番紹輝，段勝朝，曾慶堂，楊銘昌，孫自剛

(云南省地震局騰沖地震臺，云南 騰沖 679100)

0 引 言

地震在孕育過程中，震源區(qū)應(yīng)力積累以及巖體內(nèi)的微裂膨脹，均會引起該區(qū)域地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)改變[1]。地電阻率是地殼介質(zhì)的一項重要物理參數(shù)，地電阻率觀測主要反映地下介質(zhì)的電性變化。利用地電阻率與地震相關(guān)的變化信息可以了解地下應(yīng)力變化和巖體破裂過程，為地震預(yù)報提供可能的途徑[2]。長期觀測實踐證明，地電阻率觀測是一種可靠的地震中短期異常判定和識別方法。但由于觀測技術(shù)系統(tǒng)及環(huán)境變化等原因，在觀測資料中經(jīng)常出現(xiàn)與地震孕育及地殼區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)的變化，這些變化對地電阻率觀測造成干擾，從而給地電阻率的異常識別和有效信息的提取帶來困難，因此如何正確認識并排除觀測數(shù)據(jù)中的干擾成為一項迫在眉睫的工作。

近年來，隨著騰沖市經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，騰沖地震臺測區(qū)附近的基建工程和農(nóng)戶生產(chǎn)生活等造成干擾使騰沖臺地電阻率觀測資料受到嚴重影響。加之騰沖市位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨季較長，降雨量較多，且雷電天氣頻繁，地電阻率觀測數(shù)據(jù)常年受到雷電、降雨的干擾，使地震監(jiān)測預(yù)報研究受到較大影響。因此，迫切需要對騰沖地震臺地電阻率的干擾進行分析、總結(jié)和研究，以便快速、有效地識別出不同原因引起的干擾。針對不同的干擾類型，采取合理的處理方法，以保障前兆觀測數(shù)據(jù)的真實性，為震前異常判定提供依據(jù)。利用騰沖地震臺2015～2019年的地電阻率觀測資料，分析地電阻率典型干擾類型，判定其干擾原因，分析不同類型干擾源的物理機制及其引起地電阻率的曲線變化特征，提出合理可行的解決方法。

1 騰沖地震臺地電阻率觀測背景

騰沖地震臺(以下簡稱騰沖臺) 始建于 1970年，位于騰沖城郊東南邊前董庫自然村閆家塘邊，距騰沖市區(qū)約3 km，距中緬邊界約 70 km。臺站地處怒江深大斷裂帶、瀘水—瑞麗斷裂帶以西，位于印度板塊與歐亞板塊碰撞俯沖的邊界。臺址位于以全新世沖積層、熔巖為基底的騰沖盆地東側(cè)近山麓地帶，處在騰沖火山分布區(qū)內(nèi)。騰沖盆地屬熔巖盆地堆積地貌類型，盆地海拔1 620～1 640 m。測區(qū)周圍地層為第四系堆積物，堆積物主要由沖積、沖洪積、沖湖積之砂礫石層、粘土層并夾泥炭、硅藻土等組成，巖性為下更新統(tǒng)安山巖類英安巖。

騰沖臺地電阻率觀測采用四極對稱方式布極觀測，布極區(qū)位于騰越鎮(zhèn)尚家寨村西南邊基本農(nóng)田保護區(qū)內(nèi)。布極中心點距離臺站約1 600 m，測線布設(shè)在騰沖盆地后山斷層與上馬廠斷層交匯的東側(cè)后山斷層的南東盤上。布極方位按正南北，正東西，十字交叉垂直架設(shè)，供電極距1 700 m，測量極距400 m，裝置系數(shù)k=5 360，電極板為1×1×0.004 m鉛板，電極埋深3 m，埋設(shè)電極時鉛板水平放置。布極區(qū)地下水位埋深較淺，一年之中最低時為70 cm左右，地表泥土含水率很高，布極區(qū)地勢較為平坦，地形較為開闊，電極埋設(shè)處地層巖性為砂質(zhì)粘土、炭質(zhì)粘土夾泥炭、砂礫石層，北端供電電極位于騰沖東湖公園內(nèi)，受公園綠化灌溉干擾較為明顯。

圖1 地電阻率布極

2 干擾分析

2.1 地電阻率中長期變化趨勢

正常情況下，地電阻率的整點值存在著一個比較穩(wěn)定的背景值，除個別點外，基本在3 倍均方差范圍內(nèi)波動，數(shù)值的變化范圍都小于0.5%[3]。騰沖臺地電阻率自觀測以來，觀測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，正常動態(tài)日變幅低于0.5%，符合地電阻率觀測規(guī)范要求，騰沖夏秋季節(jié)降雨量較多，冬春季節(jié)降雨量較少，故中長期變化趨勢具有夏秋低、冬春高的特點(圖2)。

圖2 騰沖地震臺地電阻率正常動態(tài)變化曲線

2.2 金屬管道干擾

關(guān)于埋地金屬管道對地電阻率觀測的影響，已有諸多地震工作者進行了相關(guān)研究，胡德軍等通過對埋地金屬管道影響視電阻率觀測的數(shù)值模擬分析認為：①金屬管道與地下介質(zhì)的電性差異越大，干擾就越大。②管道在場區(qū)的長度越長影響越大,同時與金屬管道存在的部位有關(guān)，距布極中心或測線越近干擾越大。在其他條件相同時，金屬管道處于測量極附近時的干擾大于處于供電極附近時的干擾。③在同一電極附近時，平行于測道的干擾要大于垂直測道的干擾[4]。2016年11月13日受測區(qū)農(nóng)戶鋪設(shè)金屬管道的干擾，騰沖臺地電阻率東西向觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)測值異常，東西向測值由11時129.21 Ω·m下降至13 時128.54 Ω·m，降低了0.67 Ω·m，降幅超過0.5%；至14日22時，東西向測值下降至127.93 Ω·m，降低了1.28 Ω·m，降幅為1%；11 月15 日13 時，地電阻率觀測數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)折上升，15 日20時上升至131.02 Ω·m，上升幅度約為2.5%；2016年11月15日～2017年5月23日東西向測值一直處于高值；2017年5月24～26日將金屬管道更換為PVC塑料管道后，5月28日地電阻率東西向測值下降并恢復(fù)到架設(shè)金屬管道前的動態(tài)觀測數(shù)據(jù)(圖3)。

圖3 地電阻率東西向受金屬管道干擾曲線

2.3 灌溉干擾

地電阻率長趨勢變化與地下淺層水位變化具有較強的同步性錢家棟等認為巖石中空隙含水量變化及構(gòu)造指數(shù)變化都對地電阻率觀測產(chǎn)生影響，其中孔隙含水量變化影響明顯，觀測場地地下潛水層水位的變化，使得表層含水量隨之增加或減少，是造成表層介質(zhì)地電阻率變化的一個主要原因[5]。

2019 年12月3～24日，騰沖臺地電阻率南北向觀測曲線每日呈下降后上升態(tài)勢，電阻率觀測值由126.50 Ω·m 左右下降到125.30 Ω·m，變化幅度為0.95%，觀測曲線見圖4。巡查觀測場地發(fā)現(xiàn)，北端供電電極附近園林工人每日9時澆水灌溉草坪，因北端供電極所在農(nóng)田土質(zhì)為黏土，孔隙含水量變化較慢，導(dǎo)致每日12時后觀測數(shù)據(jù)緩慢下降，19時后觀測數(shù)據(jù)上升。綜合分析認為，公園草坪灌溉造成土壤孔隙含水量發(fā)生變化，造成表層介質(zhì)電阻率變化。

圖4 地電阻率南北向受草地灌溉干擾

2.4 風(fēng)擾

地電阻率觀測中的風(fēng)擾，實際上是懸空的測量線在大風(fēng)下作不規(guī)則大幅度擺動，切割地磁場磁力線，在測量線路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，對觀測造成干擾[6]。騰沖地電阻率外線路采用架空方式，布設(shè)位置地勢開闊，易受大風(fēng)干擾，觀測數(shù)據(jù)偶爾出現(xiàn)突跳。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，回路包圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生改變，回路上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢εi，且與磁通量? 的變化率成正比，即：

式中a為比例系數(shù)。架空線路越長，線路越松，導(dǎo)線在風(fēng)中搖擺幅度就越大，d?/dt 可能就越大[7]。

風(fēng)擾造成騰沖臺2019年4月15日南北測向地電阻率值突跳，幅度為0.5%(圖5)。根據(jù)以上定律，當(dāng)外線路出現(xiàn)松動時，可以采取拉緊線路減小風(fēng)擾的方法，降低刮風(fēng)對地電阻率觀測數(shù)據(jù)的干擾。

2.5 降雨干擾

降雨對地電阻率即時影響的物理過程如下：在降雨當(dāng)天或第2 天，地表有極薄的一層飽水層，表層地電阻率迅速下降；降雨過后，隨著時間的推移，雨水逐漸下滲、流失、蒸發(fā)等，使得受雨水影響的深度逐漸增加，而水的飽和程度逐漸減小并最終恢復(fù)到原來的程度，表層地電阻率則緩慢恢復(fù)。若表層介質(zhì)影響系數(shù)為正，則降雨使得地電阻率觀測下降，反之，表層影響系數(shù)為負，則地電阻率上升[8]。

騰沖臺地電阻率測值與降雨量有較大關(guān)系，夏秋季節(jié)降雨量較大，土壤里含水量較多，地電阻率測值偏低；冬春季節(jié)降雨量較小，土壤里的含水量相對較少，地電阻率測值相對偏高，存在夏秋低冬春高的年變特征。降雨對地電阻率的干擾比較復(fù)雜，不僅有一定即時效應(yīng)，也存在一定時間的滯后效應(yīng)[9]。一般情況下，測區(qū)范圍內(nèi)降雨后一小時地電阻率測值下降，在降低到一定范圍內(nèi)測值緩慢回升(圖6)。

圖6 地電阻率受降雨干擾曲線

2.6 漏電干擾

在地電觀測系統(tǒng)裝置運行正常時,產(chǎn)生漏電影響的干擾源一般有2類：(1)產(chǎn)生電流的干擾源,如家用設(shè)備、輸電線路及變壓設(shè)備漏電。(2)造成測區(qū)內(nèi)電性結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的干擾源，如將金屬導(dǎo)線鋪設(shè)到任意2個測極附近，受到漏電干擾后，地電阻率觀測數(shù)據(jù)曲線的變化形態(tài)、幅度主要由漏電設(shè)備產(chǎn)生的電流類型及漏電與觀測裝置的相對位置所決定[10]。大多數(shù)漏電干擾在短時間內(nèi)完成，觀測數(shù)據(jù)一般發(fā)生短時間的階躍變化，如2019年9月6日～10月31日，騰沖臺南北向地電阻率觀測值由126.0 Ω·m下降到124.2 Ω·m，下降幅度1.4%(圖7)。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，南北向測線北端供電電極位于公園內(nèi)，距供電電極電極約10 m處安裝有金屬路燈，線路鋪設(shè)在地表下，且接頭較多，存在漏電的隱患，且路燈運行時，地電阻率測值階降，路燈關(guān)閉時，測值恢復(fù)正常，據(jù)此判斷南北向地電阻率干擾為路燈漏電干擾。綜合分析認為，金屬路燈的線路埋在地下，且漏電點距離供電極較近，導(dǎo)致電阻率值發(fā)生變化。11月1日經(jīng)路燈管理部門處理好漏電路燈后，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

圖7 地電阻率受路燈漏電干擾曲線

3 結(jié) 論

騰沖臺地電阻率所受到的干擾類型可按影響程度進行綜合分析及排序：(1)地電阻率受電極附近金屬管道干擾影響最大，觀測曲線變化形態(tài)主要表現(xiàn)為噪聲大，遠遠大于正常變化幅度，最大變幅超過2.5%，干擾持續(xù)時間較長，自金屬管線鋪設(shè)開始持續(xù)影響測值，至去除金屬管線后測值才恢復(fù)正常；(2)地電阻率受漏電干擾較為明顯，最大變幅為1.4%，大多數(shù)漏電干擾在短時間內(nèi)完成，觀測數(shù)據(jù)一般發(fā)生短時間的出現(xiàn)瞬間大幅度下降，并持續(xù)該低值變化，且時間相對漏電時間一致且固定，去除干擾源后恢復(fù)正常測值；(3)地電阻率受灌溉干擾變幅為0.95%，觀測數(shù)據(jù)曲線變化形態(tài)主要表現(xiàn)為灌溉開始的一段時間內(nèi)測值下降，達到峰值之后緩慢恢復(fù)至正常觀測值；(4)地電阻率常年受降雨干擾，一般干擾幅度與降雨量有關(guān)，夏秋季節(jié)降雨量較大，土壤里的含水量增加，地電阻率測值降低；冬春季節(jié)降雨量較小，土壤里的含水量相對較少，地電阻率相對較高，存在夏秋低冬春高的年變特征。觀測數(shù)據(jù)在降雨后一段時間內(nèi)下降，達到峰值之后在幾小時后緩慢上升，幾天后恢復(fù)到正常測值；(5)地電阻率受刮風(fēng)引起的氣壓激變干擾，觀測數(shù)據(jù)曲線變化形態(tài)主要表現(xiàn)為刮風(fēng)后數(shù)據(jù)開始上升，上升幅度根據(jù)風(fēng)級大小決定，一般影響較短，風(fēng)停止后數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

通過分析騰沖臺地電阻率典型干擾類型，判定其干擾原因，分析不同類型干擾源的物理機制，可將干擾分為可控干擾和不可控干擾兩種干擾類型，可控干擾有金屬管線干擾，漏電干擾，灌溉干擾，不可控干擾有刮風(fēng)造成的氣壓激變干擾和降雨干擾，其中可控干擾可通過定期巡查觀測場地，及時發(fā)現(xiàn)并去除干擾源來解決干擾；刮風(fēng)造成的干擾可在日常巡查中發(fā)現(xiàn)外線路松動時，對架空線路進行固定解決；降雨干擾在日常觀測中無法排除，但在數(shù)據(jù)異常識別過程中，可選用褶積濾波法和相關(guān)分析法去掉相應(yīng)干擾。