高 研，潘振宇，李 嬌，王海龍，康 健，劉長(zhǎng)生

（1綏化地震臺(tái)，黑龍江 綏化152000；2黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱150090）

綏化地震臺(tái)地電阻率干擾因素分析

高 研1，潘振宇1，李 嬌1，王海龍1，康 健2，劉長(zhǎng)生2

（1綏化地震臺(tái)，黑龍江 綏化152000；2黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱150090）

對(duì)綏化地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的一些干擾和影響因素進(jìn)行分析，針對(duì)影響地電阻率觀測(cè)精度的原因進(jìn)行探討，并找出較好的解決辦法。

地電阻率；干擾因素；測(cè)試研究

0 引言

近年來，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，基層臺(tái)站的觀測(cè)環(huán)境不同程度地受到破壞，受到許多地震學(xué)者的關(guān)注［1-4］。觀測(cè)中的干擾因素也隨之增多，而干擾直接影響地電阻率的觀測(cè)精度，地電阻率觀測(cè)精度nkσ計(jì)算公式：

公式中N指臺(tái)站的測(cè)道數(shù)，D指當(dāng)月的天數(shù)，H是1天中小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；是當(dāng)月第j測(cè)道、第i天、第k小時(shí)地電阻率測(cè)值的均方差，是當(dāng)月第j測(cè)道、第i天、第k小時(shí)地電阻率測(cè)值。在觀測(cè)中導(dǎo)致觀測(cè)精度變大的干擾因素有很多，如主機(jī)故障、穩(wěn)流電源故障、外線漏電、電極以及工業(yè)離散電流等。如何快速判定問題所在，是及時(shí)排除干擾，提高觀測(cè)精度的關(guān)鍵。

本文通過以下三種方法對(duì)綏化地震臺(tái)地電阻率干擾因素進(jìn)行研究：首先，通過對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的重新排查，來判斷主機(jī)、穩(wěn)流電源、外線路、電極是否對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)造成干擾。其次，通過在地電阻率觀測(cè)場(chǎng)地架設(shè)地電場(chǎng)儀器，對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域與頻域的分析。再次，通過對(duì)場(chǎng)地的工頻測(cè)試來判斷觀測(cè)場(chǎng)地附近是否有工頻干擾。最后通過研究來判斷影響地電阻率觀測(cè)資料的干擾類型。

1 綏化地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)概況

1.1 地理位置及地質(zhì)構(gòu)造

綏化地震臺(tái)的地電阻率觀測(cè)區(qū)位于黑龍江省綏化市西郊，海拔高度為179米 ，地勢(shì)非常平坦。綏化在大地構(gòu)造上屬新華夏系松遼沉降帶，位于綏化凹陷之中。東接小興安嶺隆起，第四紀(jì)地層厚80米左右 ，第四紀(jì)地層不整合覆蓋在白堊紀(jì)地層之上，白堊紀(jì)地層厚度可達(dá)200米左右，表層電阻率較均勻，臺(tái)址條件非常理想。地電阻率測(cè)區(qū)周圍地形開闊，除一條高速公路收費(fèi)站外無任何建筑物。

1.2 地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)

綏化地震臺(tái)地電阻率采用ZD8BI型數(shù)字化地電場(chǎng)觀測(cè)儀，該儀器的主要技術(shù)性能為：（1）分辨率：測(cè)量自然電位差Vsp為0.1mv；測(cè)量人工電位差ΔV為0.01mv；測(cè)量供電電流為0.1mA；（2）電壓測(cè)量準(zhǔn)確度：±（0.02%讀數(shù)+0.003%滿度值）20℃±2℃；±（0.2%讀數(shù)+0.05%滿度值）0～40℃；（3）線性度：±（0.02%讀數(shù)+0.005%滿度值）0～40℃；（4）動(dòng)態(tài)范圍大于100dB；（5）輸入電阻大于100M·Ω。布設(shè)NS、EW測(cè)向，供電極距為1000米，測(cè)量極距為300米，電極采用1000x1000x5mm鉛板，架設(shè)方式為地埋（圖1）。

圖1 綏化地震臺(tái)地電阻率布極圖Fig.1 Distribution of geo-electric resistivity station in Heilongjiang province

2 綏化臺(tái)地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)變化分析

本研究選取綏化地震臺(tái)2015年11月4日—11月7日小時(shí)值數(shù)據(jù)，從它的時(shí)域波形可以看出地電阻率數(shù)據(jù)個(gè)別值在平均值附近波動(dòng)較大，小時(shí)值均方差明顯大于平時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的正常值，NS向測(cè)道均方差要大于EW向測(cè)道（見圖2）。在地電阻率觀測(cè)中，是用正反向供電和多次觀測(cè)值求平均來減小誤差，誤差大小用均方根誤差1nσ-來表示。1nσ-值的大小反映了多個(gè) 觀測(cè)值的離散度，同時(shí)反映了觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)環(huán)境的好壞，當(dāng)觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)條件相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，當(dāng)nσ增大時(shí)，反映觀測(cè)值離散度增大，觀測(cè)值不穩(wěn)定。

圖2 2015年11月4日—11月7日綏化地震臺(tái)地電阻率、均方差小時(shí)值數(shù)據(jù)Fig.2 Suihua seismic station in November 4， 2015 -November 7th ground resistivity， mean square error data

3 綏化臺(tái)地電阻率干擾因素探究

3.1 觀測(cè)系統(tǒng)檢查及觀測(cè)環(huán)境分析

按照《規(guī)范》要求， 2015年11月20日臺(tái)站人員對(duì)綏化地震臺(tái)的地電阻率進(jìn)行了常規(guī)檢查、維護(hù)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)分析。具體情況如下：

3.1.1 ZD8BI地電阻率觀測(cè)儀器

對(duì)觀測(cè)儀器進(jìn)行標(biāo)定檢查，結(jié)果合格。更換備用儀器，觀測(cè)結(jié)果無變化。說明觀測(cè)儀器正常。

3.1.2 觀測(cè)線路

綏化地震臺(tái)地電阻率新建時(shí)埋設(shè)的電纜線為定制的單鎧雙護(hù)套3芯電纜，2012年臺(tái)站附近高速路的修建，破壞了NS向供電極外線路，導(dǎo)致有40m的供電線路在高速路的引路下面，線路接頭在高速路兩側(cè)，北點(diǎn)電極距離高速路150m。檢查外線路絕緣電阻、供電線路漏電電流、漏電電位差，符合《規(guī)范》要求，檢查結(jié)果見表1。通過檢查發(fā)現(xiàn)NS向供電電極外線路為300M·Ω， 考慮到是否為高速路引路下40m觀測(cè)線路出現(xiàn)問題。因?yàn)樵诖笥旰驨S向觀測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)均方差較大的情況，但持續(xù)時(shí)間較短，筆者決定對(duì)引路兩側(cè)的外線路進(jìn)行檢查，打開兩側(cè)接頭處防水膠帶，發(fā)現(xiàn)接頭處鐵鎧已經(jīng)生銹，打開電纜線與電極線接頭處防水膠帶，發(fā)現(xiàn)部分銅芯有氧化現(xiàn)象，說明線路進(jìn)水，造成觀測(cè)精度降低可能與銅芯線氧化有關(guān)。為了保證觀測(cè)資料質(zhì)量，筆者決定將引路下40M測(cè)量線換掉。更換新線路后發(fā)現(xiàn)均方差明顯改善了很多，同時(shí)發(fā)現(xiàn)均方差從11時(shí)0.16Ω·m逐漸下降到20時(shí)0.02Ω·m，但從21時(shí)開始又逐漸變大，說明換線后干擾并未排除。

表1 測(cè)量線絕緣電阻檢查、供電線漏電檢查表

3.1.3 觀測(cè)電極

電極接地電阻檢查符合規(guī)范要求，檢查結(jié)果見表2，說明電極沒有問題。

表2 電極接地電阻檢查表

3.1.4 觀測(cè)環(huán)境

距離場(chǎng)地最近的為高速路收費(fèi)站，距離北點(diǎn)電極約500m，排查收費(fèi)站的用電設(shè)備和變壓器，滿足《規(guī)范》要求。

3.2 地電場(chǎng)時(shí)域與頻域分析

圖3 2015年12月5日—12月30日地電場(chǎng)時(shí)域曲線Fig.3 Time domain curves of ground electric field from December 30th to December 5， 2015

圖4 2015年12月5日—12月30日地電場(chǎng)頻域曲線Fig.4 Frequency domain curve of -December 5 to December 30th ，2015

2015年11月27日在地電阻率場(chǎng)地內(nèi)布設(shè)地電場(chǎng)觀測(cè)線路，地電場(chǎng)外線路布設(shè)方式為十字型，布設(shè)了NS、EW、N45oE六條測(cè)線，其中長(zhǎng)極距為400m，短極距為200m。測(cè)試儀器為ZD9A-2B地電場(chǎng)儀（秒采樣），電極型號(hào)為不極化電極，埋深為2米，測(cè)試時(shí)間為2015年 12月05日—12月30日共26天數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中能看到地電場(chǎng)數(shù)據(jù)受到地電阻率供電影響，供電時(shí)間是每小時(shí)05分-15分，做數(shù)據(jù)分析時(shí)，去掉每小時(shí)前20分鐘數(shù)據(jù)，去掉后的地電場(chǎng)時(shí)域曲線（圖3），并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換計(jì)算，得到頻域曲線（圖4）。從地電場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域看并沒有明顯的干擾，其中時(shí)域曲線中20日到22日觀測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大是因?yàn)榘l(fā)生地電爆，地電爆K指數(shù)為6。

3.3 工頻干擾測(cè)試

2015年12月7日，筆者對(duì)地電測(cè)試場(chǎng)地做了工頻干擾測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。從測(cè)試結(jié)果可以看出來，在CH1-CH2工作方式下平均讀數(shù)：NS、EW向各為0.06V、0.05V，Eind分別為0.15V/km、0.13V/km。測(cè)試結(jié)果符合《規(guī)范》要求，臺(tái)站附近無明顯工頻干擾。

表3 綏化地震臺(tái)地電觀測(cè)場(chǎng)地工頻測(cè)試記錄

4 技術(shù)措施

4.1 觀測(cè)儀器的升級(jí)改造

根據(jù)以上測(cè)量分析結(jié)果，筆者針對(duì)當(dāng)前地電臺(tái)站使用的ZD8BI地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)，采用了中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所張世中老師研發(fā)的芯片進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)措施，通過更新儀器芯片提高儀器的抗干擾能力，通過增加正反向測(cè)量組數(shù)和提高供電電流后，觀測(cè)精度大幅度提高，觀測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)到正常觀測(cè)值，保證了地電阻率的觀測(cè)質(zhì)量。

4.2 采用偽隨機(jī)供電方式

ZD8B系列地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)——偽隨機(jī)供電方式，可大大降低已知周期干擾信號(hào)對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響［5］。根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬，采用偽隨機(jī)供電方式，在正反向測(cè)量組數(shù)為10時(shí)，測(cè)量誤差可被抑制到原來的25%以下，但仍然不能滿足規(guī)范要求.若進(jìn)一步增加測(cè)量組數(shù)，同樣會(huì)加長(zhǎng)儀器的工作時(shí)間，所以采用觀測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)有的偽隨機(jī)供電方式，其抑制效果并不比增加測(cè)量組數(shù)方法更好［6］。

5 結(jié)束語

通過對(duì)綏化地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的綜合分析，得到以下結(jié)論：

（1）地電阻率測(cè)區(qū)尚看不出明顯的有規(guī)律的干擾，因此不存在一個(gè)主導(dǎo)的干擾源。

（2）排除臺(tái)站地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)故障因素和臺(tái)站附近工頻干擾因素。

（3）通過技術(shù)改進(jìn)，增加測(cè)量組數(shù)和提高供電電流，明顯抑制了場(chǎng)地的不明干擾源，保證了地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

致謝：該研究得到中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所張世中老師和張宇老師的大力支持與幫助，在此表示衷心感謝！

［1］王福才，趙衛(wèi)紅，蔣延林，等.高郵地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)精度干擾原因分析及排除方法［J］.地震學(xué)報(bào)，2002，22（4）：36-39.

［2］沈紅會(huì)，劉廣寬，黃莆德銀，等.南京臺(tái)地電阻率觀測(cè)精度影響分析［J］.華南地震，2005，25（2）：75-79.

［3］張國(guó)清.減少干擾時(shí)間提高地電阻率觀測(cè)精度［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2009，30（增1）：116-119.

［4］張秀霞，李飛，楊馮威，等.蔬菜大棚對(duì)新沂地震臺(tái)地電阻率的影響［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2009，30（增1）：32-36.

［5］張世中，趙家騮，王燕瓊.一種消除地電阻率觀測(cè)中隨機(jī)誤差的新方法［J］.西北地震學(xué)報(bào)，2001，23（1）：88-91.

［6］張世中，石航，王蘭煒，等.地電臺(tái)站受城市軌道交通干擾的測(cè)試分析與抗干擾措施研究［J］.地震學(xué)報(bào)，2013，35（1）：117-124.

DISTURBING FACTORS ANALYSIS OF THE EARTH RESISTIVITY AT SUIHUA SEISMIC STATION

GAO Yan1，PAN Zhen-yu1， LI Jiao1，WANG Hai-long1，KANG Jian2，LIU Chang-sheng2

（1.Suihua seismic station，Heilongjiang Suihua 152000，China；）
（2.Heilongjiang Earthquake Administraion，Heilongjiang Harbin 150090，China；）

Based on the analysis of the interference and influence factors in the processing of earth resistivity observation at Suihua Seismic Station， we discuss the reasons for the influence of the accuracy of the earth resistivity observation， and try to find the better treatment method for this question.

earth resistivity； lnterference factor； test and research

P315.72

A DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.03.010

1674-8565（2016）03-0052-05

2016-05-16

2016-06-18

黑龍江省地震局一般性課題（201503）資助

高研（1980-），男，黑龍江省綏化市人，工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測(cè)和分析預(yù)報(bào)工作。