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        山丹地電阻率觀測資料異常排除探討

        2021-10-14 07:24:08高振生寇俊陽王志棟
        甘肅科技 2021年17期

        高振生,寇俊陽,胡 源,王志棟,杜 英

        (甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

        2019 年11 月21 日14 時發(fā)現(xiàn)主觀測儀器ZD8BI 觀測數(shù)據(jù)NS、EW 測道數(shù)據(jù)均有上升現(xiàn)象,同場地同外線路并行觀測的ZD8M 觀測數(shù)據(jù)正常未見明顯變化,立即檢查電阻率觀測儀器供電線路和避雷器箱線路接頭,檢查結果一切正常,對比變化前后的自然電位變化未見明顯異常,因測區(qū)積雪較厚影響室外線路檢查,對測區(qū)環(huán)境和電極坑進行巡查,巡查結果正常后繼續(xù)觀測,發(fā)現(xiàn)上述問題仍然存在。

        因此,根據(jù)上述初步分析判定,針對本次異常我們從觀測外線路、觀測環(huán)境、氣溫變化等影響因素,對影響因素進行分析探討[2]。

        1 觀測資料變化情況

        2019 年11 月21 日14 時山丹臺值班人員發(fā)現(xiàn)地電阻率NS 測道和EW 測道數(shù)據(jù)有小幅度抬升,11 月22 日-11 月28 觀測數(shù)據(jù)的臺階仍然存在,但是測區(qū)積雪仍未全部融化,考慮到測區(qū)積雪基本不影響測區(qū)檢查工作,為排除其他干擾情況甘肅省地震局預報中心建議進行異常核實工作。張掖中心臺在11 月25 日中午組織臨時會商,制定了異常核實工作方案,于2019 年11 月26-28 日到山丹地震臺站進一步開展了對該項異常的現(xiàn)場核實工作。

        山丹地震臺EW 道視電阻率2019 年09 月20日18 時-09 月26 日23 時的預處理曲線(如圖1所示)與2019 年11 月21 日14 時-11 月28 日23時的預處理曲線(如圖2 所示)電阻率變化很相似,都是階躍式上升,然后數(shù)據(jù)平穩(wěn)形成一個臺階。

        圖1 山丹臺ZD8BI 觀測儀器2019 年09 月20 日-9 月26 日預處理曲線

        圖2 山丹臺ZD8BI 觀測儀器2019 年11 月21 日-28 日預處理曲線

        2003 年10 月25 日20 時41 分,甘肅民樂-山丹交界發(fā)生了Ms6.1 地震,20 時48 分又發(fā)生Ms5.8級地震[3]。地震發(fā)生在祁連山中東段地區(qū),地震前山丹地電阻率Ns 向自2002 年起打破正常的年變幅度,測值偏高幅度達到1.2% (如圖3 所示),震前一天出現(xiàn)明顯臨震異常(三道電阻率測值連續(xù)偏高),2013 年10 月25 日08 時開始,山丹地電阻率三道整點測值均連續(xù)出現(xiàn)超0.4 倍均方差異常[4],這屬于明顯的臨震異常信息(如圖4 所示)。

        圖3 山丹臺地電阻率在2003 年民樂-山丹6.1 級地震前的異常變化

        圖4 2003 年民樂-山丹6.1 級地震前幾個小時的異常變化

        2003 年民樂-山丹交界發(fā)生了Ms6.1 地震前山丹地電阻率NS 向按照正常的年變化趨勢7 月底從高值轉(zhuǎn)折下降,但2003 年7 月中旬轉(zhuǎn)折后持續(xù)了十幾天從下降趨勢轉(zhuǎn)折為上升,打破正常的年變趨勢,上升到高值點11 月25 日發(fā)生了6.1 級、5.8 級雙震(如圖3 所示),從圖4 看出臨震12h 前出現(xiàn)了3個測道測值同步異常變化,說明臨震前地層受到應力的作用,引起了測區(qū)介質(zhì)的變化,反應為視電阻率的突跳和波動[6]。唯獨不同的是,這次異常變化是東西測向的電阻率變化,而南北測向變化基本穩(wěn)定。

        2 異常核實過程

        2019 年11 月21 日山丹臺電阻率北南測道和東西測道日均值上升,觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)臺階后臺站工作人員與甘肅局預報中心及時匯報了測區(qū)的相關情況,并向張掖中心地震臺申請制定了山丹臺異常核實工作方案[7],在2019 年11 月22 日、26 日-28日進行現(xiàn)場異常核實工作。

        2019 年9 月26 日對臺站觀測室線路進行標準化改造,當天8 時-23 時所有觀測儀器停測,臺站觀測室線路標準化改造結束后恢復儀器觀測,臺階消除,從數(shù)據(jù)階躍式上升開始時間判斷與臺站新增試運行ZD8M 可能有關,ZD8M 試運行開始時間為2019 年09 月21 日16 時,2019 年09 月26 日23 時所有儀器都恢復觀測包括試運行的ZD8M,觀測數(shù)據(jù)恢復正常。2019 年11 月21 日13 時30 分臺站停電,在ZD8BI 從市電接到UPS 供電后14 時觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)階躍式上升,持續(xù)觀測至2019 年11 月28日數(shù)據(jù)上升后形成臺階未見下降。

        2.1 觀測儀器標定

        為排除山丹臺地電阻率觀測系統(tǒng)干擾,對觀測儀器進行零點校準、滿度校準、標定,零點校準和滿度校準結果皆正常,結果顯示,0mV 至±100mV 符合觀測儀器標準,可用于正常觀測。

        2.2 巡查外線路和測區(qū)環(huán)境

        檢測儀器工作狀態(tài)檢查完畢之后,我們對地電阻率觀測外線路進行了巡查,仔細檢查了外線路及接地電極的連接情況、線桿和瓷瓶等絕緣狀況。結果表明,山丹臺地電阻率外線路情況良好,電極連接良好、外線路無破損、線桿及瓷瓶無損毀。為進一步確認山丹臺地電阻率觀測系統(tǒng)的可靠性,檢查了NS 測道和EW 測道的外線路對地絕緣情況,室外線路的對地絕緣情況結果符合規(guī)范要求,且該結果與上季度校驗結果基本一致,室外線路對地絕緣檢查值見表1。

        表1 室外線路對地絕緣情況檢查

        環(huán)境變化是地電阻率觀測主要的影響之一,目前在國內(nèi)常見的對地電阻率構成影響的環(huán)境變化主要有工程建設、降雨及地下水位影響等,上述情況均是改變了觀測區(qū)內(nèi)場地的電性結構,由此造成了地電阻率觀測數(shù)據(jù)偏離以往正常形態(tài)的變化[8]。針對上述情況,異常核實工作組對山丹臺周邊一定范圍的環(huán)境變化情況進行了專門巡查和走訪。山丹臺EW 測道地電阻率異常截至異常落實當天已持續(xù)7d,相比往年降雪天數(shù)未見增多,因此可排除氣象因素對地電阻率的干擾。

        2.3 室內(nèi)線路、接頭及避雷機箱接地

        本次檢查還對避雷機箱、室內(nèi)線路、開關、各電極接頭進行了檢查,經(jīng)過檢查避雷機箱內(nèi)部設備正常,室內(nèi)線路無破損,開關正常、各電極接頭無氧化接觸良好。

        2.4 人工電位差讀數(shù)分析

        利用人工電位差讀數(shù)可對三個測道兩端供電極的電位變化進行干擾判斷,由表2 可知,2019 年11 月27 日較2019 年09 月16 日NS、EW 兩個測道的電位差變化都較大,NS 向人工電位差正反向供電時絕對值差值較大,最大變幅為0.91mV;EW 向人工電位差正反向供電時絕對值差值較大,最大變幅為0.39mV,說明NS、EW 兩個測道的電極場地的電位不穩(wěn)定,因為缺少必要的測量工具,需要省局預報中心來人再進一步確認場地干擾源,觀測數(shù)據(jù)上升前后人工電位差讀數(shù)見表2。

        表2 人工電位差讀數(shù)

        2.5 觀測數(shù)據(jù)分析

        原地電阻率ZD8BI 觀測儀器與并行試運行地電阻率ZD8M 觀測儀器設定時間差為半小時,同為整點讀數(shù),2019 年11 月21 日EW 測道兩套觀測儀器觀測數(shù)據(jù)結果如圖5 所示。

        圖5 山丹地電阻率并行觀測數(shù)據(jù)對比分析

        計算兩臺觀測儀器2019 年11 月1 日-26 日EW測道觀測數(shù)據(jù)日均值,發(fā)現(xiàn)ZD8BI 觀測儀器自2019年11 月21 日14 時EW 測道觀測數(shù)據(jù)上升后并沒有持續(xù)上升,一直維持穩(wěn)定在26.30Ω·m 觀測范圍,并將此觀測值對比ZD8M 觀測儀器EW 測道觀測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)兩套觀測儀器觀測數(shù)據(jù)在ZD8BI 觀測儀器EW 測道觀測數(shù)據(jù)上升后更為相近,使得我們懷疑是否存在一個干擾源,在干擾ZD8BI 觀測數(shù)據(jù),在2019 年11月21 日13 時ZD8BI 掉電后接入UPS 供電后干擾去除數(shù)據(jù)恢復正常,或者存在另一個干擾源一直在干擾ZD8M,在2019 年11 月21 日13 時ZD8BI 掉電后接入UPS 供電后同時對兩套觀測儀器有干擾。

        處理辦法是,第一步,2019 年11 月26 日22 時后給ZD8BI 觀測儀器掉電后接回市電觀測,至2019 年11 月27 日10 時觀測數(shù)據(jù)仍未恢復,也沒有繼續(xù)升高;第二步,通過與省局預報中心溝通再次檢查測區(qū)是否有變壓器漏電現(xiàn)象,檢查發(fā)現(xiàn)測區(qū)只有臺站附近有我們自己使用的變壓器,因為臺站設備不齊全不能檢查變壓器是否漏電,只能斷開市電用臺站UPS 供電觀測,檢查發(fā)現(xiàn)兩套觀測儀器數(shù)據(jù)未見明顯變化,ZD8BI觀測數(shù)據(jù)未見恢復;第三步,關掉ZD8M 之觀測ZD8BI,數(shù)據(jù)未見恢復,同時關掉ZD8BI 和ZD8M,關掉一小時后只開啟ZD8BI 后觀測數(shù)據(jù)仍未見恢復。

        3 分析與結論

        依據(jù)異常核實和與相關學科專家討論分析認為:山丹臺地電阻率2019 年11 月21 日以來EW 向地電阻率上升到一個臺階后持續(xù)穩(wěn)定可能是試運行ZD8M 有干擾,但是將ZD8M 試運行儀器停測后干擾繼續(xù)存在,觀測數(shù)據(jù)仍未恢復,至此將我們的初步判斷結論推翻,形成了此次地電阻率異常變化不是地震前兆異常的結論,但異常干擾源還需進一步確認。

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