刘华姣，何思源，李雪浩，魏嘉熙，吕 茜，丁 勇

(1.四川省地震局成都地震监测中心站,四川 成都 611730；2.成都理工大学，四川 成都 610059;3.四川省地震局江油地震台，四川 江油 621700)

0 引言

江油市位于强震多发区，属全国地震重点监视防御区。近年来，随着国民经济的发展和城市建设规模的扩大，原位于江油市德胜村的江油地震台(以下简称江油台)观测环境受到不同程度的破坏。2012年，该台因受江油市修建S205线绕城公路的影响，决定搬迁至位于龙门山中北段的江油市八一乡，新建地电阻率、地电场等观测手段，项目的建设对加强四川地区地震前兆观测具有重要作用。勘选观测场地是地电项目建设的重要环节，地电观测数据质量的好坏将直接影响地震预测的准确性。通过电测深、非工频和工频干扰3项测试，分析江油台新建地电观测项目所具备的条件，并对地电观测数据质量进行评估，为更好地开展地电观测夯实基础，加强地电观测数据在地震分析预报中的应用。

1 台址概况

江油台位于龙门山中北段江油前山断裂带构造附近，属北东向构造体系，构造线走向为北东45°～50°。场地属剥蚀构造丘陵地貌，地形坡度在20°左右，丘顶较平缓，多呈浑圆状、台地状。场地基岩由上侏罗统紫灰色砂岩、黄棕色岩屑石英砂岩、棕红色粉砂岩与泥岩层等组成的互层，表现为倾向北西的单斜层。该区域地势相对较高且平坦，无大型深沟和陡峭山丘，周边为农田，测区内除一虾鱼塘抽水、蓄水干扰外(见图1)，无工业生产、城市交通轨道等干扰，观测环境较好。

图1 地电场布极示意图

2 电测深测试

根据地电观测技术规范要求[1]，对江油八一地震台地电阻率观测场地地下介质的电性结构分布情况进行勘探。

2.1 测试方法

采用对称四极装置进行电测深测试，采取视电阻率十字测深剖面法，布设NS和EW向2条十字电测深测线，NS和EW测线上供电测深点上均布置实测15个极距，最大供电极距AB/2为750 m，最小供电极距AB/2为1.5 m，对应的最大测量电极距MN/2为70 m，最小测量电极距MN/2为0.5 m。测量仪器使用WDFZ-5大功率机电测量系统，测量电极使用无水硫酸铜不极化电极，测量前对仪器稳定性、精度、电极极差等各项性能指标进行测试检查。在测量过程中出现的异常点、可疑点均改变电流，重复观测。

2.2 电测深结果及分析

由NS向电测深视电阻率曲线可见(见图2)，随着极距(AB/2从1.5～750 m)的变化，视电阻率值由15～56( Ω·m)，且基本呈线性递增，未出现明显的高、低电阻率层位；由EW向电测深视电阻率曲线可见(见图3)，除小极距(对应近地表)处，该测深点位于(干)水田边缘的斜坡上，视电阻率略有偏大，其余部分随着极距的变化，视电阻率值由15～55(Ω·m)，也基本呈线性递增变化，未出现明显的高、低电阻率层位。

图2 NS向电测深点视电阻率曲线图

图3 EW向电测深点视电阻率曲线图

2.3 电测深资料反演及分析

为定量分析两个测深点下的电性分布，在目前对单个测深点不利于进行直接反演的情况下，采用二维有限单元法模拟技术，分别对两个测深点进行数值模拟计算，结果如图4、图5所示。

图4 NS向供电测深点模拟结果

图5 EW向供电测深点模拟结果

用式(1)统计模拟精度:

(1)

经数据统计分析得到南北向视电阻率的均方误差为±0.93 (Ω·m)，东西向为±0.91 (Ω·m)。南北、东西两条线视电阻率均方根误差的绝对值均小于1 (Ω·m)，拟合精度较高，实现最佳拟合。从实测值与拟合模型电阻率值的符合度可看出，此次测量精度高；测深点下方的电性比较均匀，在极距控制(300 m左右)深度内，无明显高、低电阻率层。

根据模拟结果及现场的具体地质情况，对2条电测深曲线做初步地质分析。推断NS向测线0～1.5 m处是淤泥土，1.5～7.5 m为泥页岩，7.5～170 m为粉砂质泥土，170 m以上为泥质粉砂岩；EW向测线0～2.0 m处是泥土，2.0～7.5 m为泥页岩，7.5～170 m为粉砂质泥岩，170 m以上为泥质粉砂岩。观测区岩性为电性结构基本相同的泥土、泥页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩层，电阻率变化小，无明显的高、低电阻率层。测深点附近地下介质横向电阻率较均匀，纵向电阻率变化小，该场地符合地电阻率、地电场观测的电性结构要求。

3 电磁干扰测试

根据DB/T 18.2-2006地震台站建设规范(地电台站)中电磁干扰源对地电场观测环境影响的测试方法[2]，对江油台地电待建场地进行工频及非工频干扰测试。测试设备由测量电极和主机两部分构成，主机置于农家院房内，外场地位于江油市八一乡农田内，测量外线呈L型布设(见第29页图6)。其中，NS长极距150 m，EW长极距150 m，NW长极距212 m，NS短极距100 m，EW短极距100 m，NW短极距141 m，铺设方式采用地面铺设。

图6 测量外线布极图

3.1 非工频干扰测试

地电场非工频测试对象是大地自然电场及人为干扰电场，通过连续72 h的观测查找有规律的干扰，计算干扰幅度，确定该场地是否符合大地电场的观测条件。非工频干扰测试设备采用北京陆洋科技开发公司生产的ZD9A-Ⅱ地电场仪，测量电极采用不极化电极。N、S电极的测量线与地电场仪ZD9A的CH1通道连接，E、W电极的测量线与CH2通道连接，连续观测约72 h。正常信号平均值为E0，干扰数据为Ee= E0±3σn-1，干扰值为：

Ed=Ee-E0

通过对江油台新观测场地非工频电磁干扰背景测试数据的分析，该场地的地电场日变化较清晰，无明显高频干扰，最大干扰信号Ed为309.51 mV/km，干扰值超过0.5 mV/km的允许值，但不符合“每天或每小时2个测向均定时出现”的规定，认为不是干扰，是偶然事件所致。因此，该场地符合规定的地电场、地电阻率台站建设的电磁环境要求[3](见表1)。

表1 地电场非工频干扰数据表

3.2 工频干扰测试

工频测试对象是人为干扰电场，通过连续72 h的观测查找有规律的干扰，计算干扰幅度，确定该场地是否符合大地电场的观测条件。工频干扰测试设备采用美国泰克(Tektronix)TDS-1012C型示波器。将示波器通道CH1、CH2分别与测量极N、S连接，示波器置于CH1-CH2的工作方式(2通道相减)。测试结果表明，在观测时段内未发现工频干扰信号，干扰信号峰值的平均强度Eind小于1 250 mV/km，最大工频干扰幅度符合《地震台站观测环境技术要求》的规定。

4 观测质量评估

江油台地电观测分地电场和地电阻率2套观测系统，均于2016年1月1日正式运行，至今已积累4年的连续观测资料,长时间的连续观测有助于客观评估观测质量。

4.1 质量评估方法

用于地电场观测质量评估的参数主要有连续率、完整率、相关系数和差值等，用于地电阻率观测质量评估的参数主要有连续率、完整率和精度等。

4.1.1 连续率和完整率

观测资料的连续率和完整率是评价观测资料质量的主要参数之一，连续率和完整率越接近1，观测质量越高，其计算方法如下：

(1)

4.1.2 相关系数和差值

相关系数和差值可用于评价地电场观测资料的质量，在同一地区，自然电场部分基本稳定，因此，同一测向长、短极距观测的数据变化规律应当接近。若变化趋势一致，说明数据可信度较高；反之，需要考虑观测系统工作是否正常，测区内是否存在干扰等。相关系数越接近1，差值越小，同一测向长、短极距的观测数据越一致，观测数据越稳定。

相关系数的计算方法如式(2)：

(2)

差值的计算方法如式(3)：

(3)

4.1.3 精度

电阻率观测精度是所测电阻率准确程度的量度，由系统误差和偶然误差组成。系统误差主要是测量仪器和某种人为因素引起的误差，可通过定期的仪器标定来衡量，也可通过改进仪器性能等措施加以克服；偶然误差是多种因素的综合作用使观测值产生某些变化，出现测量值在均值附近波动，其大小用均方根误差来表示。相对均方根误差Kσ由下式(4)计算而来：

(4)

精度值越小，电阻率准确程度越高，越能识别地电阻率异常。若可靠识别出不低于1%的地电阻率异常，则达到国家基本地电台网观测精度质量标准。

4.2 地电场观测质量评估

对江油台地电场数据的年平均连续率、完整率、相关系数和差值进行统计(见表2)。结果显示，2016至2020年连续率均在99%以上，完整率均在97%以上。表明，连续率、完整率均较高；差值在0.4 (mV·km-1)以内。总体来说，江油台地电场观测系统运行稳定，观测质量较好。

表2 地电场连续率、完整率、相关系数及差值年均值统计表

地电场三测道相关系数关系为NS向高于EW向，EW向高于NW向，这与地下介质及观测场地环境有关。NS向2016至2019年相关系数在0.90～0.95之间，相关系数较高，变幅不大，较为稳定;EW及NW向相关系数在2018年突降。由日相关系数曲线图看出(见图7)，EW、NW向于2018年1月27日起呈起伏下降，8月降至历史最低。经排查，EW测道A1至A2电极附近，在2018年1月27日有虾鱼塘围栏的彩钢板进场，28日正式施工。该虾鱼塘的施工及其投入使用后的蓄水放水，可能引起EW及NW向相关系数的降低。

图7 地电场日相关系数曲线图

4.3 地电阻率观测质量评估

对地电阻率数据的年平均连续率、完整率及观测精度进行统计(见第31页表3)。结果显示，地电阻率NS、EW向连续率及完整率2016至2019年均在99%以上，观测系统运行稳定，观测数据连续。2016至2019年两测道观测精度值均小于0.06%，精度高，达到国家基本地电台网精度质量标准[4]，能够可靠识别不低于1%的地电阻率异常。

表3 地电阻率连续率、完整率、精度年均值统计表

4.4 观测数据分析

江油台地电场静日(2016年6月3日)分钟值日变化形态曲线如第31页图8所示，NS、EW、NW三测向数据均有明显的日变形态——双峰单谷。NS、EW测道极小值均出现在北京时间14时左右; NW测道日变形态极小值出现在北京时间12时左右。三个测向的日变形态稍有区别，但是整体的趋势基本保持一致，各测向的日变幅不大，一般在0.5 mV/km左右。说明江油台地电场无明显月变、年变规律。

图8 地电场日变化曲线

地电阻率小时值观测数据变化较稳定，变幅较小，NS测道观测数据在57.7至58.6 (Ω·m)之间变化，EW测道观测数据在55.6至57.0 (Ω·m)之间变化(除去环境干扰产生的突跳)。NS、EW 两测道观测数据均具有清晰的年变形态，呈夏低冬高的年变规律(见图9)。地电阻率与该台记录的降雨量对比发现，NS、EW 测道观测数据与降雨呈负相关，表明地电阻率导电与地下介质孔隙中含水量有关。

图9 地电阻率年变化曲线

5 结论与讨论

通过以上研究，可得出如下结论：

(1) 按地电台站建设规范规定方法，对江油台地电阻率、地电场观测场地进行十字电测深野外测试和分析。可得出，观测场地的纵向电性变化小，横向电性均匀，且电测深曲线反演解释与定性解释吻合。该台新地电观测场地符合地电阻率、地电场观测台站台址电性条件的技术要求。

(2) 对地电阻率、地电场观测场地进行工频干扰和非工频干扰2项测试。根据测试数据的分析和干扰数据统计，该场地的地电场日变化清晰，工频干扰平均强度Eind的最大值小于1 250 mV/km，非工频最大干扰信号Ed超过0.5 mV/km的允许值，不符合“每天或每小时2个测向均定时出现”的规定，认为是偶然事件所致,非干扰。该台地电新观测场地符合地电阻率、地电场观测的工频、非工频干扰背景要求[3]。

(3) 对地电观测质量进行评估，地电场连续率、完整率较高，差值较小，相关系数因EW测向A1、A2电极附近虾鱼塘的施工和使用，在2018至2019年EW、NW测向相关系数降低；地电阻率观测连续率、完整率高，精度高。地电场静日变化呈双峰单谷，地电阻率年变化呈夏低冬高形态。总体来说，江油地电观测系统运行稳定，各项指标均符合相关技术规范标准[4]，产出数据质量可靠。

根据以上勘选结果分析可认定，该观测场地适合建设地电观测项目。观测系统正式运行后，状态稳定，能反映观测场地的客观变化，观测质量较好。

感谢成都理工大学地球物理学院江玉乐教授完成并提供电测深资料和四川省地震局颜晓烨老师提供电磁干扰测试资料。