山丹地電阻率觀測資料異常排除探討

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 時發現主觀測儀器ZD8BI 觀測數據NS、EW 測道數據均有上升現象，同場地同外線路并行觀測的ZD8M 觀測數據正常未見明顯變化，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，因測區積雪較厚影響室外線路檢查，對測區環境和電極坑進行巡查，巡查結果正常后繼續觀測，發現上述問題仍然存在。

因此，根據上述初步分析判定，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現地電阻率NS 測道和EW 測道數據有小幅度抬升，11 月22 日-11 月28 觀測數據的臺階仍然存在，但是測區積雪仍未全部融化，考慮到測區積雪基本不影響測區檢查工作，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，然后數據平穩形成一個臺階。

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-山丹交界發生了Ms6.1 地震，20 時48 分又發生Ms5.8級地震[3]。地震發生在祁連山中東段地區，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),震前一天出現明顯臨震異常(三道電阻率測值連續偏高），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出現超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 月底從高值轉折下降，但2003 年7 月中旬轉折后持續了十幾天從下降趨勢轉折為上升，打破正常的年變趨勢，上升到高值點11 月25 日發生了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，引起了測區介質的變化，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，觀測數據出現臺階后臺站工作人員與甘肅局預報中心及時匯報了測區的相關情況，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，從數據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，觀測數據恢復正常。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 時觀測數據出現階躍式上升，持續觀測至2019 年11 月28日數據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 巡查外線路和測區環境

檢測儀器工作狀態檢查完畢之后，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

環境變化是地電阻率觀測主要的影響之一，目前在國內常見的對地電阻率構成影響的環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內場地的電性結構，由此造成了地電阻率觀測數據偏離以往正常形態的變化[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7d，相比往年降雪天數未見增多，因此可排除氣象因素對地電阻率的干擾。

2.3 室內線路、接頭及避雷機箱接地

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

2.4 人工電位差讀數分析

利用人工電位差讀數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，觀測數據上升前后人工電位差讀數見表2。

表2 人工電位差讀數

2.5 觀測數據分析

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，2019 年11 月21 日EW 測道兩套觀測儀器觀測數據結果如圖5 所示。

圖5 山丹地電阻率并行觀測數據對比分析

計算兩臺觀測儀器2019 年11 月1 日-26 日EW測道觀測數據日均值，發現ZD8BI 觀測儀器自2019年11 月21 日14 時EW 測道觀測數據上升后并沒有持續上升，一直維持穩定在26.30Ω·m 觀測范圍，并將此觀測值對比ZD8M 觀測儀器EW 測道觀測數據，發現兩套觀測儀器觀測數據在ZD8BI 觀測儀器EW 測道觀測數據上升后更為相近，使得我們懷疑是否存在一個干擾源，在干擾ZD8BI 觀測數據，在2019 年11月21 日13 時ZD8BI 掉電后接入UPS 供電后干擾去除數據恢復正常，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 時觀測數據仍未恢復，也沒有繼續升高；第二步，通過與省局預報中心溝通再次檢查測區是否有變壓器漏電現象，檢查發現測區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，檢查發現兩套觀測儀器數據未見明顯變化，ZD8BI觀測數據未見恢復；第三步，關掉ZD8M 之觀測ZD8BI，數據未見恢復，同時關掉ZD8BI 和ZD8M，關掉一小時后只開啟ZD8BI 后觀測數據仍未見恢復。

3 分析與結論

依據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穩定可能是試運行ZD8M 有干擾，但是將ZD8M 試運行儀器停測后干擾繼續存在，觀測數據仍未恢復，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。