樊曉春 解滔 吳帆 袁慎杰

1）南京市地震監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，南京 210008

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

地電阻率前兆觀測(cè)是從物探地電阻率方法移植而來(lái)的，1966年邢臺(tái)MS7.2地震后開始用于地震預(yù)測(cè)分析。在50多年來(lái)的連續(xù)監(jiān)測(cè)中多次記錄到了中強(qiáng)地震震前明顯的視電阻率異常，特別是唐山MS7.8、汶川MS8.0地震前的異常變化是前兆觀測(cè)對(duì)應(yīng)地震的經(jīng)典范例（錢復(fù)業(yè)等，1998；錢家棟等，2013）。隨著城市化進(jìn)程加快和軌道交通的大規(guī)模發(fā)展，相當(dāng)一部分地電阻率觀測(cè)臺(tái)站的觀測(cè)環(huán)境受到嚴(yán)重影響，臺(tái)站數(shù)已減少至70余個(gè)。影響地電阻率觀測(cè)的因素主要包括測(cè)區(qū)內(nèi)金屬管線、漏電電流及年變的干擾等（張世中等，2013；解滔等，2013、2014；張宇等，2016；王同利等，2017；沈紅會(huì)等，2017；樊曉春等，2018a），其中尤其是軌道交通運(yùn)行中產(chǎn)生的漏電電流會(huì)使地表長(zhǎng)極距、多方位的地電阻率觀測(cè)信噪比降低，以至于無(wú)法分析小的變化，如江寧地電臺(tái)（簡(jiǎn)稱江寧臺(tái)）的情況。由于井下觀測(cè)有助于減輕地表干擾，因而成為緩解地震觀測(cè)環(huán)境保護(hù)與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間矛盾的重要手段。井下地電阻率觀測(cè)實(shí)驗(yàn)始于20世紀(jì)80年代，但由于缺乏相關(guān)理論，對(duì)于不同實(shí)驗(yàn)地區(qū)由地下電性結(jié)構(gòu)差異所導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異很大的問(wèn)題難以給出解釋和建議，故對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析難以深入，早期建設(shè)的12個(gè)井下地電阻率觀測(cè)臺(tái)站僅剩廣東河源臺(tái)仍用于觀測(cè)。目前，有關(guān)井下觀測(cè)相關(guān)理論的研究已取得較多結(jié)果，聶永安等（2009、2010）通過(guò)求得水平層狀均勻介質(zhì)中點(diǎn)電流源位于任意深度時(shí)的電位解析表達(dá)式，研究了3層結(jié)構(gòu)的地表、井下四級(jí)對(duì)稱電阻率觀測(cè)結(jié)果與電極埋深、供電極距之間的關(guān)系；解滔等（2012a、2012b、2015、2016）采用該電位解析表達(dá)式分析了井下四級(jí)對(duì)稱電阻率觀測(cè)時(shí)一維、三維影響系數(shù)隨深度和極距的變化，并對(duì)井下地電阻率觀測(cè)中地表電流的干擾影響進(jìn)行了計(jì)算；毛先進(jìn)等（2014、2017）采用邊界積分方程法計(jì)算了下伏高阻、下伏低阻影響系數(shù)隨電極埋深和供電極距的變化，并計(jì)算了不同電極埋設(shè)時(shí)井下觀測(cè)的探測(cè)深度變化；王蘭煒等（2014）提出了井下地電阻率觀測(cè)在不同裝置情況下裝置系數(shù)的計(jì)算方法；沈紅會(huì)等（2014）研究了在抑制地鐵等表層干擾、提高信噪比時(shí)選擇極距和電極埋深的合理方案。

2008年起，河北大柏舍臺(tái)、甘肅天水臺(tái)與平?jīng)雠_(tái)、陜西合陽(yáng)臺(tái)、廣東河源臺(tái)、浙江長(zhǎng)興臺(tái)、江蘇海安臺(tái)與江寧臺(tái)等實(shí)施了井下34～225m深的地電阻率實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，并對(duì)裝置及觀測(cè)數(shù)據(jù)開展了相關(guān)分析（楊興悅等，2012；康云生等，2013；許忠祥等，2014；王蘭煒等，2015；劉君等，2015；趙斐等，2018；樊曉春等，2018b）。根據(jù)《井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見》①王蘭煒等，2017，井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見討論稿，目前井下實(shí)驗(yàn)觀測(cè)中電極埋深、極距符合要求的臺(tái)站較少，由于缺少相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)，這些臺(tái)站觀測(cè)裝置系統(tǒng)的建設(shè)基本是各自設(shè)計(jì)的，缺少必要的科學(xué)性和合理性。視電阻率觀測(cè)影響系數(shù)理論表明，觀測(cè)的視電阻率變化可被表述成測(cè)區(qū)不同區(qū)域介質(zhì)電阻率變化的加權(quán)和（錢家棟等，1985），因此可以通過(guò)不同的觀測(cè)極距、電極埋深時(shí)各區(qū)域介質(zhì)對(duì)視電阻率的影響系數(shù)來(lái)評(píng)估井下或地表觀測(cè)對(duì)地表干擾的抑制能力和對(duì)深部巖層電阻率變化的響應(yīng)能力（解滔等，2016）。江寧臺(tái)符合《井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見》①王蘭煒等，2017，井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見相關(guān)規(guī)范，為我國(guó)首個(gè)200m井深的臺(tái)站且井下觀測(cè)極距最長(zhǎng)達(dá)1000m，通過(guò)計(jì)算其影響系數(shù)來(lái)綜合評(píng)估江寧臺(tái)觀測(cè)系統(tǒng)，尤其是井下長(zhǎng)極距、短極距觀測(cè)對(duì)地表干擾的抑制能力具有一定的意義。本文依據(jù)聶永安等（2009、2010）、解滔等（2016）給出的電位表達(dá)式及程序，以江寧臺(tái)3層電性結(jié)構(gòu)為例，計(jì)算了江寧臺(tái)3層水平層狀均勻介質(zhì)中觀測(cè)極距和電極埋深變化時(shí)各層介質(zhì)的影響系數(shù)，并通過(guò)各層介質(zhì)影響系數(shù)的大小評(píng)估了江寧臺(tái)地表、井下觀測(cè)對(duì)地表、淺層干擾的抑制能力，解釋了各測(cè)道觀測(cè)數(shù)據(jù)的年變化幅度差異問(wèn)題，進(jìn)而結(jié)合《井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見》①王蘭煒等，2017，井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見中的要求提出了較理想的觀測(cè)極距和電極埋深方案，分析結(jié)果可以為類似電性結(jié)構(gòu)中實(shí)施井下地電阻率觀測(cè)提供參考。

1 江寧臺(tái)簡(jiǎn)介

江寧臺(tái)始建于1978年，因城市建設(shè)，先后于1994、2003年2次搬遷觀測(cè)場(chǎng)地，現(xiàn)位于南京市江寧區(qū)水荊墅村，測(cè)區(qū)為基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，周圍地形開闊平坦，地形高差不超過(guò)2m，地貌屬秦淮河沖積平原。測(cè)區(qū)構(gòu)造單元為溧水中生代火山巖盆地，位于F1南京-湖熟斷裂南西盤和F4方山-小丹陽(yáng)斷裂西盤的楔形地塊上，東距茅山斷裂帶30km，西北距長(zhǎng)江36km。地表地電阻率觀測(cè)始于2004年4月，采用ZD8BI型地電儀。2015年11月開始井下地電阻率觀測(cè)，采用ZD8BI型地電儀，該儀器為目前國(guó)內(nèi)布設(shè)最深的地電阻率觀測(cè)裝置。地表和井下相互獨(dú)立觀測(cè)，均采用四極對(duì)稱觀測(cè)方式，布極呈“十”字狀（圖1）。供電極、測(cè)量極布設(shè)情況和裝置系數(shù)見表1。

圖1 江寧臺(tái)地表、井下地電阻率觀測(cè)布極

2 地電阻率影響系數(shù)理論

江寧臺(tái)井下地電阻率觀測(cè)采用對(duì)稱四極觀測(cè)裝置，井下水平正交布設(shè)。根據(jù)視電阻率影響系數(shù)的計(jì)算方法可知，臺(tái)站觀測(cè)到的地電阻率變化為測(cè)區(qū)不同區(qū)域介質(zhì)地電阻率變化的加權(quán)和，因此，結(jié)合臺(tái)站實(shí)際的電性結(jié)構(gòu)，可以依據(jù)不同電極埋深、供電極距情況下的影響系數(shù)分布來(lái)綜合評(píng)估江寧臺(tái)井下觀測(cè)對(duì)淺層干擾的抑制能力和對(duì)深部巖層介質(zhì)電阻率變化的響應(yīng)能力。如果將電阻率測(cè)區(qū)劃分為任意的n塊區(qū)域，則每塊區(qū)域介質(zhì)電阻率為ρi（i＝1，2，…，n）。在測(cè)區(qū)電性結(jié)構(gòu)、布極位置及觀測(cè)裝置確定時(shí)，視電阻率ρa(bǔ)為各分區(qū)介質(zhì)電阻率的函數(shù)（錢家棟等，1985）

通常各分區(qū)介質(zhì)電阻率在一定時(shí)間內(nèi)的相對(duì)變化非常小，即 Δρi／ρi?1，因此，將式（1）作Taylor級(jí)數(shù)展開，二階及高階項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一階項(xiàng)，可忽略不計(jì)。視電阻率相對(duì)變化可以簡(jiǎn)單地表示為各分區(qū)介質(zhì)電阻率相對(duì)變化的加權(quán)和，即

Bi為影響系數(shù)，滿足其表達(dá)式為

測(cè)區(qū)介質(zhì)按任意大小劃分，用數(shù)值計(jì)算方法討論各區(qū)域介質(zhì)對(duì)視電阻率觀測(cè)的三維影響系數(shù)。本文主要討論各層介質(zhì)整體對(duì)觀測(cè)的影響，因此按照n層水平層狀結(jié)構(gòu)將測(cè)區(qū)劃分為水平層狀的n塊區(qū)域，采用解析表達(dá)式和二級(jí)裝置的奧尼爾濾波器（O'Neill36）計(jì)算對(duì)稱四極裝置的視電阻率和相應(yīng)的影響系數(shù)（姚文斌，1989；聶永安等，2009、2010）。

3 井下地電阻率觀測(cè)影響系數(shù)分析

3.1 地電阻率年變化幅度及特征

選取江寧臺(tái)地電阻率地表觀測(cè)2005～2017年、井下觀測(cè)2016～2017年資料，其中，井下觀測(cè)NS測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）因人工電位差較大而溢出，這導(dǎo)致2016年觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)3次臺(tái)階，因此僅計(jì)算2017年的數(shù)據(jù)；地表觀測(cè)NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）受蔬菜大棚的干擾影響較嚴(yán)重（樊曉春等，2018a），故將2013年5月、2014年8月及2015年9月由蔬菜大棚建設(shè)引起的長(zhǎng)趨勢(shì)性變化進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（圖2）。由圖2可見，江寧臺(tái)地電測(cè)區(qū)表層介質(zhì)電阻率的季節(jié)性變化顯著，表現(xiàn)為視電阻率的年變化，表明地表、井下觀測(cè)隨夏季降雨量的增加，表層介質(zhì)含水率升高，地表介質(zhì)電阻率降低，故引起視電阻率觀測(cè)值降低；而冬季降水量減少，表層介質(zhì)電阻率上升，視電阻率觀測(cè)值升高。因此，地表、井下觀測(cè)地電阻率均表現(xiàn)出“夏低冬高”的正常年變形態(tài)。

計(jì)算地表、井下觀測(cè)地電阻率數(shù)據(jù)的年變幅度（圖3）。由圖3可見，地表NS測(cè)向（AB＝100m；MN＝16m）觀測(cè)的地電阻率年變化幅度較大，表明短極距受表層介質(zhì)的影響較大，地表NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）年變化幅度顯著大于地表EW測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m），2013、2015年地表NS、EW測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）同步出現(xiàn)年變化幅度下降，這可能與測(cè)區(qū)周圍應(yīng)力場(chǎng)的壓性、張性變化有關(guān)。井下NS、EW測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）的年變化幅度較地表觀測(cè)顯著減小，表明井下短極距觀測(cè)受表層介質(zhì)的影響很小，且前者年變化幅度顯著大于后者（表2）。井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）年變化幅度小于地表NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m），說(shuō)明電極埋深至200m后，有效降低了表層介質(zhì)的影響，使其年變化幅度減小?？傮w來(lái)說(shuō)，由于江寧臺(tái)井下觀測(cè)電極埋深達(dá)200m，因而較好地抑制了地表雜散電流，顯著減少了觀測(cè)數(shù)據(jù)的年變化幅度，比較地表NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）和井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）的年變化幅度，說(shuō)明極距相近的情況下，深埋電極可以降低年變化幅度。另外，如表2所示，地表NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）的年變化幅度為地表EW測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）的2倍左右，而井下NS測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）的年變化幅度同樣為井下EW測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）的2倍左右，這可能與測(cè)區(qū)的電性結(jié)構(gòu)有關(guān)，需要通過(guò)各層介質(zhì)的影響系數(shù)來(lái)具體分析原因。

圖2 江寧臺(tái)地表、井下觀測(cè)地電阻率旬均值

圖3 江寧臺(tái)地表觀測(cè)地電阻率年變幅度

3.2 影響系數(shù)分析

江寧臺(tái)測(cè)區(qū)的高密度電法探測(cè)和電測(cè)深報(bào)告的NW-SE、NS測(cè)向結(jié)果表明，觀測(cè)區(qū)域的2條電測(cè)深曲線均具有“K”型特征，依據(jù)該電測(cè)深曲線在水平層狀均勻模型下反演的電性結(jié)構(gòu)見表3。由表3可見，電性結(jié)構(gòu)等效為3層，第2層為厚度較大的高阻層，在深度小于230m的2個(gè)測(cè)向分層厚度、各層電阻率分層參數(shù)一致，隨著深度的增加，電阻率逐步減小。本文以江寧臺(tái)3層水平層狀均勻介質(zhì)討論各層介質(zhì)影響系數(shù)隨電極埋深、觀測(cè)極距的變化以及同一地層模型中電極位于不同深度時(shí)影響系數(shù)隨供電極距的變化。

表2 江寧臺(tái)地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)年變幅度

表3 江寧臺(tái)電測(cè)深曲線反演的電性結(jié)構(gòu)

圖4（a）為井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）觀測(cè)時(shí)各層介質(zhì)影響系數(shù)隨電極深度的變化曲線。由圖4（a）可見，當(dāng)電極埋深H較小時(shí)，第2層介質(zhì)影響系數(shù)較大，說(shuō)明此時(shí)視電阻率的變化主要反映中間層介質(zhì)電阻率的變化，第3層介質(zhì)影響系數(shù)略大于第1層介質(zhì)影響系數(shù)。由地表至第1、2層分界面即H＝30m時(shí)，第2層介質(zhì)影響系數(shù)開始減小，第1、3層介質(zhì)影響系數(shù)開始增大。當(dāng)電極埋深H＝130m時(shí)，第3層介質(zhì)影響系數(shù)大于第2層介質(zhì)，第1層介質(zhì)影響系數(shù)迅速下降。當(dāng)電極埋深H＝200m時(shí)，視電阻率的變化主要體現(xiàn)底層介質(zhì)電阻率的變化，其次是第2層的變化。當(dāng)電極埋深繼續(xù)增加時(shí)，第1、2層介質(zhì)影響系數(shù)迅速減小，而底層介質(zhì)影響系數(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，趨近于1。表明各層介質(zhì)影響系數(shù)并非都隨著電極埋深的增加而呈現(xiàn)單調(diào)變化，井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）觀測(cè)在井深30～100m時(shí)對(duì)地表干擾具有放大作用，井深大于100m后，電極埋設(shè)越深，就越能抑制地表干擾和突出目標(biāo)層介質(zhì)電阻率的變化。另外，由圖4（a）還可見，井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）觀測(cè)電極埋設(shè)越深，則B1越小，因此從抑制淺層地表干擾能力方面來(lái)說(shuō)，200m并不是最佳的電極埋設(shè)深度。當(dāng)電極埋設(shè)深度大于900m時(shí)，B1才會(huì)小于0.5%，從而達(dá)到較好地抑制淺層地表干擾的能力。

圖4（b）為井下NS、EW測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）觀測(cè)時(shí)各層介質(zhì)影響系數(shù)隨電極埋設(shè)深度的變化曲線。由圖4（b）可見，當(dāng)電極埋深H較小時(shí)，第1、2層介質(zhì)影響系數(shù)較大，此時(shí)視電阻率的變化主要反映了表層、中間層介質(zhì)電阻率的變化。當(dāng)電極埋深H＝200m時(shí)，視電阻率的變化主要體現(xiàn)中間層介質(zhì)電阻率的變化。隨著電極埋設(shè)深度的增加，底層介質(zhì)影響系數(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，趨近于1。表明井下短極距觀測(cè)時(shí)電極埋設(shè)越深，對(duì)地表干擾的抑制能力越好，同時(shí)還表明井下觀測(cè)時(shí)只要觀測(cè)位置足夠深，就可以抑制地表干擾，突出深部信息。

圖4 江寧臺(tái)影響系數(shù)分析

圖4（c）為地表H＝4m時(shí)各層介質(zhì)影響系數(shù)隨觀測(cè)極距的變化。由圖4（c）可見，當(dāng)AB／2較小時(shí)，第1層介質(zhì)影響系數(shù)較大，此時(shí)視電阻率變化主要反映了表層介質(zhì)電阻率的變化；當(dāng)AB／2＞170m時(shí)，第2層介質(zhì)影響系數(shù)大于第1層；隨著AB／2逐漸增大，第3層介質(zhì)影響系數(shù)逐漸增加，第1、2層減小。

圖4（d）為電極埋深H＝200m時(shí)各層介質(zhì)影響系數(shù)隨觀測(cè)極距的變化。由圖4（d）可見，電極位于第2層。當(dāng)AB／2＜100m時(shí)介質(zhì)影響系數(shù)對(duì)電極所在層位電阻率的變化反映較突出，主要反映了第2層介質(zhì)電阻率的變化，對(duì)深部信息的反映能力逐漸增強(qiáng)，但同時(shí)對(duì)地表干擾的抑制能力也有所降低。如圖4（c）、4（d）所示，當(dāng)AB／2＞400m時(shí)，地表、井下觀測(cè)的影響系數(shù)值和變化形態(tài)相近；當(dāng)觀測(cè)極距足夠大時(shí)，各層介質(zhì)影響系數(shù)與地表觀測(cè)時(shí)趨于相近，井下觀測(cè)失去意義，這與解滔等（2016）的分析結(jié)論一致?！毒碌仉娮杪视^測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見》①要求遵循井下觀測(cè)中井深不小于AB的原則，也說(shuō)明在觀測(cè)極距增加的同時(shí)，電極埋深也需要逐步增加。

江寧臺(tái)地表、井下地電阻率觀測(cè)各個(gè)測(cè)向的供電極距與測(cè)量極距的比例不同，地表NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）、EW測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）和NS測(cè)向（AB＝100m；MN＝16m）觀測(cè)分別為1／3.33、1／3.33、1／6.25，井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）、NS測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）、EW測(cè)向（AB＝200m；MN＝50m）分別為1／5、1／4、1／4，因此，須分別根據(jù)解釋模型參數(shù)計(jì)算影響系數(shù)，B1、B2、B3分別為第1～3層的影響系數(shù)，各個(gè)測(cè)向的各層影響系數(shù)如表4所示。由全國(guó)地電阻率觀測(cè)臺(tái)站多年的觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，在淺層介質(zhì)影響系數(shù)絕對(duì)值不大于0.5%左右的情況下觀測(cè)數(shù)據(jù)較平穩(wěn)，季節(jié)性年變化幅度較?。ń馓系?，2016）。與地表觀測(cè)相比，江寧臺(tái)井下觀測(cè)的年變化幅度較小，井下短極距觀測(cè)的B1均小于地表觀測(cè)，表明井下短極距（AB＝200m；MN＝50m）觀測(cè)對(duì)淺層介質(zhì)電阻率變化的抑制能力好于地表觀測(cè)。井下短極距（AB＝200m；MN＝50m）觀測(cè)第2層介質(zhì)影響系數(shù)大于地表觀測(cè)，如果孕震作用引起第2層介質(zhì)電阻率的變化，則江寧臺(tái)井下短極距（AB＝200m；MN＝50m）觀測(cè)的映震能力要優(yōu)于地表觀測(cè)。井下NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）觀測(cè)的第3層介質(zhì)影響系數(shù)明顯大于地表觀測(cè)和井下短極距觀測(cè)，表明如果孕震作用引起第3層介質(zhì)電阻率的變化，那么江寧臺(tái)井下長(zhǎng)極距觀測(cè)映震能力要優(yōu)于井下短極距觀測(cè)和地表觀測(cè)。用 ρEW、ρNS分別表示江寧臺(tái)地表觀測(cè)EW、NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）的視電阻率，其相對(duì)變化值可用下式表示

根據(jù)式（4）、（5）可得，地表觀測(cè)NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）的年變化幅度為EW測(cè)向（AB＝1000m；MN＝300m）的2倍與其B1相關(guān)的結(jié)論。

表4 江寧臺(tái)影響系數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 關(guān)于江寧臺(tái)井下觀測(cè)裝置設(shè)計(jì)的討論

地電觀測(cè)裝置通常要求探測(cè)深度為300～500m，且越深越好。目前，地電阻率的探測(cè)深度計(jì)算方法尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，《井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見》①中采用物探電法計(jì)算了“K”型電性結(jié)構(gòu)3層模型（表5）時(shí)不同電極埋深、極距所對(duì)應(yīng)的探測(cè)深度，結(jié)果表明，供電極距AB為200、1000m，觀測(cè)裝置的電極埋深H＜100m時(shí)，探測(cè)深度增加速率較緩慢；當(dāng)電極埋深H＞100m時(shí)，探測(cè)深度增加速度加快（圖5（a）），這與毛先進(jìn)等（2017）采用邊界積分方程方法計(jì)算所得結(jié)論一致；當(dāng)電極埋深固定時(shí)，地表、井下探測(cè)深度隨極距線性增加，即極距越大，探測(cè)越深（圖5（b））。根據(jù)《井下地電阻率觀測(cè)技術(shù)指導(dǎo)意見》①，當(dāng)電極埋深為200m，供電極距AB為200、1000m時(shí)，探測(cè)深度分別為335.150、861.625m，基本滿足需求。

表5 “K”型分層模型

圖5 “K”型3層模型時(shí)探測(cè)深度隨電極埋深和供電極距的變化

江寧臺(tái)井下觀測(cè)裝置長(zhǎng)極距、短極距的供電極距AB與測(cè)量極距MN之比為1／5、1／4，分別采用表3的電性結(jié)構(gòu)NS測(cè)向解釋模型計(jì)算各層介質(zhì)影響系數(shù)隨供電極距AB和電極埋深H的變化，考慮到兩者比例的計(jì)算結(jié)果相似，僅列出比例為1／4時(shí)的計(jì)算結(jié)果（圖6）。由圖6（a）可見，當(dāng)極距AB／2＝150m、埋深H為0～50m時(shí)，第1層介質(zhì)影響系數(shù)變化幅度較大；當(dāng)AB／2≥150m、電極埋深H＞50m時(shí)，影響系數(shù)變化平穩(wěn)且數(shù)值較小。當(dāng)觀測(cè)裝置極距AB／2＜250m、電極埋深為30～250m時(shí)，第2層介質(zhì)影響系數(shù)占主導(dǎo)地位，達(dá)到0.6以上（圖6（b））。第3層介質(zhì)影響系數(shù)依據(jù)NS測(cè)向和解釋模型NW-SE測(cè)向所計(jì)算的結(jié)果略有不同（圖6（c）、6（d）），當(dāng)AB／2≤500m、電極埋深H＞250m時(shí)，第3層影響系數(shù)迅速增加。目前，江寧臺(tái)井下觀測(cè)系統(tǒng)中第2層介質(zhì)地電阻率的變化對(duì)觀測(cè)的影響最大。

一般認(rèn)為，孕震應(yīng)力主要引起深部介質(zhì)電阻率發(fā)生變化，地電阻率觀測(cè)裝置需兼?zhèn)浞从成畈拷橘|(zhì)的變化，因此江寧臺(tái)井下觀測(cè)系統(tǒng)需適當(dāng)加大電極埋深，由圖5可見，電極埋深H應(yīng)不小于250m?？紤]到井下觀測(cè)的工程投入和觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如江寧臺(tái)在建的井下垂直觀測(cè)裝置，由于深度達(dá)400m，供電和缺數(shù)問(wèn)題仍待解決，因而電極不宜埋設(shè)太深。江寧臺(tái)井下短極距（AB＝200m；MN＝50m）和長(zhǎng)極距NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）觀測(cè)的影響系數(shù)及觀測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，井下短極距觀測(cè)顯著強(qiáng)于長(zhǎng)極距觀測(cè)對(duì)地表干擾的抑制能力，井下長(zhǎng)極距NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）的電極埋深達(dá)到900m時(shí)，第1層介質(zhì)影響系數(shù)B1不大于0.5%才具備良好的對(duì)地表干擾的抑制能力。比較天水臺(tái)NS測(cè)向（AB＝300m；MN＝100m）和平?jīng)雠_(tái)NS測(cè)向（AB＝450m；MN＝150m）觀測(cè)的第1層介質(zhì)影響系數(shù)可知，電極埋深H同為100m時(shí)，前者明顯好于后者，表明當(dāng)深度一定時(shí)，AB／2不宜過(guò)長(zhǎng)。總體來(lái)說(shuō)，江寧臺(tái)井下觀測(cè)設(shè)計(jì)之初是為了減少地鐵的干擾，本文對(duì)影響系數(shù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，江寧臺(tái)電極埋深H取250m左右、AB／2取100～150m較合理。

圖6 江寧臺(tái)各層介質(zhì)影響系數(shù)隨供電極距及深度的變化

5 結(jié)論與討論

通過(guò)江寧臺(tái)電測(cè)深曲線反演的電性結(jié)構(gòu)，在3層水平層狀介質(zhì)模型下，計(jì)算了地表、井下地電阻率觀測(cè)的各層影響系數(shù)，利用影響系數(shù)分析了地表、井下觀測(cè)年變幅度的變化機(jī)理，研究了如何依據(jù)影響系數(shù)隨電極埋深和供電極距的變化來(lái)探討合適的井深和觀測(cè)極距，并結(jié)合探測(cè)深度對(duì)江寧臺(tái)井下觀測(cè)裝置進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：

（1）電極埋深H為200m時(shí)，供電極距不宜過(guò)長(zhǎng)，AB／2取100～150m較合理，如江寧臺(tái)井下長(zhǎng)極距NS測(cè)向（AB＝1000m；MN＝200m）觀測(cè)對(duì)地表淺層干擾抑制能力較差，電極埋深H小于100m時(shí)對(duì)地表介質(zhì)季節(jié)性干擾具有放大作用，僅當(dāng)電極埋深達(dá)到供電極距AB的90%時(shí)，第1層介質(zhì)影響系數(shù)B1才可能不大于0.5%。

（2）電極埋設(shè)越深，工程投入越大，觀測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性也越差，如江寧臺(tái)在建的地電垂向觀測(cè)裝置，井深最大達(dá)400m，其供電電源功率不足、觀測(cè)數(shù)據(jù)缺數(shù)多等問(wèn)題仍待解決。江寧臺(tái)井下觀測(cè)設(shè)計(jì)之初是為了減少地鐵的干擾，該裝置為目前國(guó)內(nèi)埋設(shè)最深的地電觀測(cè)裝置，為了兼顧第2、3層介質(zhì)電阻率的變化，若適當(dāng)加大電極埋深至250m，則較為合理。

（3）江寧臺(tái)地表、井下地電阻率觀測(cè)均表現(xiàn)出“夏低冬高”的正常年變形態(tài)，地表、井下NS測(cè)向觀測(cè)的年變化幅度均為EW測(cè)向的2倍左右，前者與第1層介質(zhì)影響系數(shù)B1相差約2倍有關(guān)，但后者B1相近，其原因還需進(jìn)一步討論。

致謝：匿名審稿專家對(duì)本文提出了寶貴的修改意見，作者表示衷心的感謝。