井下地电阻率观测影响系数分析——以江宁地震台为例

采用水平层状均匀介质中点电源位于任意深度时的电位解析表达式,以江宁台3层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测时各层影响系数随深度、极距的变化,并结合探测深度探讨了实施井下观测时影响系数在选择供电极距和电极埋深时的作用。结果表明,对于"K"型电性结构,江宁台井下观测对地表、浅层干扰有较强的抑制作用,其短极距观测对地表、浅层干扰的抑制能力显著优于长极距观测;长极距观测在电极埋深H小于100m时对地表介质季节性的干扰具有放大作用;浅层影响系数一定时,电极埋深和供电极距需同时增加;江宁台井下观测供电极距AB/2取100～150m、电极埋深H为250m较为合理。     

井下视电阻率观测影响系数分析

采用水平层状均匀介质中点电流源位于任意深度时电位解析表达式,分析了井下对称四极视电阻率观测时影响系数随深度和极距的变化。结果表明对于固定的观测极距,影响系数与电极埋深之间关系复杂;对于某些电性结构和在一定深度范围内,井下观测对表层干扰具有放大作用。对于固定的电极埋深,小极距观测主要体现观测装置所在处的介质层信息,深部介质的影响系数随着极距的加大而增加,浅层影响系数一般先上升后下降;观测极距足够大时,井下观测影响系数逐渐接近于地表观测的影响系数,井下观测的优势得不到体现。本文以天水台为例讨论了实施井下观测时影响系数在选择供电极距和电极埋深过程中的应用。分析结果对在不同电性结构中实施井下地电观测时具有一定的参考意义。     

井下地电阻率观测中布极参数的确定方法

为压制地电阻率浅层干扰、突出深部以地震预报为目的的有用信息,选取了小江断裂中段一个场点作为实例,研究了井下地电阻率前兆观测中确定电极埋深、电极间距等布极参数的方法。结果表明:选择井下电阻率观测布极参数时要考虑影响系数和探测深度2个主要因素,即地下潜水位面以上各地层的影响系数应远小于深部各层,探测深度范围内最底层(受孕震影响最大的层)的影响系数应远大于其它各层,观测系统的探测深度最好不小于已有震例指示的地电阻率观测系统的探测深度。按照该方法选择了所给场点的井下电阻率观测布极参数,即电极埋深200 m、供电极距1 050 m、测量极距350 m,按对称四极布置,可获得最佳观测效果。     

江苏海安顾庄观测站井下地电阻率观测影响系数分析

根据地电阻率影响系数理论,分析了江苏省海安顾庄观测站井下地电阻率台站在对称四极地电阻率观测时,每层介质的影响系数随深度和极距的变化情况,并对该台站的观测装置系统进行评估。结果表明：(1)与地表NS向观测相比,海安顾庄观测站井下观测装置能较好地抑制地表干扰;(2)海安顾庄观测站井下观测的供电极距■在100～235m,电极埋深H在28～34m较合理。该分析结果可为具有类似台址电性结构的地电阻率台站实施井下观测提供一定的参考。     

通州台井下地电阻率测深初步分析

2020年7月12日唐山古冶 M_S5．1地震发生前,井下小极距地电阻率出现快速下降-折返的变化,变化形态、异常时长符合地电阻率孕震机理变化,但下降幅度远远小于地表大极距地电阻率孕震过程的变化幅度.因此,文章基于通州台地下电性结构和装置系统,采用数值分析方法,分析地表和井下小极距地电阻率的探测深度.结果表明,当底层电性变化区域介质电阻率发生某种减小时,通州台地表和井下小极距地电阻率装置系统地电阻率观测值会下降,下降的幅度随着深部介质电阻率变化区域上界面向上的扩展而增大.相比地表观测,井下小极距电阻率观测能更显著地接收到深部电阻率变化信号,对孕震有更强的反映能力.     

井下地电阻率观测中地表电流干扰影响计算

本文把地电阻率台站地下介质简化为水平三层均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流,针对对称四极观测装置,计算了在不同电性结构中的不同深度观测时,地表电流干扰源对对称四极装置地电阻率观测的影响,计算得到:地表干扰源对电阻率观测的影响取决于电性结构的类型和层参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离.本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构的选择、电极埋深、干扰源避让距离等有参考意义.     

平凉台井下地电阻率观测影响系数分析

根据地电阻率影响系数理论,以平凉台4层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测影响系数随深度和极距的变化。结果表明:对于固定的观测极距,影响系数与电极埋深之间的关系复杂;通过计算各层影响系数的大小,认为平凉台井下观测对地表及浅层干扰有较好的抑制作用,其分析结果可为在类似台址电性结构中实施井下地电阻率观测时选择电极埋深和供电极距提供参考。     

深埋电极的地电阻率观测研究

首先研究了四极观测系统装置系数与电极埋深的关系;然后给出了点电流源在3层地壳模型的地表和第二层时,电源所在层的电位的解析表达式;最后将天津宝坻地区的电性结构简化成一个3层模型,计算给出了当地表层和基岩中的电阻率出现变化时,在地表和基岩上层开展四极地电阻率观测结果与供电极距和深度的关系.     

水平两层均匀介质中井下电阻率观测信噪比的理论计算

在点电源水平两层均匀介质模型下计算了在不同地电断面中观测时地表干扰电流源对观测的影响。得到:地表干扰电流源对地电阻率观测电势差的影响取决于地电断面类型和参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离。本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构选择、电极埋深、干扰源避让有参考意义。     

延庆台井下小极距地电阻率观测系统分析

随着经济建设的发展, 地电阻率定点观测区环境被干扰严重影响观测质量, 装置系统在地表布设的工作方式难以取得有效观测和持续发展, 因此装置系统向井下深部布设受到人们关注。 同时, 地表大极距观测方式难以持续发展, 也促使地电阻率定点观测向井下小极距观测方式发展。 井下小极距观测相比地表大极距观测占地面积小, 能较好地排除或减弱地表测区环境干扰对观测结果的影响, 既能适应经济发展的需要, 又能较好地为地震监测服务。 2018年, 在总结已建井下地电阻率台站布极方式和建设工艺的基础上, 新建延庆台井下小极距地电阻率观测。 本文重点分析了延庆台井下小极距地电阻率观测装置系统建设中的几个关键问题, 如水平向和垂直向观测相结合、 布极方式、 电极制作和埋设深度等装置系统技术过程, 以及水平向和垂直向观测装置系数的计算等。 延庆台建设较好地获得了近全空间观测布设, 从理论上解决了井下小极距地电阻率建设的难点, 为将来要进行井下小极距地电阻率观测装置系统建设的台站提供参考。     

地表点电流对地电阻率观测的影响

将地电阻率台站地下介质简化为水平层状均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流源,针对对称四极观测装置,计算干扰源电流增减及位置变化对地电阻率观测的影响。结果表明,地电阻率的受干扰程度取决于地表干扰点电流的大小、在测区的方位及距中心点的距离。     

地电阻率观测装置布设与金属管线类干扰的关系研究——以平凉台为例

以平凉井下地电观测装置为例,采用有限元数值模拟的方法分析地电阻率观测装置布设与金属管线类干扰的关系。结果表明：(1)垂直于测线方向的金属管线对地电阻率观测的影响明显小于平行于测线方向的影响,最有效的抑制方法是增大金属管线的避让距离。(2)金属管线位于布极中心区域时,加深电极埋深并不一定能有效抑制干扰;对于金属管线垂直于测线方向的情况效果是显著的,但对于平行于测线方向的情况效果并不理想。(3)金属管线对井下地电阻率观测的影响是相对复杂的,它与装置系统(观测极距、电极埋深)、分层介质电性结构、金属管线自身的属性(电导率、横截面积、长度、距离)等因素有关。本研究方法可以快速判定资料异常变化的性质,对异常跟踪工作具有一定的参考意义,还可以为新建井下地电观测装置提供理论依据,从而提高台站的观测效能。     

江宁地电台深井地电阻率观测系统分析

江宁地电台在原址开展地电观测抗干扰保护工程,采取缩短极距和电极深埋来减轻地铁和蔬菜大棚的影响。本文介绍了江宁地电台深井地电阻率观测系统场地布设方式、安装技术要求和施工要点,并讨论深井观测存在的问题。通过分析试运行1年的深井地电阻率观测数据,发现采用深井观测可减少干扰、缓解地电观测与经济建设的矛盾,是地电观测的重要发展方向之一。     

水平层状介质中深埋装置系统地电阻率影响系数特征研究

讨论了地电阻率观测装置系统深埋条件下的影响系数特征. 采用这类装置的目的在于减小甚至消除来自表层产生的干扰,以提取深部可能的地震信息. 采用水平层状介质模型,应用边界积分方程法计算了不同装置埋深、不同装置参数下的影响系数及其与结构参数间的关系. 结果表明,不同地层影响系数的大小与电阻率结构、电极埋深、供电极距有密切且复杂的关系. 这表明为了有效地压制表层干扰并观测到底层变化,首先需要精细地探查测区电性结构,然后在此基础上,通过理论分析确认装置埋深及选定装置参数.      

新城子井下地电阻率观测影响系数分析

以新城子观测站地电阻率为研究对象,结合新城子观测站电测深资料通过影响系数理论用水平层状介质模型对比分析地表、井下地电阻率两种手段的观测效果,对新城子地电阻率观测各层影响系数随深度和极距的变化分析新城子井下地电阻率观测布极的合理性。其结果反应为新城子地电阻率井下观测设计较为合理,减少场地资源的同时对地表和浅层干扰有更好的抑制作用,对深层的映震能力优于地表观测,分析结果可为类似台址电性结构中实施井下地电阻率观测提供参考。     

金属护栏对洛阳地震台地电阻率干扰定量分析

自2018年12月起,因洛阳地震台测区内安装金属护栏,该台地电阻率出现异常变化。为正确评估此次影响,结合洛阳地震台电测深曲线、岩性资料建立了三维水平层状结构模型,利用有限元法计算了测区内金属护栏对洛阳地震台地电阻率观测的影响。同时,建立典型“H”型电性结构模型,分析了不同属性的金属导线对地电阻率观测的影响。结果显示：①金属护栏是洛阳地震台此次地电阻率年变异常的主要影响因素。当位于测区内影响系数为负的区域时,金属护栏引起地电阻率的趋势性上升;当位于影响系数为正的区域时,金属护栏引起地电阻率的趋势性下降。②不同属性的金属导线对地电阻率观测的影响不同。导线与测道夹角减小、导线长度增加、导线电阻率减小以及导线横截面积增加等均会导致干扰源对地电阻率年变影响作用增强。     

偶极接地线对地电阻率影响的数值模拟

针对我国地震监测预报中地电阻率定点连续观测中存在的偶极接地线的干扰问题, 本文将台站区域地层简化为3层均匀介质模型, 将接地线等效为偶极接地的电阻体, 建立了接地线干扰地电阻率观测的耦合物理模型. 通过有限元分析软件ANSYS模拟分析不同电性断面情况下接地线对地电阻率观测的影响, 同时分析这种干扰的产生机理, 并结合实际观测中存在的干扰问题作了对比验证分析. 结果表明: ① 接地线使得供电电极产生的地下对称性电场分布发生局部调整, 从而影响地电阻率观测; ② 接地线对地电阻率观测的影响主要取决于线缆的位置及方位角的大小; ③ 适当增大电极埋深可以减小其对地电阻率观测的影响; ④ 电性结构的差异性决定干扰变化幅度的大小. 本文结果对相关台站地电阻率观测异常分析落实及干扰源避让和观测系统改造具有参考意义.