地表點(diǎn)電流對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響

張國(guó)苓解 滔喬子云賈立峰張素欣1）河北省地震局，石家莊 0500212）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

地表點(diǎn)電流對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響

張國(guó)苓1)解 滔2)喬子云1)賈立峰1)張素欣1)
1）河北省地震局，石家莊 050021
2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

將地電阻率臺(tái)站地下介質(zhì)簡(jiǎn)化為水平層狀均勻介質(zhì)模型，以點(diǎn)電流模擬地表干擾電流源，針對(duì)對(duì)稱四極觀測(cè)裝置，利用轉(zhuǎn)換函數(shù)濾波器法計(jì)算電流大小、方位角、距離對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響。

（1）計(jì)算方法。地電阻率采用對(duì)稱四極觀測(cè)裝置，AB為供電電極，MN為測(cè)量電極，電極均位于地表，測(cè)區(qū)采用EW和NS兩個(gè)相互垂直測(cè)向布極，中心點(diǎn)為O。選擇理論對(duì)稱四極裝置的奧尼爾濾波器（O’Neill20），依據(jù)姚文斌（1989）利用轉(zhuǎn)換函數(shù)濾波器法計(jì)算地電阻率表達(dá)式計(jì)算對(duì)稱四極裝置地電阻率ρa(bǔ)，從而得到MN之間的電壓值ΔUMN=ρs·I/K，其中電流強(qiáng)度I可以在地電阻率觀測(cè)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量。當(dāng)測(cè)區(qū)有干擾電流從地表輸入時(shí)會(huì)在MN間產(chǎn)生附件電位差ΔUMN′，疊加在供電電位差ΔUMN上。選擇理論二極裝置的奧尼爾濾波器(O’Neill36)，計(jì)算MN點(diǎn)的地電阻率ρPM，ρPN，干擾電壓值UPM=ρPM· i/KPM，UPN=ρPN·i/KPN，其中KPM=2π·PM，KPN=2π·PN。在對(duì)稱四極裝置上的附加電壓ΔUMN′=UPM-UPN，干擾電流對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響值為Δρ=K﹒（UPM-UPN）/I，地電阻率觀測(cè)理論值ρ= K·（UPM-UPN+ΔUMN）/I。由此可以計(jì)算干擾電流產(chǎn)生的附加地電阻率對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響值為ε=Δρ/ρa(bǔ)。

（2）計(jì)算結(jié)果。以四層水平層狀一維KH型均勻介質(zhì)為例予以討論，電性結(jié)構(gòu)參數(shù)為ρ1=40 ?·m，H1=10 m; ρ2=80 ?·m，H2=40 m; ρ3=30 ?·m，H3=8 0m; ρ4=40 ?·m，H4=α m。地電阻率采用對(duì)稱四極觀測(cè)裝置，供電極距為2 000 m，測(cè)量極距為MN=500 m，供電電流為I=2 A。點(diǎn)電流位于地表(H=0)處，垂直向下供電，計(jì)算該電流對(duì)EW向地電阻率的影響。地電阻率與電流大小呈線性相關(guān)，電流增大，地電阻率干擾加大。計(jì)算距離中心點(diǎn)O相同距離上著方位角φ變化對(duì)地電阻率的影響，φ從EW測(cè)向OB方向開(kāi)始，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)電流強(qiáng)度i=1 A。結(jié)果表明，點(diǎn)電流對(duì)地電阻率的影響為反余弦曲線，在EW向AB線方向上，影響最大，在過(guò)中心點(diǎn)且垂直AB 方向上，影響為0。計(jì)算距離O點(diǎn)不同位置上點(diǎn)電流對(duì)地電阻率的影響，結(jié)果如圖1。以過(guò)中心點(diǎn)垂直EW測(cè)道AB的方向線為界，OA段為正影響，在M點(diǎn)及附近影響值最大，OB段為負(fù)影響，在N點(diǎn)及附近影響值最大。地表干擾電流位置離裝置中心點(diǎn)超過(guò)一定距離后，干擾量ε很小，在無(wú)窮遠(yuǎn)處ε→0；干擾源位置接近于中心線時(shí)ε→0；而干擾源接近測(cè)量電極MN時(shí)，ε較大。

（3）結(jié)論。利用地電阻率轉(zhuǎn)換函數(shù)的遞推公式定性分析地表點(diǎn)電流對(duì)地電阻率的影響，計(jì)算結(jié)果表明與電流強(qiáng)度、方位、距離有關(guān)。電流越大，地電阻率干擾量越大；在測(cè)區(qū)內(nèi)距離中心點(diǎn)一定的距離上點(diǎn)電流對(duì)地電阻率的影響不同，在測(cè)線上影響較大，過(guò)中心點(diǎn)垂直測(cè)線上影響較小；干擾源離開(kāi)測(cè)區(qū)超過(guò)一定的距離后，干擾量較小，無(wú)窮遠(yuǎn)處，干擾為0，在測(cè)量電極MN點(diǎn)附近干擾最大。除此以外，點(diǎn)電流對(duì)地電阻率的干擾還與測(cè)區(qū)地電斷面結(jié)構(gòu)有關(guān)，A型斷面抑制效果好一些。

地表點(diǎn)電流對(duì)地電阻率的干擾特征主要表現(xiàn)為不同測(cè)道干擾幅度不同，同一測(cè)道干擾出現(xiàn)時(shí)間和幅度大致一樣等特點(diǎn)，易于識(shí)別。在實(shí)際異常核實(shí)過(guò)程中，可以通過(guò)多測(cè)道地電阻率對(duì)點(diǎn)電流的不同響應(yīng)判定干擾源的位置，再通過(guò)實(shí)際調(diào)研，有利于快速找到干擾源，排除影響。

圖1　電流位置對(duì)地電阻率的影響