地電阻率觀測中地鐵干擾剔除方法

李鴻宇 袁桂平 沈紅會

（中國南京210014江蘇省地震局）

地電阻率觀測中地鐵干擾剔除方法

李鴻宇 袁桂平 沈紅會

（中國南京210014江蘇省地震局）

通過對江寧、青光和通州地震臺地電阻率觀測數據進行分析，發現存在地鐵干擾，采用夜間觀測均值代替日均值的方法，且不同臺站選擇不同均值時段，可消除地鐵影響。目前地震臺站所受干擾日趨嚴重，因觀測臺站搬遷和改造相對復雜，可采用該方法，解決具有明確規律的干擾問題。

地電阻率；地鐵；干擾；均方差；夜間觀測值

0 引言

中國地電阻率觀測始于1966年3月邢臺6.8級地震，1976年地震地電阻率方法投入地震監測預報工作，至2000年先后建成110余個地震地電阻率觀測臺（汪志亮，2002）。隨著中國經濟建設發展和城市化進程的加快，地鐵及觀測場地內蔬菜大棚、金屬管道、高壓輸電鐵塔等造成的干擾（沈紅會，2014），嚴重影響電阻率觀測資料的使用，截止2015年，全國能夠使用的地電阻率觀測臺站僅有70個。部分地電臺站采用電極深埋方法降低干擾（沈紅會，2014），更多臺站搬遷甚至多次搬遷。地電臺站搬遷造成地電阻率觀測資料中斷，影響地震分析預報工作。

地電阻率觀測近年來受地鐵運行干擾，觀測資料無法正常使用。李偉（2007）依據南京地鐵運營時間（06時至23時），提出使用00時至05時的6個整點均值代替日均值（24個整點值）的方法，達到降低地鐵干擾的目的。實際應用發現，不同地電臺受地鐵影響時段不完全一致，具有各自特點，需區別對待。本文針對江蘇江寧、天津青光和北京通州地電臺受地鐵干擾的特點，給出適用于各自臺站的夜間均值時段，希望該思路對其他固定干擾分析提供參考。

1 地電臺干擾現狀

江蘇省江寧地電臺、天津市青光地電臺和北京市通州地電臺地電阻率近年來受到地鐵運行干擾，地電阻率觀測數據變化明顯，且地鐵線路增加干擾更加明顯。地電阻率整點值觀測曲線見圖1。

（1）江寧地電臺地電阻率觀測始于1979年11月，測區位于南京—湖熟斷裂南西盤和方山—小丹陽斷裂西盤的楔形地塊上，距兩條斷裂僅數千米。1996年因城市建設搬遷至南京市江寧區殷巷鄉下墟村，2002年6月搬遷至江寧區祿口鎮石埝村，2010年開始地電阻率觀測受南京地鐵干擾無法使用。

（2）青光臺地電阻率觀測始于2002年，測區位于天津市北辰區青光鎮西，地處滄縣隆起西北部，北鄰海河斷裂，2006年以來受地鐵干擾，觀測資料無法正常使用。

（3）通州臺1997年1月開始地電阻率觀測，測區位于華北平原北端，大廠凹陷西南邊緣，地處夏墊斷層（正斷層）西南端，2006年以來觀測資料受地鐵干擾，無法正常使用。

圖1 江寧、青光和通州地電阻率整點值曲線(a) 江寧臺； (b) 青光臺； (c) 通州臺Fig.1 The hourly integral point value curves of earth resistivity in Jiangning，Qingguang and Tongzhou

2 地鐵干擾剔除

地鐵運營時間固定，則地鐵的出庫、入庫和軌道檢修等工作就成為新的干擾因素。參考李偉（2007）的研究方法，以江寧臺為例，分析2008年以來地電阻率日均值、00時至05時均值及整點值連續變化特點，見圖2。由圖2可見，02時和03時曲線較為光滑，而00時、01時、04時和05時曲線受干擾明顯。

圖2 江寧臺地電阻率變化曲線Fig.2 The curve reflecting the change of earth resistivity at Jiangning Seismic Station

2.1 均方差計算

以1年數據為模板，提取某一時刻整點值（00時或01時等），計算該時間序列數據的算術平均值X，即

其中Xi為第i天（i=1— n）提取的整點時刻值，n為數據長度。則均方差σ為

選取江寧臺未受地鐵干擾的2009年和受地鐵干擾的2014年地電阻率觀測數據，根據式（2），計算00時—05時、日均值、時均值等數據均方差，計算結果見表1，與圖2曲線特征吻合。具體表現為：2009年各類數據均方差基本相同，說明未受地鐵干擾的觀測數據差別不大；2014年均方差結果各不相同，02時與03時均方差最小，說明兩時段受地鐵干擾不明顯。

表1 江寧臺地電阻率2009年與2014年均方差對比Table 1 The comparison of mean square error of earth resistivity in Jiangning in 2009 and 2014

2.2 相關分析

以2009年地電阻率觀測資料為例，求解并繪制每日02時—03時整點均值曲線，與原始日均值曲線進行對比，見圖3，計算兩條曲線的月相關度，可知：相關度最高0.987，最低0.721，平均0.893，因此02時—03時整點均值取代日均值進行資料分析是可行的。

圖3 江寧臺地電阻率日均值與02時至03時均值對比曲線Fig.3 Comparison between daily average and hourly average from 02LT to 03LT of earth resistivity at Jiangning Seismic Station

3 方法應用

采用地鐵非運營時段整點均值代替日均值方法，計算青光臺2013年和通州臺2011

年地電阻率觀測數據地鐵非運營時段均方差，并與日均值、00時至05時以及新均值時段數據曲線進行對比，計算結果見表2，對比曲線見圖4（圖中曲線不連續部分為觀測數據缺數）。從表2和圖4可見：青光臺和通州臺在地鐵停運時段仍受干擾；青光臺可選用03時至05時、通州臺選用01時至05時均值替代日均值分析；青光臺采用新的均值時段后，曲線相對平滑，突跳點減少；通州臺變化不明顯，僅在細節處略有改觀，可見通州臺采用01時至05時的均值比00時至05時的均值改進不大。

綜上所述，初步認為：對無地鐵干擾數據進行處理，發現與原始日均值數據一致，該處理方法不影響資料使用；對有地鐵干擾數據進行處理后，數據觀測精度高于正常日均值，說明該方法確實剔除了非地鐵運營時段干擾，所處理數據具有更高使用價值。

表2 青光臺和通州臺地電阻率均方差計算結果Table 2 The calculation of mean square error of earth resistivity at Qingguang and Tongzhou stations

圖4 青光臺與通州臺地電阻率對比曲線(a) 青光臺； (b)通州臺Fig.4 The curve of earth resistivity at Qingguang and Tongzhou stations

4 結論

通過對江寧、青光和通州臺地電阻率地鐵干擾進行分析，得出以下結論：①地鐵非運營時段對地電阻率的干擾確實存在，且不同的地鐵對地電阻率干擾的時間不盡相同；②選擇夜間數據均值替代日均值進行數據分析是可行的，運用均方差方法選取合適的均值時段，進行剔除干擾計算更加有效，江寧、青光和通州臺最佳均值時段分別為02時至

03時、03時至05時和01時至05時；③在經濟快速發展的現今社會，地震前兆異常觀測干擾不可避免，使用夜間值結合均方差計算結果，選取合適的均值時段替代日均值進行數據分析的方法，具有一定通用性，可在有明確規律干擾的觀測手段中試用。

李偉，孫春仙，田韜，等.解決地電臺站受電磁干擾的一種有效嘗試[J].防災科技學院學報，2007，9（4）：46-49.

馬欽忠，王煒，龔耀，等.上海市地鐵對地磁觀測影響的實驗分析[J].地震地磁觀測與研究，2004，25（5）：24-29.

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汪志亮，鄭大林，余素榮.地震地電阻率前兆異常現象[M].北京：地震出版社，2002：1-6.

Further research of the methods on earth resistivity observation with eliminating the interference of subway

Li Hongyu，Yuan Guiping and Shen Honghui
(Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing 210014,China)

The metro electromagnetic interference signal is detected by analyzing the data of earth resistivity which is observed at Jiangning,Qingguang and Tongzhou seismic stations.Two methods are used here to eliminate interference.One method is using the average value observed at night to replace the data of 24 hour average value.The other is using the average value of different periods at different stations.At present,the interference of seismic stations has become more and more serious because of the complicated situation of station relocation and reconstruction,the methods provided here can solve interference problem with defi nite regularity.

ground resistivity，subway，interference，mean squared error，observations at night

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.010

李鴻宇（1982—），男，助理研究員，2013年獲得中國科技大學固體地球物理學碩士學位，主要從事地電阻率和地磁的地震預報研究工作。E-mail： 27587295@qq.com

江蘇省地震局2015年青年基金項目（項目編號：201507QY）

本文收到日期：2016-01-05