孫亮亮 袁勇 尹天杰 陶方宇 趙桂寶

摘 ?要：安徽省嘉山地震臺(tái)地電阻率現(xiàn)有裝置系統(tǒng)已使用超過(guò)20年，2020年計(jì)劃對(duì)外線(xiàn)路等裝置進(jìn)行優(yōu)化改造。對(duì)于觀測(cè)區(qū)內(nèi)的特定干擾源及其他影響觀測(cè)精度和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行規(guī)避與處理，所以在項(xiàng)目前期臺(tái)站人員對(duì)于此次外線(xiàn)路裝置系統(tǒng)改造方案進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)與論證，期望2020年改造之后可以大幅度提升嘉山臺(tái)地電阻率觀測(cè)質(zhì)量。該方案經(jīng)過(guò)了學(xué)科組專(zhuān)家的反復(fù)論證，方案具有較高的科學(xué)性、可操作性。

關(guān)鍵詞：地電阻率 ?裝置系統(tǒng) ?方案設(shè)計(jì) ?鉛板電極

中圖分類(lèi)號(hào)：P315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（b）-0071-03

Abstract： The existing ground resistivity device system of the Jiashan Seismic Station in Anhui Province has been used for more than 20 years. In 2020， it is planned to optimize and transform the external lines and other devices. To avoid and deal with specific interference sources in the observation area and other factors that affect the accuracy and stability of observations， the station personnel in the early stage of the project have carefully designed and demonstrated the system transformation plan of the external line device， and expect the transformation in 2020. After that， the quality of resistivity observations at Jiashan Station can be greatly improved. This program has been repeatedly demonstrated by experts in the subject group， and the program is highly scientific and maneuverable.

Key Words： Earth resistivity; Device system; Scheme design; Lead plate electrode

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，地電阻率觀測(cè)資料受到不同程度的干擾，無(wú)論從形態(tài)還是變幅量級(jí)，某些干擾易與震兆混淆，給地電阻率異常判別和地震預(yù)報(bào)實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)困難（王燚坤等，2011;羅娜等，2016）。地電阻率的裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性極其關(guān)鍵，良好的地電裝置系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)才可以準(zhǔn)確地反映出地下介質(zhì)真實(shí)的電性變化，真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)為地震異常判別、異常干擾源判別提供依據(jù)。

1 ?臺(tái)站基本情況

1.1 臺(tái)站地理位置及基本情況

嘉山地震臺(tái)位于安徽省明光市澗溪鎮(zhèn)，為省屬地震臺(tái)，1972年建臺(tái)。距市區(qū)約30km，所在地行政上屬明光市澗溪鎮(zhèn)祝崗村，有309省道通至市區(qū)，供電、用水、通信方便。臺(tái)站占地面積約8000m2，但大多處于山坡，平坦地不足其中一半。

臺(tái)站處于淮陽(yáng)臺(tái)隆的張公嶺臺(tái)拱內(nèi)，屬下?lián)P子地塊，印支燕山期，該區(qū)受西側(cè)郯廬斷裂影響有強(qiáng)烈變形，新生代該區(qū)仍表現(xiàn)上升，臺(tái)基巖性為玄武巖（見(jiàn)圖1）。

1.2 臺(tái)站布極及布極區(qū)情況

嘉山臺(tái)地電阻率布極采用對(duì)稱(chēng)四極法（見(jiàn)圖2），NS向、EW向供電極距都為600m、測(cè)量極極距都為400m，裝置系數(shù)K=1.257km。

為了保證裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，我們每月、每季度都嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行巡視和保養(yǎng)維護(hù)，按時(shí)檢查線(xiàn)路的絕緣、接地電阻及漏電情況。雨季前還專(zhuān)門(mén)進(jìn)行一次外線(xiàn)路的維護(hù)。大風(fēng)、大雨、大雪后或數(shù)據(jù)變化后及時(shí)檢查外線(xiàn)路有無(wú)斷線(xiàn)、漏電現(xiàn)象等，每次雷電后都及時(shí)檢查避雷器，以確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。

1.3 觀測(cè)系統(tǒng)概況

嘉山臺(tái)地電阻率觀測(cè)項(xiàng)目開(kāi)始于1973年，嘉山臺(tái)DD C-2A地電儀投入正式觀測(cè)，并于1991年，更新為PZ40數(shù)字地電儀。2000年，數(shù)字化地電儀ZD8B替換PZ40儀器投入觀測(cè)。2013年，數(shù)字化地電儀ZD8M替換ZD8B儀器投入觀測(cè)。

1999年8月外線(xiàn)路及電極進(jìn)行重新架設(shè)，2000年1月正式開(kāi)始數(shù)據(jù)化觀測(cè)，2000年11月西供電極約200m布線(xiàn)因場(chǎng)地新建廠房改為地埋，至今臺(tái)站外線(xiàn)路系統(tǒng)已使用超過(guò)20年，線(xiàn)路破損嚴(yán)重，絕緣性下降，已無(wú)法保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、可靠性。

1999年數(shù)字化改造之后NS、EW向數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，東西向年變規(guī)律，但2009年之后NS、EW向數(shù)據(jù)質(zhì)量開(kāi)始下降，東西向年變消失，近幾年數(shù)據(jù)質(zhì)量下降尤為嚴(yán)重。

1.4 觀測(cè)環(huán)境情況

嘉山臺(tái)地電阻率目前測(cè)區(qū)內(nèi)環(huán)境較為復(fù)雜，存在大型鋼構(gòu)廠房、水渠等干擾源，現(xiàn)有裝置系統(tǒng)已無(wú)法有效規(guī)避這些干擾所帶來(lái)的影響，造成了數(shù)據(jù)完整性、精度的大幅下降，經(jīng)過(guò)前期的大量走訪(fǎng)調(diào)查和實(shí)際測(cè)量測(cè)算，該臺(tái)首先列出急需要改造的項(xiàng)目。

（1）西供電極A3附近2000年前后新建了大型鋼構(gòu)廠房，造成東西向電阻率值大幅改變。

（2）東供電極B3、測(cè)量極N3埋深較淺，靠近溝渠，東西向自然電位極易受地表降雨影響。

（3）南北向電極埋設(shè)水平向落差較大，南北向數(shù)據(jù)精度、穩(wěn)定性較差。

（4）測(cè)量極M1、N1處新修鄉(xiāng)村道路，來(lái)往車(chē)輛增多，線(xiàn)路多次被掛斷，對(duì)數(shù)據(jù)連續(xù)性影響較大。

（5）北供電極B1前2個(gè)電線(xiàn)桿存在較大風(fēng)險(xiǎn)，一個(gè)周邊被挖池塘接近懸空，另一個(gè)根部粉碎易倒塌，急需更換、加固。

（6）觀測(cè)線(xiàn)路接頭較多、破損較多，急需重新更換線(xiàn)路。

2 ?改造前觀測(cè)系統(tǒng)檢查

2.1 現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定檢查

對(duì)現(xiàn)使用儀器主機(jī)主測(cè)量?jī)x器進(jìn)行了標(biāo)定，結(jié)果合格。標(biāo)定前檢查了儀器測(cè)量誤差，各正負(fù)量程的標(biāo)準(zhǔn)電壓無(wú)超差現(xiàn)象。

對(duì)室內(nèi)線(xiàn)路進(jìn)行系統(tǒng)的標(biāo)定檢查，機(jī)柜接地電阻、配線(xiàn)盤(pán)至外線(xiàn)路電纜絕緣均符合規(guī)范要求。

2.2 現(xiàn)有裝置系統(tǒng)檢查

嘉山臺(tái)外線(xiàn)路采用架空及小部分地埋方式，布極方法為對(duì)稱(chēng)四極法。供電極極距AB=0.6km，測(cè)量極極距MN=0.2km，電極采用1m×1m正方形鉛板，外線(xiàn)路至配線(xiàn)盤(pán)采用多股銅芯線(xiàn)。

按照以下步驟對(duì)裝置系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

（1）外線(xiàn)路檢查。對(duì)室內(nèi)外線(xiàn)路開(kāi)關(guān)、接頭和輔助設(shè)備、線(xiàn)路絕緣、外線(xiàn)路漏電、零輸入等進(jìn)行檢查，結(jié)果均符合規(guī)范要求。

（2）配線(xiàn)盤(pán)檢查。對(duì)配線(xiàn)盤(pán)避雷裝置和線(xiàn)路連接閘刀等檢查，結(jié)果均符合規(guī)范要求。

2.3 電極接線(xiàn)極性檢查

據(jù)學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電極接線(xiàn)進(jìn)行檢查：在觀測(cè)室內(nèi)將配線(xiàn)盤(pán)空氣開(kāi)關(guān)前斷開(kāi)電纜，先測(cè)量線(xiàn)路接地電阻，再斷開(kāi)對(duì)應(yīng)電極接線(xiàn)，測(cè)量線(xiàn)路絕緣電阻，將電極接線(xiàn)接好，依次測(cè)量各測(cè)道，經(jīng)檢測(cè)8測(cè)道電極接線(xiàn)無(wú)誤（見(jiàn)表1）。

3 ?改造方案

臺(tái)站工作人員對(duì)于外線(xiàn)路裝置系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的檢查與測(cè)試，對(duì)歷史數(shù)據(jù)也進(jìn)行了分析與研究，在此基礎(chǔ)上形成了地電阻率裝置系統(tǒng)改造的初步方案，后期提交給地電學(xué)科專(zhuān)家組論證，該臺(tái)結(jié)合專(zhuān)家組給出的修改意見(jiàn)最終形成了2020年嘉山臺(tái)地電阻率裝置系統(tǒng)改造方案。此次改造外線(xiàn)路全部采用架空方式，預(yù)計(jì)施工周期為2周。具體改造內(nèi)容如下。

（1）更換外線(xiàn)路所有電纜，電纜采用多股銅芯線(xiàn)（約6500m）、更換部分橫桿支撐及絕緣瓷壺。

（2）EW方向供電極和測(cè)量極整體向東側(cè)平移150m、向北平移30m，使西供電極遠(yuǎn)離廠房，東供電極遠(yuǎn)離水溝。東西向電極重新埋設(shè)，西供電極處約150m地埋線(xiàn)廢棄，已最西側(cè)電桿為起點(diǎn)，作為西供電極埋設(shè)處，東側(cè)新增3個(gè)電桿。

（3）電極鉛板（1m×1m）準(zhǔn)備采用深埋方式（埋深3m以上），以解決南北向水平落差較大及東西向淺層地表水的干擾。電極埋設(shè)前引線(xiàn)做電焊加固處理，施工時(shí)用GPS定位儀盡量使電極處于同一水平面，回填土質(zhì)保持一致，引線(xiàn)露出部分套管保護(hù)接線(xiàn)頭。

（4）東西方向新增3根線(xiàn)桿，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)傾斜線(xiàn)桿做拉直處理，對(duì)部分破損線(xiàn)桿進(jìn)行更換，2個(gè)路口處線(xiàn)桿更換成高桿，降低電纜被車(chē)輛、農(nóng)機(jī)掛斷的風(fēng)險(xiǎn)。

4 ?討論

按照該方案的設(shè)計(jì)，該臺(tái)認(rèn)為改造之后嘉山臺(tái)數(shù)據(jù)連續(xù)率、完整率、精度將有較大幅度提升，但是由于該次方案設(shè)計(jì)兼顧項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、觀測(cè)環(huán)境的復(fù)雜等問(wèn)題，如東西向線(xiàn)桿未進(jìn)行整體平移，東西向電極埋設(shè)點(diǎn)的選擇需要更加精準(zhǔn)的控制;電極的埋深不能采用深埋方式（10m以下），測(cè)區(qū)部分區(qū)域地下存在塊狀巖石，改造過(guò)程中和改造之后可能會(huì)出現(xiàn)其他問(wèn)題，這些不可控因素會(huì)影響到改造的效果。

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