工作人員開始修建圍墻，圍墻每隔10 m多就有一個鋼筋水泥柱子，最近的柱子離N10°E測道供電極A極僅2.6 m，導(dǎo)致雨季時地電觀測數(shù)據(jù)突然上升，上升幅度為7.35%，直至10月10日雨季結(jié)束后才又開始回落，電阻率值呈現(xiàn)方波變化。經(jīng)分析研究認(rèn)為，該時間段的變化屬于測區(qū)環(huán)境和降雨共同作用的影響（見圖3b），測區(qū)周圍設(shè)施的建設(shè)改變了介質(zhì)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而造成人工電場的分布變化，致使地電阻率觀測值發(fā)生變化。

圖3 觀測環(huán)境干擾

2.3 雷電及降雨干擾

自然環(huán)境的變化對地電阻率的干擾較為普遍，降雨、溫度、大風(fēng)和降雪等變化均對地電阻率產(chǎn)生一定的影響。甘孜地電阻率的長周期變化形態(tài)主要是伴隨著降雨變化而產(chǎn)生的，也是地電年變化產(chǎn)生的主要原因。甘孜臺地處高原，雷電天氣較多，盡管臺站加強(qiáng)管理措施，遇強(qiáng)雷電時及時關(guān)閉交流電源，并在天氣特別惡劣的情況下，斷開交流電，在實(shí)際工作中受到的雷電干擾極少，但雷電對觀測數(shù)據(jù)仍然有一定的影響，主要表現(xiàn)為觀測曲線發(fā)生尖銳突跳，測值大幅度增大或減小，如圖4a所示，2011年9月27日15∶00和9月28日17∶00電阻率值因雷電干擾造成數(shù)據(jù)突跳，突跳幅度跟雷電的強(qiáng)弱有關(guān)。

甘孜臺每年1～3月和11～12月為少雨或無雨時節(jié)，降雨主要集中在每年的4～10月，歷年平均降雨量在653～917 mm，為附近地區(qū)的少雨中心。甘孜臺2012年1月至2016年12月及2018年1月至2019年12月的地電阻率和降雨量觀測資料如圖4b所示。表層介質(zhì)電阻率隨季節(jié)變化顯著，夏季降水量較多且表層水為液態(tài)，介質(zhì)電阻率相對較低，冬季降水較少且甘孜臺表層土壤處于凍結(jié)狀態(tài)，介質(zhì)電阻率較高。甘孜臺兩測道地電阻率在夏季降水量增加時，淺層介質(zhì)電阻率值降低時觀測值上升，而在冬季降水量減少和地表土層處于封凍，淺層介質(zhì)電阻率值上升時觀測值下降，年變形態(tài)表現(xiàn)為“夏高冬低”，與我國大多數(shù)臺站地電阻率“夏低冬高”年變形態(tài)相反，同時年變幅度也較大，約為觀測值的8%（圖4b）。解滔等（2013）在分析2013年蘆山地震前甘孜臺地電阻率變化時，針對該現(xiàn)象采用表1中的層狀電性結(jié)構(gòu)，計算N10°E和N60°W測道各層介質(zhì)影響系數(shù)，甘孜臺兩測道在供電極距250 m時地表兩層介質(zhì)對地電阻率的影響系數(shù)為負(fù)。因此在淺層介質(zhì)電阻率受降雨影響季節(jié)性變化時，甘孜臺的地電阻率數(shù)據(jù)表現(xiàn)出與之相反的年變化。同時兩測道地表兩層介質(zhì)的影響系數(shù)也顯著大于其他臺站，表層介質(zhì)相對變化量對地電阻率變化的貢獻(xiàn)較大，因而甘孜臺地電阻率的年變化幅度較大（劉川琴等，2017）。

圖4 甘孜臺雷電及雨季干擾曲線

2.4 人為干擾

甘孜臺因地理位置特殊，雷電強(qiáng)度大、頻率高。為防止儀器遭雷擊，在雷雨天有時會采取斷電，關(guān)閉儀器的做法，引起數(shù)據(jù)缺記。另外，偶爾會因為觀測人員操作不當(dāng)出現(xiàn)干擾數(shù)據(jù)，如圖5是2009年8月19日儀器遭雷擊損壞，取回修好重新安裝后，N10°E和N60°W兩測道地電阻率值均出現(xiàn)數(shù)據(jù)減小現(xiàn)象，N10°E測道電阻率值較原始數(shù)據(jù)減小76.05%、N60°W測道電阻率值較原始數(shù)據(jù)減小28.6%，在查看相關(guān)儀器說明書后，發(fā)現(xiàn)儀器正常運(yùn)行時裝置系統(tǒng)穩(wěn)定儀的開關(guān)應(yīng)該置于“關(guān)”，而在8月19日安裝好儀器后該開關(guān)置于“手動斷線”，于9月15日發(fā)現(xiàn)問題后，并將開關(guān)置于“關(guān)”上后，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

圖5 裝置系統(tǒng)設(shè)置錯誤干擾

2.5 其它不明原因干擾

原N10°E測道測量極距為120 m，2011年8月17日因317國道擴(kuò)建，原測量電極位置被覆蓋，兩新測量電極位置各自向供電電極方向移動10 m，移動后測量極距為140 m。以表1中N10°E測道電性結(jié)構(gòu)，采用二極裝置濾波器算法計算N10°E測道在測量電極移動前后地電阻率變化，計算結(jié)果為：測量電極移動前的地電阻率為66.34Ω·m，測量電極移動后的地電阻率為70.38Ω·m，比移動前出現(xiàn)了4.04Ω·m的階躍上升變化（如圖6）。

圖6 甘孜臺N10°E測道測量極遷移前后曲線圖

3 結(jié)論

地電阻率觀測歷史悠久，目前已有很多專家學(xué)者對地電阻率的干擾因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，但各臺站場地和環(huán)境的差異，使得地電干擾特征表現(xiàn)不同，結(jié)合甘孜臺2009年以來的地電儀器運(yùn)行情況及觀測資料分析，甘孜臺地電觀測系統(tǒng)存在的干擾主要有以下五種：漏電、觀測環(huán)境、雷電及降雨、人為因素和其他不明原因干擾。通過對甘孜地震臺地電阻率的各種干擾分析與整理，明確了臺站干擾分析的因素，為今后的觀測數(shù)據(jù)分析及排除干擾奠定基礎(chǔ)。