阳原地电阻率观测分析

韩和平 马 佳 张广莉

（中国河北075800阳原地震台）

阳原地电阻率观测分析

韩和平 马 佳 张广莉

（中国河北075800阳原地震台）

由于大秦铁路横穿测区，夏季降雨时电极与铁轨形成通路，对地电阻率观测造成较大影响，使观测精度下降。ZD8M观测系统远离铁路并深埋电极后，可以减小地表降雨及地下水位对地电阻率观测数据的影响，使观测精度提高。河北阳原地震台地电阻率观测系统较好，数据可靠、稳定、连续，观测时间较长，对晋冀蒙交界地区的成组地震有较好响应，对晋冀蒙及首都圈地区地震监测、预报、地震科学研究中具有重要意义。

地电阻率；精度；干扰；监测预报；映震效果

0 引言

阳原地电台（以下简称阳原台）地电阻率观测始于1976年，是中国开展地电阻率观测比较早的专业台站之一，地处晋冀蒙交界地区，该区作为华北地区强震监视跟踪的重点区域，曾发生1981年丰镇M 5.5、1989年大同M 5.9、1991年大同M 5.8、1998年张北M 6.2等显著地震。阳原台地电阻率观测系统较好，观测仪器历经电子自动补偿仪DDC-2A到数字地电仪ZD8B、ZD8M的变革，观测时间较长，数据可靠、稳定、连续，强震前表现出显著的地震前兆异常，对晋冀蒙交界地区的成组地震有较好响应（张学民等，2003），具有较好的映震效果，对晋冀蒙及首都圈地区地震监测、预报、地震科学研究具有重要作用和意义。

1 观测背景

1.1 地质构造

阳原台位于阳原县西城镇北关村，处于晋冀蒙3省交界处，张渤地震带和山西地震带交汇处，主要活动断裂为北东东向延展的南山山前断裂（六棱山山前断裂）和北山山前断裂（八棱山山前断裂），两条断裂均为倾向盆地中心的正断层，地震活动频繁（图1）。测点位于断裂带和冲积扇上，有利于观测到来自地壳深部的信息。台址具有大陆季风性气候，常年少雨多风，空气湿度较低。

测区电测深曲线类型为QQ型（图2），地下电性结构为4层，第1层为第四纪黄土层，夹有砾石；第2层为游泥层；第3层为粘土层；第4层为砂质灰岩层。测区符合地电阻率台站浅部地电阻率大于10 Ω·m的要求。NE和NW向深部地电阻率差别较小，该区地层具有水平层状介质结构。

图1 阳原台构造地质Fig.1 The tectonic geological map at Yangyuan station

图2 阳原台电测深曲线Fig.2 Electric sounding curve at Yangyuan station

1.2 观测环境

阳原台地电阻率测区大部分为农田覆盖，观测环境较好，工业设施、变电站、高压线路等符合《地震及前兆数字观测技术规范》（简称《规范》）的要求。大秦铁路（1987年修建）横跨阳原台地电阻率观测环境保护区，已不满足《规范》要求，距NW道东供电极（B3）只有20 m。在雨季降雨时电极与铁轨形成通路，对地电阻率观测有显著影响。测区内还有一液化气站（1993年9月修建），埋设金属管道，对地电阻率观测有一定影响（韩和平等，2005）。测区周围为农田，NW道西测量电极（M3）附近有一个小型养羊场，建于2014年4月，位于NW测线北边，距M3电极约100 m； NW道东测量电极（N3）附近有2个蘑菇大棚，建于2010年，位于NW测线南边，距N3电极约200 m（图3）。这2个建筑规模较小，用电用水量较小，对地电阻率观测影响不大。

1.3 观测系统

阳原地震台地电阻率观测布设N22°E 和N68°W 测道，供电极距AB=1.2 km，测量极距MN=0.2 km，采取正十字交叉布极，布极示意见图3。1976年7月—2001年6月使用DDC-2A模拟仪器观测，标称精度不大于1.5%测值；2001年6月至今使用ZD8B数字地电仪观测，电压测量最大容许误差为±1%读数+0.1%满度值。2013年上半年在中国地震背景场项目河北分项目建设中，对阳原台地电阻率观测进行改造，观测系统升级为ZD8M地电仪，布设N45°E、N45°W测道，测区向北进行移动，供电极距1 km，测量极距0.3 km，供电、测量电极采用100 cm×150 cm×5 cm 长方体铅板制作，电极埋深15—20 m。目前两套观测系统并行观测，稳流源随地电仪更换而变更（表1）。

图3 地电阻率观测示意Fig.3 The resistivity pole and environmental

表1 阳原地震台地电阻率观测使用仪器和稳流源Table 1 Resistivity observation instrument and current source list at Yangyuan Seismic Station

2 观测精度

阳原地电阻率自1976年观测以来，具有较清晰的冬高夏低年变规律，观测资料稳定，数据产出连续。DDC-2A 模拟观测系统每日观测5次，产出地电阻率每次观测值和日均值；ZD8B和ZD8M数字观测系统每日整点观测24次，产出地电阻率小时值和日均值。表2为该台不同时期、不同仪器的数据完整率和观测精度统计结果。1976—2000年模拟观测地电阻率数据完整率n/N为100%，2001年数字地电仪投入观测以来n/N为99.80%，背景场仪器ZD8M仪器观测2年数据完整率为99.95%，满足《规范》要求。地电阻率观测精度由相对均方差σn-1/ρs(%)、日均值相对均方差/ρs(%)、小时值均方差的月均值/ρs(%)来衡量，数据越小证明地电阻率观测精度越高，当观测精度/ρs(%)＜0.3%时，日常小时观测值相对于前一天的日均值变化一般不超过1%，测数据可利用性高，映震能力强。从表2可以看出：3套观测系统地电阻率观测数据月均值的相对均方差σn-1/ρs(%)为0.12—0.24，日均值相对均方差月均值/ρs(%)为0.20—0.35，小时值均方差月均值/ρs(%)为0.20—0.42。由于背景场ZD8M仪器电极埋深大且布极区远离大秦铁路，从而减小了降雨对观测数据的干扰，观测精度高、观测数据稳定、映震能力强，从试运行近两年观测数据稳定，每月观测精度均不大于0.20，数据可用性强； ZD8B仪器电极埋深浅，测区有大秦铁路穿过，在降雨时电极与铁轨形成通路，观测数据干扰比较严重，观测精度低；模拟观测DDC-2A仪器虽然电极埋深较浅，但测区无大秦铁路穿过，精度略高于ZD8B仪器。

表2 阳原台地电阻率数据完整率与观测精度Table 2 Integrity and accuracy of resistivity data at Yangyuan Seismic Station

3 主要干扰

3.1 降雨影响

阳原台地电阻率资料每逢雨季出现突变，且N68°W测道比N22°E测道受降雨影响严重。统计2003年以来阳原地区降雨量，发现阳原日电阻率受降雨影响较明显，降雨

后地电阻率测值开始下降，且降雨量越大下降幅度越大；降雨停止后，随着地面慢慢变干，测值逐渐恢复到变化前状态。地电阻率在夏季呈现“山羊胡子”状变化，主要原因是降雨，机理上与大秦铁路有关（图4），降雨时地下电极与铁轨形成通路，供电后部分电流流向铁轨，从而造成测值降低。背景场ZD8M观测系统远离大秦铁路，降雨对观测数据影响降低，观测精度有很大提高，观测数据符合《规范》要求。

3.2 地表潜水位影响

与阳原附近地下潜水位对比（图5），发现NE向地电阻率年变与地表潜水位埋深呈镜像关系（图中地下水位指地表潜水位埋深，即水面到地表的距离，水位埋深大，代表水位下降）。地表潜水位埋深年变为冬低夏高，地电阻率年变为冬高夏低，即每年地下水埋深增大，水位下降时间段，地电阻率下降，年变相关系数为0.80。年变是在探测深度偏浅时，降雨、地表潜水位年变动态引起地表表层介质电阻率的变化，是一种与地震无关的干扰变化（张国苓等，2013）。大多数台站的年变形态为“冬高夏低”的“正增常年变”（如昌黎台、大同台等），降水多的夏季，地表潜水位较高，表层介质含水率升高，表层真电阻率较低，使得地电阻率观测值低，反之冬季降水量少，地电阻率观测值较高。背景场ZD8M观测系统由于电极进行深埋（15—20 m），所以观测数据受地表潜水位的影响几乎不存在，观测精度得到进一步提高，观测数据可利用性进一步提高。

图4 地电阻率与日降雨量的关系Fig.4 The relationship between resistivity and ainfall

图5 地电阻率与地下水位关系Fig.5 The relationship between resistivity and groundwater level

4 映震效果

自1976年以来，阳原台地电阻率共监测到台站300 km范围内7次MS5.0以上地震（去除余震），具体参数见表3。

表3 阳原地电阻率映震统计Table3 Correlation of earthquakes and resistivity at Yangyuan Seismic Station

由表3可见，阳原地电阻率对震中距300 km以内地震映震效果较好，尤其是晋冀

蒙交界地区发生的中强地震，在地震前均出现异常变化。这种异常多呈现出比单个地震更为复杂的形态特征，异常往往持续到成组地震中最后一个强震发生后才结束。总体表现为趋势变化背景下的反复升降，呈现异常持续时间长、幅度大和恢复慢的特点。

4.1 1989年大同成组地震

1989年大同成组地震包括1989年10月18日大同5.7级、10月19日大同5.9级和5.5级、1991年1月29日忻州5.1级地震和1991年3月26日大同5.8级地震。考虑到地电阻率测值时间间隔的有限性，有些地震的前兆异常在时间上难以区分，把10月18日和19日地震合并，以主震考虑，1991年的两次地震也只考虑大同5.8级地震（张学民等，2003）。阳原台地电阻率在1989年大同震前变化稳定，在之后的成组地震前却出现大幅度年变畸变现象，无论是年变化下降幅度还是上升幅度均明显超出往年（图6）。

图6 大同地震和张北地震前阳原地电阻率变化曲线Fig.6 The change of resistivity before Datong and Zhangbei earthquakes at Yangyuan Seismic Station

4.2 1998年张北成组地震

1998年张北成组地震主要包括1998年1月10日张北6.2级地震、1999年3月11日张北5.6级地震和1999年11月1日大同5.7级地震（张学民等，2003）。1998年阳原地电阻率出现年变畸变，主震发生后两个地震表现为下降—转平—震后恢复的类型，在1998年和1999年出现年变幅度减小甚至消失的特征，1999年3月张北地震发生在低值异常中段，之后异常持续低值，1999年10月恢复上升，l1月发生大同5.7级地震（图6）。

5 结束语

阳原地震台经过测区环境调查，测区内大秦铁路对地电阻率观测有较大影响，降雨时电极与铁轨形成通路影响观测数据，是引起阳原地电阻率数据变化的主要因素。通过把观测系统北移，远离铁路并深埋电极后，观测精度（ZD8M观测系统）得到提高，减小了降雨对观测数据的影响。地电阻率观测系统常年稳定，观测数据连续率好，符合规范要求。阳原地电台观测数据对晋冀蒙交界地区多次中强地震反应敏感，映震能力强，地电阻率作为前兆异常，异常多以年变畸变为主。阳原地电阻率观测对晋冀蒙及首都圈地区震情监视具有重要的作用和意义。

韩和平，王长江，任佳，等.阳原地震台的改造建设——地电阻率观测中的干扰及排除[J].华北地震科学，2005，23（1）：57-59.

张学民，刘素英.华北地区成组地震前后的地电阻率异常特征[J].华北地震科学，2003，21（4）：10-1.

张国苓，乔子云，贾立峰，等.隆尧地电阻率与地下水位关系分析[J].地震地磁观测与研究，2013，34（5/6）：141-143.

Observation and analysis of earth resistivity in Yangyuan

Han Heping，Ma Jia and Zhang Guangli
(Yangyuan Seismic Station,Hebei Province 075800,China)

Since Datong-Qinhuangdao railway passes through the survey area of Yuanyang Seismic Station,and the rail and electrode consist of electric path during summer rainfall,the ground resistivity observation accuracy in the station is greatly impacted on.After the ZD8M observation system is reconstructed by moving far away from the railway and increasing the depth of the electrode,which can reduce the influence of surface rainfall and underground water level on the earth resistivity observation data and improve the accuracy of the observation,the resistivity observation system in Yangyuan station,Hebei Province is in good status,with reliable data and long time stable continuous observation.It has a good response to the grouped earthquakes in the junction of Shanxi,Hebei and Inner Mongolia areas and is of great signifi cance to the earthquake monitoring,prediction and scientifi c research of Jin-Ji-Meng and capital circle area.

resistivity，accuracy，interference，monitoring and forecasting，earthquake response effect

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.009

韩和平（1974— ），男，台长，高级工程师，从事地震监测工作。E-mail： he6f@eq-he.ac.cn

本文收到日期：2016-03-30