天水井下地電阻率資料應(yīng)用研究1

楊興悅王 燕張立紅張俏麗葉媛媛

1）蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，蘭州 730000

2）甘肅省地震局，蘭州 730000

3）甘肅省地震局天水中心地震臺(tái)，天水 741020

4）甘肅省地震局嘉峪關(guān)中心地震臺(tái)，嘉峪關(guān) 735100

5）甘肅省地震局隴南中心地震臺(tái)，隴南 746000

天水井下地電阻率資料應(yīng)用研究1

楊興悅1,2)王 燕1,3)張立紅1,3)張俏麗1,4)葉媛媛1,5)

1）蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，蘭州 730000

2）甘肅省地震局，蘭州 730000

3）甘肅省地震局天水中心地震臺(tái)，天水 741020

4）甘肅省地震局嘉峪關(guān)中心地震臺(tái)，嘉峪關(guān) 735100

5）甘肅省地震局隴南中心地震臺(tái)，隴南 746000

本文簡(jiǎn)要介紹了天水井下地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)場(chǎng)地布設(shè)及觀測(cè)方式，對(duì)井下多種方式觀測(cè)資料進(jìn)行了對(duì)比研究，并結(jié)合蘆山MS7.0、岷縣MS6.6級(jí)地震進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：深層水平地電阻率在2次地震發(fā)生前，均出現(xiàn)了明顯的短臨異常，其他觀測(cè)方式短臨異常不是特別顯著；同時(shí)對(duì)降水、雷電以及觀測(cè)系統(tǒng)故障干擾影響深層地電阻率觀測(cè)做了分析與討論。與傳統(tǒng)地電阻率觀測(cè)相比，采用井下觀測(cè)系統(tǒng)能減少干擾、提高信噪比，能緩解地電觀測(cè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的矛盾，是地電觀測(cè)方式的新探索。

地電阻率 井下觀測(cè) 蘆山地震 岷縣地震 異常

楊興悅，王燕，張立紅，張俏麗，葉媛媛，2015.天水井下地電阻率資料應(yīng)用研究.震災(zāi)防御技術(shù)，10（1）：173—183. doi：10.11899/zzfy20150118

引言

我國(guó)地震地電阻率觀測(cè)經(jīng)過近50年的發(fā)展，積累了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)和科學(xué)研究成果，在方法理論、觀測(cè)技術(shù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，為地震前兆現(xiàn)象探索、地震前兆機(jī)理研究、地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法研究以及地球科學(xué)研究積累了豐富的觀測(cè)資料（楊興悅等，2013b）。隨著城市的發(fā)展，對(duì)于地震前兆監(jiān)測(cè)抵御環(huán)境干擾能力、保障觀測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行、提高為地震預(yù)測(cè)服務(wù)能力等方面提出了新的、更高的要求（楊興悅等，2012）。如何建立一種既依法保護(hù)地震監(jiān)測(cè)環(huán)境，又服務(wù)于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展大局的長(zhǎng)效機(jī)制，使地震監(jiān)測(cè)環(huán)境的保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相銜接、相協(xié)調(diào)，是擺在我們面前的一個(gè)重要課題（王鋒吉等，2013）。

地電阻率（又稱“視電阻率”）是表征觀測(cè)點(diǎn)位地下某一特定探測(cè)范圍內(nèi)介質(zhì)綜合導(dǎo)電能力的物理量。聶永安等（2010）通過深埋電極的地電阻率分析認(rèn)為，地下觀測(cè)裝置不僅可以減小甚至消除地表環(huán)境變化對(duì)地電阻率觀測(cè)結(jié)果的影響，而且還能提高地電阻率對(duì)基巖電阻率變化響應(yīng)的靈敏度。因此，開展地下觀測(cè)是直流地電阻率法的一個(gè)發(fā)展方向（聶永安等，2010；田山等，2009）。隨著地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地震觀測(cè)環(huán)境逐漸遭到破壞，觀測(cè)數(shù)據(jù)中干擾信息日益增多，尤其對(duì)于傳統(tǒng)地電觀測(cè)而言，觀測(cè)系統(tǒng)占地面積大，臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境保護(hù)的任務(wù)越來越重。2009年天水地電臺(tái)測(cè)區(qū)被甘泉物流園征用，隨著物流園建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，天水臺(tái)地電觀測(cè)干擾也日益嚴(yán)重。在這種背景下，為使地電臺(tái)觀測(cè)避免大的干擾，繼續(xù)發(fā)揮天水地電觀測(cè)的重要作用，經(jīng)專家們多次論證認(rèn)為，在原測(cè)區(qū)嘗試井下地電阻率觀測(cè)方案可行，并于2011年3月建成天水井下地電綜合觀測(cè)示范工程。為有效利用資源，實(shí)現(xiàn)效能最大化，該觀測(cè)系統(tǒng)包括了地電阻率、大地電場(chǎng)和地溫梯度觀測(cè)。

近幾年中國(guó)大陸南北地震帶及鄰區(qū)強(qiáng)震頻發(fā)，2008年以來先后發(fā)生了汶川MS8.0、玉樹MS7.0、蘆山MS7.0和岷縣MS6.6級(jí)地震，這幾次強(qiáng)烈地震給我國(guó)造成了重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，給人們的生活帶來了巨大的災(zāi)難。目前位于南北地震帶的甘清川地區(qū)的地震形勢(shì)依然不明朗（楊興悅等，2013a），同時(shí)地震井下觀測(cè)方式還未得到廣泛公認(rèn)，因此有必要對(duì)天水井下地電阻率觀測(cè)資料進(jìn)行認(rèn)真的分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)交流，以期研究結(jié)果能為井下地電觀測(cè)提供借鑒，為地震預(yù)測(cè)研究提供參考。

1 測(cè)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景和外場(chǎng)地規(guī)劃

天水地電阻率電極布設(shè)區(qū)域位于天水甘泉物流園，地處崖灣村與白石村之間的永川河Ⅰ、Ⅱ級(jí)河谷階地上，上覆第四系層厚20—30m，其下是第三系粘土層厚約450—500m，基底為古生界變質(zhì)巖，布設(shè)區(qū)域海拔1153m，年平均濕度約63%，年平均溫度18℃（張新基等，2005）。

布極分布呈等腰三角形（頂角81°），大致呈北南、東西、北西向分布。北南、東西向井孔間距100m，北西向井孔間距130m，共有9口井。由于場(chǎng)地限制，北南、東西向井孔并非四點(diǎn)一線，但偏差在極距的5%以內(nèi)，符合《地電臺(tái)站觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》（國(guó)家地震局，1986）要求，電纜線采用全地埋方式蛇形彎曲布設(shè)。井孔位置分布如圖1所示。

圖1 天水地電井下綜合觀測(cè)系統(tǒng)分布示意圖Fig.1 Distribution of comprehensive observation system and set-up of deep well at Tianshui station

2 裝置系統(tǒng)介紹

2.1 裝置系統(tǒng)布設(shè)

天水地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)采用地表與井下多種觀測(cè)方式互換進(jìn)行觀測(cè)，電極埋深在每口井中100m和6m處，分別進(jìn)行3個(gè)測(cè)道地表對(duì)稱四極觀測(cè)、3個(gè)測(cè)道井下對(duì)稱四極觀測(cè)，以及地表與井下電極互換共12個(gè)測(cè)道觀測(cè)。對(duì)圖1中8號(hào)井進(jìn)行1測(cè)道垂直觀測(cè)，另接1測(cè)道標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，共計(jì)20個(gè)測(cè)道觀測(cè)。北南、東西向供電極距為300m，測(cè)量極距為100m；北西向供電極距為390m，測(cè)量極距為130m。供電極內(nèi)徑為16cm的空心鉛筒，筒高1m，鉛板厚0.8cm，測(cè)量極內(nèi)徑為16cm的空心鉛筒，筒高1m，鉛板厚0.3cm。

2.2 觀測(cè)方式

多極距地電阻率觀測(cè)在國(guó)內(nèi)外開展較早，從20世紀(jì)70年代開始發(fā)展到今天，理論比較成熟，在機(jī)理方面也有優(yōu)勢(shì)（毛先進(jìn)等，2008）。天水井下地電阻率觀測(cè)采用ZD8MI多極距電阻率儀，它與供電電源配合可自動(dòng)、定時(shí)測(cè)量20個(gè)測(cè)道的地電阻率和自然電位差。多極距地電阻率的觀測(cè)方法，不僅在一定程度上可以消除目前的單一極距地電阻率觀測(cè)易受淺層環(huán)境干擾的問題，而且還可以減小或消除年變化現(xiàn)象對(duì)地電阻率觀測(cè)的影響（王蘭煒等，2011）。通常在電磁干擾相對(duì)嚴(yán)重的場(chǎng)地，每日03、04時(shí)可以減少人為活動(dòng)產(chǎn)生的電磁干擾和影響；同時(shí)，這時(shí)來自空間的電磁擾動(dòng)影響也相對(duì)較低（徐文耀，1992）。因此在這一時(shí)段進(jìn)行各測(cè)道地電阻率觀測(cè)，每天觀測(cè)1次作為日值。另外，用ZD8A地電儀（日常觀測(cè)）和ZD8MI多極距電阻率儀（實(shí)驗(yàn)觀測(cè)）進(jìn)行井下100m深的對(duì)稱四極并行觀測(cè)，觀測(cè)方式為每小時(shí)觀測(cè)一次。

3 地電阻率觀測(cè)資料映震能力探討

天水井下地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)于2011年3月開始運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行正常，觀測(cè)數(shù)據(jù)良好，觀測(cè)結(jié)果符合地電觀測(cè)要求。在觀測(cè)期間曾發(fā)生了2013年4月20日蘆山MS7.0級(jí)地震和甘肅岷縣MS6.6級(jí)地震，在這兩次地震發(fā)生前，天水井下地電阻率均出現(xiàn)了不同程度的異常。筆者結(jié)合這兩次地震分別對(duì)常規(guī)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)進(jìn)行了對(duì)比分析。其中，常規(guī)觀測(cè)是指用ZD8A地電儀進(jìn)行電極埋深為100m的水平觀測(cè)，觀測(cè)值為整點(diǎn)值；實(shí)驗(yàn)觀測(cè)是指用ZD8MI多極距地電儀進(jìn)行日觀測(cè)，每日03—04點(diǎn)觀測(cè)一次，分別進(jìn)行深層（電極埋深為100m）、淺層（電極埋深為6m）、深層與淺層電極互換、垂直觀測(cè)，以及與常規(guī)觀測(cè)進(jìn)行的并行觀測(cè)。

3.1 常規(guī)觀測(cè)

地電阻率的變化對(duì)介質(zhì)應(yīng)變狀態(tài)有靈敏響應(yīng)，而且地電阻率的觀測(cè)數(shù)據(jù)無須作復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理，僅通過直觀的形態(tài)變化就可發(fā)現(xiàn)異常（趙和云，1994）。例1：2013年4月20日四川蘆山MS7.0級(jí)地震震中距離天水地電臺(tái)540km，地震前11天即4月9日天水井下地電阻率北南測(cè)道、東西測(cè)道和北西測(cè)道測(cè)值出現(xiàn)準(zhǔn)同步異常，異常形態(tài)表現(xiàn)為上下波動(dòng)，震前2天波動(dòng)更為明顯；北南測(cè)道正常觀測(cè)值為4.98±0.01Ω·m，震前變幅為±0.03Ω·m，震前1天最大變幅達(dá)-0.06Ω·m；東西測(cè)道正常觀測(cè)值為7.05±0.01Ω·m，震前變幅為±0.03Ω·m，震前1天最大變幅達(dá)-0.04Ω·m；北西測(cè)道正常觀測(cè)值為7.5±0.1Ω·m，震前變幅為± 0.03Ω·m，震前3小時(shí)最大變幅達(dá)+0.29Ω·m；這種上下波動(dòng)異常持續(xù)至5月4日才完全結(jié)束（見圖2）。例2：2013年7月22日甘肅岷縣MS6.6級(jí)地震震中距天水地電臺(tái)155km，地震前約40天天水井下地電阻率出現(xiàn)異常；東西測(cè)道6月11日開始出現(xiàn)異常、北南測(cè)道6月12日開始出現(xiàn)異常，異常形態(tài)和蘆山地震前的形態(tài)相似，表現(xiàn)為明顯的波動(dòng)變化，但幅度沒有蘆山地震前大；東西測(cè)道異常時(shí)段波動(dòng)變化幅度為±0.03Ω·m；北南測(cè)道異常時(shí)段波動(dòng)變化幅度為±0.02Ω·m；北西測(cè)道地電阻率異常不是十分明顯（見圖2）。

圖2 2013年天水地電阻率整點(diǎn)值曲線Fig.2 Curves of geo-resistivity at Tianshui station in 2013

Brace（1975）通過實(shí)驗(yàn)表明，在低應(yīng)力下不飽和巖層的電阻率隨壓應(yīng)力的增加而下降，而飽和巖層的電阻率上升。肖武軍等（2009）研究了9次7級(jí)以上大震發(fā)生前地電阻率觀測(cè)資料異常特征后認(rèn)為，地電阻率異常形態(tài)以負(fù)異常為主，在極值附近或轉(zhuǎn)折恢復(fù)過程中發(fā)生地震。而天水井下地電阻率異常表現(xiàn)出的既不是上升，也不是下降異常，而是波動(dòng)異常。

3.2 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

本文選取2012—2013年觀測(cè)資料作為研究對(duì)象，通過對(duì)不同測(cè)道、不同觀測(cè)方式的觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比研究，分析各觀測(cè)方式的優(yōu)劣。東西、北南、北西向各測(cè)道可按不同觀測(cè)方式分別進(jìn)行淺層觀測(cè)、深層觀測(cè)、上供下測(cè)、下供上測(cè)、上AB供下AB測(cè)、下AB供上AB測(cè)以及垂直觀測(cè)，共18測(cè)道；另進(jìn)行垂直觀測(cè)以及系統(tǒng)驗(yàn)證觀測(cè)；共計(jì)20測(cè)道，如圖3所示。其中，淺層觀測(cè)是指圖1中各井電極埋深為6m的水平觀測(cè)；深層觀測(cè)是指電極埋深為100m的水平觀測(cè)；上供下測(cè)是指淺層兩端電極供電，深層中間兩極測(cè)量；下供上測(cè)是指深層兩端電極供電，淺層中間兩極測(cè)量；上AB供下AB測(cè)是指淺層兩端電極供電，深層兩端電極測(cè)量；下AB供上AB測(cè)是指深層兩端電極供電，淺層兩端電極測(cè)量；垂直觀測(cè)是指圖1中8號(hào)井供電極埋深分別為100m、4m，測(cè)量極埋深分別為68m、36m進(jìn)行觀測(cè)；驗(yàn)證觀測(cè)是指由2個(gè)20Ω和1個(gè)0.01Ω電阻組成標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。

通過對(duì)所有測(cè)道數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出淺層觀測(cè)地電阻率變化幅度大，且表現(xiàn)出明顯的年變化形態(tài)（圖3中的a1—c1）；深層觀測(cè)地電阻率變化幅度較小，無年動(dòng)態(tài)變化（圖3中的a2—c2）；上供下測(cè)地電阻率變化幅度小，曲線形態(tài)和淺層觀測(cè)正好相反（圖3中的a3—c3）；下供上測(cè)變化幅度較小，年動(dòng)態(tài)變化不明顯（圖3中的a4—c4）；上AB供下AB測(cè)變化幅度較大，無年動(dòng)態(tài)變化（圖3中的a5—c5）；下AB供上AB測(cè)變化幅度較小，變化形態(tài)和上供下測(cè)相似（圖3中的a6—c6）；垂直觀測(cè)變化幅度也較小，變化形態(tài)與淺層觀測(cè)相反（圖3d）；驗(yàn)證系統(tǒng)地電阻率變化幅度在±0.02Ω·m內(nèi)（圖3e），說明觀測(cè)系統(tǒng)正常。從圖中還可看出，蘆山MS7.0級(jí)和岷縣MS6.6級(jí)兩次地震前，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)多數(shù)資料異常不顯著。各測(cè)道觀測(cè)資料變化幅度和變化率可以反映出觀測(cè)資料的穩(wěn)定性，2013年天水井下地電阻率變化幅度和變化率如表1所示。

表1 2013年天水多極距地電阻率觀測(cè)變化幅度Table 1 The change of multi-separation array geo-electrical resistivity observation at Tianshui station in 2013

續(xù)表

4 地電阻率觀測(cè)資料干擾分析

我國(guó)地電阻率觀測(cè)主要以地面觀測(cè)（指電極埋深在2m左右）為主，電纜線主要采用架空方式，這種觀測(cè)容易受到雷電、降雨、氣溫、高壓直流電、外線路漏電，或測(cè)區(qū)附近用電設(shè)備漏電、農(nóng)田灌溉、車輛及輕軌、建設(shè)施工、大風(fēng)干擾等影響（聶永安等，2010；劉允秀等，1999；杜學(xué)彬等，2008；王燚坤等，2011）。通過近3年的觀測(cè)，筆者發(fā)現(xiàn)天水井下地電阻率觀測(cè)受氣溫、大風(fēng)等影響較小，但在觀測(cè)過程中也發(fā)現(xiàn)了降雨、雷電和觀測(cè)系統(tǒng)故障對(duì)觀測(cè)資料的影響，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)井下地電阻率觀測(cè)有非常重要的意義。

4.1 降雨影響

已有的研究表明，降雨是影響地面地電阻率觀測(cè)的主要因素之一，但井下地電阻率觀測(cè)影響因素的研究成果目前還比較少。自天水井下地電觀測(cè)系統(tǒng)正式運(yùn)行以來，已經(jīng)觀測(cè)到2013年由于降雨導(dǎo)致地電阻率日值明顯下降（圖4）。例如：2013年4月20日四川蘆山MS7.0級(jí)地震發(fā)生前，地電阻率日值出現(xiàn)了明顯的異常，該段時(shí)間天水地電測(cè)區(qū)幾乎沒有降雨，也沒有其他干擾，儀器工作正常，因此認(rèn)為該異常為比較可信的前兆異常。6月19和20日測(cè)區(qū)幾公里外降雨量分別為38.2mm和114.8mm（圖4d），隨著雨水的滲入，地電阻率日值從19日開始持續(xù)下降，北南測(cè)道下降較快，呈現(xiàn)出臺(tái)階狀變化。7月8日降雨量為86.5mm，7月22日降雨量為85.0mm，從圖中可以看出降雨量與地電阻率變化對(duì)應(yīng)關(guān)系非常好。但是后幾次地電阻率雖呈臺(tái)階下降，但降幅明顯比第一次小，筆者推測(cè)這可能是以下兩種原因造成的：一是使用的降雨量為距地電測(cè)區(qū)9km外模擬水氡組所測(cè)的降雨量，該降雨量可能與地電測(cè)區(qū)的略有偏差；二是2013年夏季降雨頻繁，且雨量明顯高于往年，這可能導(dǎo)致地下濕度接近飽和狀態(tài)，所以地電阻率變化幅度較小。隨著9月底雨季的結(jié)束，地電阻率測(cè)值緩慢恢復(fù)，呈上升趨勢(shì)。由此可以看出，暴雨對(duì)井下地電阻率觀測(cè)影響明顯，其主要特征是：觀測(cè)數(shù)據(jù)變化與降水時(shí)間比較同步，形態(tài)多為下降-緩慢上升，數(shù)據(jù)變化幅度與降雨量大小有一定的關(guān)系，短時(shí)間內(nèi)降雨量多，則地電阻率下降幅度大，同時(shí)不同測(cè)向地電阻率測(cè)值也有區(qū)別。

圖4 2013年天水井下地電阻率及降水日值曲線Fig.4 Daily variation of rainfall and geo-resistivity at Tianshui station in 2013

從圖4中可以看出，2013年8—9月地電阻率有2次呈臺(tái)階狀變化（圖中方框所示），而此段時(shí)間有降雨，但降雨量不是很多，原因可能是前面所述即測(cè)區(qū)降雨量與9km外降雨量有所偏差，但從地電阻率曲線變化形態(tài)來看與前幾次降雨影響極為相似，因此筆者推測(cè)此段時(shí)間地電阻率變化是降水影響的可能性非常大。

4.2 雷電影響

雷電發(fā)生時(shí)，帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時(shí)，它們之間就會(huì)產(chǎn)生激烈的放電，從而改變區(qū)域電場(chǎng)的分布。當(dāng)雷電離得很近，電壓很高，在放電的瞬間會(huì)引起地電觀測(cè)數(shù)據(jù)的大幅度改變，雷擊嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒毀儀器（王燚坤等，2011）。例如：2013年9月12日17時(shí)左右天水地電測(cè)區(qū)附近雷雨交加，17時(shí)天水井下地電阻率東西測(cè)道測(cè)值突升，北西測(cè)道測(cè)值突降（圖5），而北南測(cè)道測(cè)值無變化。地電阻率觀測(cè)順序分別為北南、東西、北西測(cè)道，因此筆者推斷在北南測(cè)道觀測(cè)結(jié)束后，東西測(cè)道、北西測(cè)道在雷雨過程中完成了觀測(cè)并記錄到了雷電的影響，其中，東西、北西測(cè)道變化幅度分別為3.84%和-0.53%。從觀測(cè)結(jié)果可以看出，雷電對(duì)測(cè)量結(jié)果影響非常明顯。

4.3 觀測(cè)系統(tǒng)影響

天水井下地電觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行以來一直較為穩(wěn)定，但在2014年3月中下旬觀測(cè)過程中給儀器供電時(shí)，主用穩(wěn)流源報(bào)警，改為備用穩(wěn)流源配合觀測(cè)，4月1日重新整理線路，又改為主用穩(wěn)流源觀測(cè)。從圖6（a）—圖6（c）觀測(cè)曲線來看，此段時(shí)間測(cè)值變化幅度較平時(shí)大（圖中方框所示），其形態(tài)與蘆山、岷縣地震前相似，改回主用穩(wěn)流源后測(cè)值變化恢復(fù)了常態(tài)。另外，天水井下地電觀測(cè)系統(tǒng)與多極距儀器地電阻率并行觀測(cè)，從圖6（d）—圖6（f）多極距儀器觀測(cè)曲線來看，此段時(shí)間3個(gè)測(cè)道地電阻率變化非常穩(wěn)定，因此筆者認(rèn)為此段時(shí)間3個(gè)測(cè)道井下地電阻率測(cè)值明顯的波動(dòng)變化是由于觀測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定引起的。

圖5 2013年9月天水井下地電阻率整點(diǎn)值曲線Fig.5 Curves of geo-resistivity at Tianshui station in September, 2013

圖6 天水井下地電阻率整點(diǎn)值曲線Fig.6 Curves of geo-resistivity at Tianshui station

5 結(jié)論和討論

（1）天水井下地電綜合觀測(cè)系統(tǒng)被命名為示范工程，筆者認(rèn)為主要有以下三個(gè)方面的示范作用：一是環(huán)境干擾方面的示范，地電井下觀測(cè)是一個(gè)新興的項(xiàng)目，是地震觀測(cè)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞時(shí)保證正常觀測(cè)的創(chuàng)新性嘗試，是解決地震觀測(cè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)之間矛盾的有效途徑；二是映震能力方面的示范，近3年的觀測(cè)表明，井下地電阻率觀測(cè)不僅干擾小，而且能較好地反映地震孕育信息，在蘆山MS7.0、岷縣MS6.6級(jí)地震發(fā)生前，其表現(xiàn)出了明顯的短臨異常，異常形態(tài)表現(xiàn)為波動(dòng)變化；三是科學(xué)研究方面的示范，井下地電觀測(cè)成本高，為了對(duì)資源更有效的利用，天水臺(tái)進(jìn)行了地電阻率、地電場(chǎng)和地溫梯度觀測(cè)。同時(shí)，該觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，所產(chǎn)出數(shù)據(jù)的內(nèi)在質(zhì)量符合觀測(cè)規(guī)范要求，具有較高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

（2）天水井下地電阻率采用多種觀測(cè)方式，同場(chǎng)地進(jìn)行地面水平觀測(cè)、井下水平觀測(cè)、地面與井下電極互換觀測(cè)。前兩種采用對(duì)稱四極觀測(cè)方法，在電磁環(huán)境較復(fù)雜的觀測(cè)場(chǎng)地，是地電阻率觀測(cè)較為常用的方法。地表與井下電極互換觀測(cè)是一種偶極觀測(cè)方式，有助于數(shù)據(jù)變化的可靠性分析。

（3）實(shí)驗(yàn)觀測(cè)中的地面水平觀測(cè)、井下電極互換（或偶極互換）觀測(cè)測(cè)值比較穩(wěn)定，但多數(shù)資料在蘆山和岷縣2次強(qiáng)震發(fā)生前，沒有異常或異常沒有井下水平常規(guī)觀測(cè)資料顯著。從常規(guī)觀測(cè)的整點(diǎn)值、日值以及實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的日值曲線可以明顯地看出，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的日值在蘆山和岷縣2次地震發(fā)生前基本無異常出現(xiàn)，這可能與數(shù)據(jù)采樣率太低有關(guān)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料進(jìn)行相關(guān)研究，資料積累時(shí)間尚短，其觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用還需要一個(gè)探索的過程，這一觀測(cè)方式為地震地電阻率的裝置建設(shè)提供了一種有益的嘗試和參考。

（4）本文探討了井下地電阻率前兆異常特征及干擾因素，天水井下綜合觀測(cè)系統(tǒng)屬于一個(gè)新興的項(xiàng)目，目前還處于探索階段，因此發(fā)現(xiàn)地電阻率干擾因素與前兆異常同樣重要。諸如弄清降水對(duì)地電阻率的影響及其變化形態(tài)，確認(rèn)觀測(cè)系統(tǒng)故障對(duì)地電阻率的影響及其程度等。正確認(rèn)識(shí)異常變化屬于前兆異常還是環(huán)境干擾或觀測(cè)系統(tǒng)干擾，對(duì)觀測(cè)資料的應(yīng)用研究是非常重要的。尤其是在井下觀測(cè)系統(tǒng)目前還處于摸索階段，這對(duì)于觀測(cè)資料變化的正確識(shí)別是至關(guān)重要的。

杜學(xué)彬，葉青，馬占虎等，2008.強(qiáng)地震附近電阻率對(duì)稱四極觀測(cè)的探測(cè)深度.地球物理學(xué)報(bào)，51（6）：1943—1949.

國(guó)家地震局，1986.地電臺(tái)站觀測(cè)技術(shù)規(guī)范.北京：地震出版社.

劉允秀，陳華靜，程瑞年等，1999.地電阻率與地下水位、大氣降水關(guān)系研究.中國(guó)地震，15（2）：184—189.

毛先進(jìn)，錢家棟，楊玲英，2008.地電阻率多極距觀測(cè)及研究進(jìn)展.地震研究，31（4）：406—412.

聶永安，巴振寧，聶瑤，2010.深埋電極的地電阻率觀測(cè)研究.地震學(xué)報(bào)，32（1）：33—40.

田山，劉允秀，聶永安等，2009.地震地電阻率觀測(cè)改進(jìn)方法研究——電測(cè)井技術(shù)的移植應(yīng)用與數(shù)值模型分析.地震學(xué)報(bào)，31（3）：272—281.

王鋒吉，張剛，盧仲斌等，2013.保護(hù)地震監(jiān)測(cè)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的思考.國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，419（11）：5—12.

王蘭煒，朱旭，朱濤等，2011.地電阻率多極距觀測(cè)系統(tǒng)及試驗(yàn)研究.地震，31（1）：20—31.

王燚坤，隆愛軍，黃顯良等，2011.安徽省地電阻率觀測(cè)干擾因素的分析研究.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，13（4）：52—55.

肖武軍，關(guān)華平，2009.汶川8.0級(jí)地震以及其它大震前的地電阻率異常特征.西北地震學(xué)報(bào)，31（4）：349—384.

徐文耀，1992.Sq發(fā)電機(jī)電流的逐日變化和Sq指數(shù).地球物理學(xué)報(bào)，35（6）：676—683.

楊興悅，陳連旺，楊立明等，2013a.巴顏喀拉塊體周緣幾次強(qiáng)震對(duì)甘肅地區(qū)地震形勢(shì)的影響.地震，33（3）：77—89.

楊興悅，王燕，王建榮等，2013b.甘東南地下流體異常與甘肅岷縣6.6級(jí)地震關(guān)系探討.地震工程學(xué)報(bào)，35（4）：808—815.

楊興悅，楊立明，康云生等，2012.天水地震臺(tái)井下地電觀測(cè)系統(tǒng)介紹及其分析.地震研究，35（1）：92—97.

張新基，趙儀全，劉耀煒等，2005.甘肅省地震監(jiān)測(cè)志.甘肅：蘭州大學(xué)出版社.

趙和云，1994.地電阻率趨勢(shì)變化的形態(tài)特征與地震.地震學(xué)報(bào)，16（3）：368—375.

Brace W.F.，1975.Dilatancy-related elect resistivity Changes in rocks.Pure and Applied Geophysics，13 (1/2)：207—217.

Ananlysis of Geoelctrical Resistivity Data from Underground Well at Tianshui Station

Yang Xingyue1,2), Wang Yan1,3), Zhang Lihong1,3), Zhang Qiaoli1,4)and Ye Yuanyuan1,5)

1) State Geophysics Observatory in Lanzhou，Lanzhou 730000，China
2) Earthquake Administration of Gansu Province，Lanzhou 730000，China
3) Central Seismic Station of Tianshui，Earthquake Administration of Gansu Province，Tianshui 741020，China
4) Central Seismic Station of Jiayuguan，Earthquake Administration of Gansu Province，Jiayuguan 735100，China
5) Central Seismic Station of Longnan，Earthquake Administration of Gansu Province，Longnan 746000，China

This paper we briefly introduce the station-layout and the observing methods of the underground observational system at Tianshui seismic station at first. Then we conduct comparative study on the multiple geo-electric observational data from underground well. Our results of deep layer geo-resistivity data show obviously short-impending precursor information before Lushan MS7.0 and Minxian MS6.6 earthquake，whereas other observation systems did not show particularly remarkable short impending anomalies. Finally, we discuss the influence of seasonal rainfall，lightning and observational system on the deep geo-resistivity observation. Compared with the traditional geo-resistivity observation, we find that the underground observational system can effectively reduce the interference, increase the signal to noise ratio, and ease the contradiction between geo-electrical observation and economical construction.

Geoelctrical resistivity；Underground observation；Lushan earthquake；Minxian earthquake；Anomaly

甘肅省地震局地震科技發(fā)展基金（2014Y02）與中國(guó)地震局“三結(jié)合”課題（142801）聯(lián)合資助

2014-06-28

楊興悅，男，生于1981年。工程師。主要從事地震監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理與資料應(yīng)用研究工作。E-mail：yxy-wy@163.com