我国井下地电阻率观测技术现状分析

地震地电阻率前兆观测在中国开展了近50年,各种电磁干扰以及一些与地震无关的地表覆盖层电性结构变化一直影响着地电阻率观测,特别是近年来,电磁干扰越来越严重,为了抑制和减小电磁干扰和环境因素的影响,多个台站开展了试验性的井下地电阻率观测。通过对我国目前开展井下地电阻率观测台站的调研,总结了观测中成功的经验和存在的问题,并在此基础上,对井下观测装置技术的各个环节,提出相应较合理的技术措施。     

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。     

地表与井下地电阻率观测数据分析

本文介绍了目前中国运行时间超过2年以上的4个同场地地表和井下地电阻率观测台站的基本情况, 通过分析观测曲线动态变化、 观测精度以及映震能力, 得到以下初步结果: ① 井下地电阻率观测对风、 降雨以及杂散电流干扰的抑制能力要优于地表观测; ② 井下地电阻率观测年变化与地表有较大的差别, 且井下观测大大削弱了年变化幅度; ③ 井下垂直方向地电阻率观测数据相对水平方向来说阶跃及突跳较频繁; ④ 天水、 河源、 海安台井下观测对其附近地震有一定的映震能力。     

晋冀蒙交界及附近地区小极距井下地电阻率观测装置设计

为提升2022年北京冬奥会期间地电阻率测项的震情保障能力,将对晋冀蒙交界及附近区域的宝昌、集宁、阳原、大同、代县、临汾、通州和平谷8个台站在原有观测基础上增加具有全空间性质的小极距井下地电阻率观测。本文根据台站钻孔岩芯剖面和电测深数据反演测区水平层状电性结构,利用介质对地电阻率观测的影响系数方法,计算影响系数随极距和埋深的变化,选择合适的极距和埋深,使浅层介质对地电阻率观测的影响尽可能小,使目标层位对观测的贡献尽可能大,减少浅层介质对观测的影响。由此得出了各台站观测极距及埋深等装置系数,在此基础上完成了8个台站观测装置的方案设计。     

冬奥会保障项目井下地电阻率观测专用电缆设计与测试

根据冬奥会保障晋冀蒙监测能力提升项目的设计方案,在晋冀蒙交界及附近区域的宝昌、集宁、阳原、大同、代县、临汾、通州和平谷等8个地电阻率台站原观测场地建设井下小极距全空间地电阻率观测装置系统。参照该项目对井下地电阻率观测的技术要求,设计了井下地电阻率专用电缆,在项目实施过程中对专用电缆的导体直流电阻、线间绝缘电阻等主要指标进行了技术测试。测试结果表明,该专用电缆适用于本项目井下地电阻率观测,可保障井下地电阻率观测装置的长期稳定性。     

天水井下地电阻率资料应用研究

本文简要介绍了天水井下地电阻率观测系统场地布设及观测方式,对井下多种方式观测资料进行了对比研究,并结合芦山MS7.0、岷县MS6.6级地震进行了分析。结果表明:深层水平地电阻率在2次地震发生前,均出现了明显的短临异常,其他观测方式短临异常不是特别显著;同时对降水、雷电以及观测系统故障干扰影响深层地电阻率观测做了分析与讨论。与传统地电阻率观测相比,采用井下观测系统能减少干扰、提高信噪比,能缓解地电观测与经济建设的矛盾,是地电观测方式的新探索。     

天水地电阻率地表与井下多种观测方式的试验分析

2011年初天水地震台建成井下地电阻率观测专项项目,将地电水平观测推向了立体观测,其观测方式包括地表水平观测井下百米水平观测、地表与井下互换观测等.通过近两年的持续观测,地表A、B供电并下M、N观测以及并下水平观测两种方法获得的数据相对稳定、可靠;同时地表A、B供电井下M、N观测有助于数据变化的可靠性分析.在电磁环境较复杂的观测场地,地表A、B供电并下M、N观测和井下水平观测可能是地电阻率观测较为有效的两种方法.     

天水地震台井下地电观测系统介绍及其分析

介绍了天水地震台井下地电观测系统场地布设方式、测项设计安装技术要求和施工要点,并对原有观测资料和新系统观测资料进行了对比分析.结果显示:采用井下观测系统能减少干扰、提高信噪比,缓解地电观测用地与经济建设的矛盾,是地电观测方式的新探索.     

江宁台多孔垂向地电阻率观测试验

为了提高地电阻率观测抑制地铁干扰的能力, 江宁台新建了多孔垂向地电阻率观测。 在观测中探讨完善了装置系数计算方法, 解决了缺数问题, 并通过比较同测区井下和垂向地电阻率观测数据, 得出如下结论: ① 垂向观测由于布极方式较为特殊, 其年变化幅度大于井下地电阻率观测同等极距; ② 与井下地电阻率观测相比, 垂向地电阻率观测信噪比更高, 具备更好的抗地铁干扰能力, 以期为地电观测抗干扰的方法和技术应用提供基础; ③ 垂向地电阻率观测建设中, 可能需要重视电极的位置固定。     

开展小极距井下地电阻率观测的可行性分析

目前,我国用于地震监测的地电阻率观测面临着两个难题:①测区范围较大导致台网稀疏且分布不均匀;②易受环境干扰。本文结合台站实际的地下电性结构,采用地电阻率解析表达式和有限元数值分析方法,对开展小极距井下地电阻率观测的可行性进行了讨论。结果表明:小极距井下观测方式能有效抑制地表电性异常体类干扰和年变化的影响,也能记录到地表大极距观测和井下大极距观测所能记录到的震前异常变化。小极距井下观测能大幅减小布极区范围,有助于地电阻率的足密度组网成场观测,可为解决目前地电阻率观测面临的难题提供一种可选方案。     

嘉峪关地震台地电阻率观测效能评价

根据中国地震局电磁学科制定的<地电台站观测效能评估方案>,评估了嘉峪关地震台地电阻率观测效能,得到:嘉峪关地震台台址结构条件、电磁环境、台站观测系统符合地电阻率台站建设规范、观测方法标准等规定的技术要求;数字化地电阻率观测精度不低于3‰测值,保证了准确测量不低于1%地电阻率异常的指标需求;该台地电阻率观测对本区及附近中等以上地震有一定监测能力,并记录了对应远距离大震的1年尺度地电阻率异常,其观测数据在本区及附近地震监测、预报和地震科学研究及相关科学研究中有重要价值.     

榆树地电阻率台观测效能评价

本文根据中国地震局电磁学科制定的《地电台站观测效能评估方案》,评估了榆树地震台地电阻率观测效能。评估结果如下：榆树台台址结构条件、电磁环境、台站观测系统符合地电阻率台站建设规范、观测方法标准等规定的技术要求;数字化地电阻率观测精度不低于3‰测值,保证了准确测量不低于1%地电阻率异常的指标需求;该台地电阻率观测对本区及附近中等以上地震有一定监测能力,并记录了对应深源地震及邻区中强地震的1年尺度地电阻率异常,其观测数据在本区及附近地震监测、预报和地震科学研究及相关科学研究中有重要价值。     

宝鸡地震台地电阻率观测效能评价

根据中国地震局电磁学科技术管理组制定的《地电台站观测效能评估方案》,对宝鸡台地电阻率观测效能进行全面评价。从评价结果来看,宝鸡地震台地电阻率的台址结构条件、电磁环境、台站观测系统等均符合地电阻率台站建设规范要求;地电阻率观测精度不低于3‰测值,保证了准确测量不低于1％地电阻率异常的指标需求。宝鸡地震台地电阻率对本区及附近地区中等以上地震有一定监测能力,其观测数据在本区及附近地区地震监测、预报和地震科学研究及相关科学研究中有重要价值。     

阳原地震台井下地电阻率观测系统分析

通过对层状介质影响系数的计算,得出阳原台井下地电阻率观测系统记录数据主要体现该装置所在介质层的电阻率变化,反映了深层介质电阻率的变化情况;结合井下地电阻率观测曲线与降雨、气温等的对比分析可以看出,井下地电阻率抑制地表干扰能力较强,变化形态稳定且年变幅度较小,更能凸显应力作用下各向异性变化情况,有利于地震异常的分析和判别。     

相关检测技术在低频交流地电阻率观测中的应用

目前我国的地震地电阻率观测主要采用单一极距四极对称装置的直流观测测方法,该观测越来越多的受到城市建设中出现的各种电磁干扰的影响,特别是地铁、轻轨等的干扰,使得观测数据严重超差.为此我国的地震工作者提出了交流地电阻率观测方法,该方法由于采用固定频率信号进行观测,可以抑制人文干扰.本文对低频交流地电阻率观测中所采用的相关检测技术原理及在观测系统研制中的应用进行了阐述,并采用数值模拟方法对相关检测技术及观测系统参数选择进行了详细分析,研究了在不同参数条件下的相关检测误差及影响因素,给出了观测系统主要性能指标的基本要求和设计参数,为观测系统研制提供基础和依据.     

成都地震监测中心站地电阻率交、直流观测系统对比分析

成都地震监测中心站地电阻率交、直流2套观测系统为并行观测,选取2022年1—2月观测数据,分别从观测结果、抗地铁干扰、对同台地磁观测影响等方面进行对比分析,结果表明,2套观测系统地电阻率测值相近,交流观测系统精度更高,数据质量更佳,抗地铁干扰性能良好,且在供电测量时不会对同台地磁观测造成干扰影响。通过对比分析,有利于加深对观测系统和各类干扰的认识,并为其他电磁观测台站提供参考。     

平凉崆峒地电台深井地电阻率观测系统介绍及分析

介绍了平凉崆峒地电台井下地电观测系统场地布设方式、测项设计安装、技术要求等施工要点,并对原有观测资料和新系统观测资料进行了对比,分析结果显示:采用井下观测系统能减少干扰,提高信噪比。     

黔江台水管仪与垂直摆预报效能对比分析

水管仪与垂直摆均是通过观测地倾斜变化来捕捉地震前兆信息的定点形变仪器, 但因工作原理和观测频段不同, 其观测结果和异常形态具有一定差异性。 因此, 对两种仪器的不同异常形态进行预报效能评估具有重要意义。 利用异常自动化处理软件, 提取黔江台倾斜仪各测项趋势转折、 速率变化、 破年变和潮汐因子等常见异常, 并结合区域范围内的地震, 对不同异常进行R值评分, 评估不同测项的预报效能。 结果显示: 垂直摆NS分量预报效能最高, 其趋势转折异常和M2潮汐因子异常均具有较好的预报指示意义; 两套仪器的EW分量分别在破年变和速率变化预报效能较高; 而水管仪NS分量预报效能最差, 可能与该测项仪器故障频繁有关。 此外, 不同测项的异常对应的地震分布也具有一定的规律性。     

江宁台井下地电阻率变化初步分析

江宁台附近地铁可能对地电阻率观测的干扰较大，通过提取江宁台井下地电阻率夜间数据来分析其变化并探讨机理。结果表明：①江宁台井下地电阻率具备一定地表浅层抑制干扰能力，主要干扰源为地铁；②夜间1~3时数据突跳与地铁不定期维护有关；③井下地电阻率观测NS（AB=1000m）和NS（AB=200m）2018年10月开始出现快速下降变化后，江宁台周围地震强度明显增强，认为该变化与S340公路金属护栏无关；④井下地电阻率长趋势下降变化与周围深井水位变化一致，反映了周围区域应力调整的变化；⑤井下地电阻率观测EW（AB=200m）在安徽无为M_L 4.1地震前出现的"U"型变化与新建S340公路无关；⑥江宁台井下地电阻率共观测到5次"U"型变化，认为与地震有关的可能性较大。     

地电阻率多极距观测系统及试验研究

目前, 我国用于地震前兆监测的地电阻率观测系统大部分都是单一极距的, 这种观测方法在实际观测中普遍存在着地电阻率季节性变化的现象, 这种季节性变化与地震异常变化一起叠加在观测值中, 给地震异常的识别和判定带来了一定困难。 而解决这一问题的有效途径就是进行地电阻率的多极距观测。 本文介绍了采用ZD8MI电阻率多极距观测系统在山丹地震台的试验观测情况, 该系统是最新研制的、 专用于地震前兆监测的地电阻率多极距观测系统。 一年多的台站试验观测和反演结果表明, 浅层电阻率的变化相对较大, 而深层的相对变化较小, 因此利用多极距观测系统进行不同层位的地电阻率观测, 对排除干扰和识别地震前兆信息显得尤为重要, 是地电阻率观测技术发展的一个趋势。