深井地電阻率觀測的幾個技術問題?

高曙德 蘇永剛（甘肅省地震局，蘭州 730000）

深井地電阻率觀測的幾個技術問題?

高曙德 蘇永剛
（甘肅省地震局，蘭州 730000）

?基金項目：甘肅省地震局科技發展基金（2014Y03）和國家自然科學基金（41174059）聯合資助。

近年由于城市化進程的加快和地表人為干擾的增多，部分大極距的地面地電觀測受到了嚴重的影響，數據質量下降，中國地震局在部分有干擾的地電臺站開展井下地電觀測。主要解決：①井下多深可以避開地表的干擾和潛水的變化，觀測數值主要反映地是探測目標層地電阻率變化；②當測量目標層介質的電性發生變化時，設計的觀測系統能否記錄下地電阻率變化。井下地電觀測系統的建設主要思路：非均勻各向同性介質中的穩定電流的電位U滿足Poisson直流傳導方程

其解，即空間中任意一點的電位U，可由Poisson積分給出：

式中，j為電流密度，ρ為介質的真電阻率，R為積分元到觀測點的距離，V為積分域。在地震監測中，式（2）的三維積分卻需遍及全空間，在構造應力的作用下，即使真電阻率ρ在地震發生前出現了很大的變化，但只要在廣大積分域內同時分布有正和負的變化，積分值U仍然可以基本不變，導致視電阻率變化極小甚至沒有反應；相反，距離淺部干擾（距離R值很小）還會強烈地影響位函數U值。因此，近距離淺部干擾會強烈的影響電位函數U的值，對于地電阻率要預報地震，必須找到對地下介質電性的反應靈敏的觀測層。地電阻率定點觀測采用WENNER裝置，由供電電源DC經供電線AB向大地供入電流I ，建立人工電場，在MN測量人工電位差ΔV。井下觀測電阻率由于觀測極距較小，且在地下一定深度更加接近于真電阻率觀測，假設的測量值變化：

式（3）中δ（ΔX）是干擾變化，受降雨、地下水的變化、以及其他干擾引起的地電阻率變化的綜合量，對于地面進行地電阻率觀測有一定時間的臺站，可以簡化為根據背景值(正常年)變化幅度來確定式（3）中的δ（ΔX）=ρmax－ρmin；當δ（ΔX）值的變化較大時，可以通過改變K值的大小來增大式（3）等號右側第一項的加權值，使該項δ（ΔX）影響最小，這就要合理設計布極參數（供電極距、測量極距、電極的埋深等參數）；對于式（3）等號右側第一項中括號參量，如何確定供電電流大小，是觀測時考慮的第一點，在無干擾情況下，調整供電電流I值，此時ΔI為零；當測區或供電電極增加人為已知干擾源，可用增大或減小ΔI抑制ΔV′變化，從而確定待定供電電流。同理當式（3）左側第二項Δρs發生變化時，儀器能否記錄ΔV′的變化就要考慮：儀器觀測精度和分辨率；電極敷設深度，兼顧對表層δ（ΔX）的影響；調整供電電流大小，最終確定供電電流I。

天水、隴南、平涼地震臺深井地電阻率觀測，距地表4 m地層敷設電極觀測有明顯正弓年變形態，100 m地層敷設電極觀測基本消除年變形態，井下觀測可以抑制地表部分電磁環境對觀測干擾，也基本消除降雨、灌溉、金屬管線等地表特定因素對地電觀測數據干擾。天水深井觀測運行期間記錄了2013年蘆山7.0、岷縣—漳縣6.6級兩次中強級地震異常變化，但隴南臺深井100 m處觀測值只有0.05～0.08（?·m），說明深井建設要根據不同臺址敷設不同極距，且敷設深度需要做充分論證，確定合理的布極參數。