0 引言

我国自1966年邢台地震后开展地电阻率观测以来，在长期观测实践中多次记录到大震、中强地震前突出的异常现象(钱复业等, 1980, 1982；钱家栋等，1998；Lu et al，1999；赵玉林等，2001；张学民，2004；张学民等，2009；杜学彬，2010)。大震前，震中及附近地区的地电阻率，一般显示2—3年、幅度为百分之几到百分之十几的趋势变化，多以下降型负异常为主(钱复业等，1982；王志贤等，1996；Zhang et al；2017)。例如，1976年唐山7.8级地震前，昌黎、宝坻、唐山等地电台地电阻率出现下降变化(赵玉林等，1978)；1976年松潘7.2级地震前，武都台地电阻率出现下降变化，2008年汶川8.0级地震前，郫县观测台地电阻率在单测向下降幅度达7.2%，持续约2年，震前5个月异常发生转折，在地电阻率恢复上升阶段发生地震(张学民等，2009)。

昌黎地电阻率自1968年投入观测以来，资料连续、稳定，观测时间长，年变特征明显，为“冬高夏低”型。近年来，EW测道W电极附近建有粉丝厂，2012年E电极附近建有核桃园等，周围有铁丝围挡，对数据产生一定程度的影响。昌黎台地电阻率2个测道自2016年开始呈趋势转折变化，NS向下降幅度为2.47%，EW向下降幅度为6.22%，作为年度异常进行跟踪。2017年6月19日至8月22日2个测道出现快速下降变化，NS向下降5.9 Ω·m，EW向下降14.5 Ω·m，特别是EW向下降幅度为往年的2倍。本文拟从地电阻率观测系统、观测环境、降雨量对比等方面，对2017年异常变化进行深入分析。

1 观测概况

昌黎地电阻率观测站位于昌黎县城西10 km，龙家店镇北，距205国道约400 m，隶属省区域地震监测台网。该观测站位于燕山山前冲积平原，地处昌黎—宁河断裂北侧(图 1)，场地周围地势较为平坦，第四系覆盖埋深约70 m，含水层发育，总厚度20—30 m，下伏岩层为燕山期花岗岩。在区域地质构造上，位于山海关块隆。山海关块隆北、西、南侧均以断裂为界，西界的NNE向青龙—滦县大断裂是当时燕山海槽东部边缘的一个重要同生生长断裂。区内主要分布断裂有：宁河—昌黎深断裂、卢龙—滦县断裂、滦县—乐亭断裂。在1969年渤海7.4级和1976年宁河6.9级地震时，滦县—乐亭断裂沿线均有烈度异常出现。

昌黎地电台地下电测深结果显示，测区地下介质比较均匀，为4层KH型电性结构，见图 2，可知：第1层为粘土层，电阻率28.88—32.36 Ω·m，层厚2.6—3.9 m；第2层为粘土层含细砂，电阻率573.02—802.60 Ω·m，层厚18.8—28.1 m；第3层为混合花岗岩，电阻率40.07—109.97 Ω·m，层厚140.2—169.9 m；第4层为角闪斜长片麻岩，在深度169.9 m以下至无穷处，电阻率436.55—768.79 Ω·m(张国苓等，2016)。

昌黎台目前使用ZD8M地电仪进行地电阻率观测，采样率为整点值。布设方位NS、EW，2个测道相互垂直，铅板电极埋深3 m，且接地良好，外线路采用屏蔽绝缘铜线。昌黎台地电阻率测区布极方式见图 3，其中NS、EW测道供电极距均1 km，测量极距NS测道0.25 km，EW测道0.20 km，装置系数NS测道2.945，EW测道3.77，见表 1。

2 异常变化分析

昌黎台地电阻率NS、EW测道2017年6月19日至8月22日出现快速下降变化，NS向下降幅度为5.9 Ω·m，EW向下降幅度为14.5 Ω·m，特别是EW向，下降幅度为往年的2倍(图 4)。查阅昌黎台同时期观测日志，未发现与异常时间同步的干扰源，认为该异常由短期干扰引起的可能性较小。为进一步明确该异常变化性质，从观测系统、观测环境、降雨影响等方面进行分析。

2.1 观测系统检测

根据《地震及前兆数字观测技术规范(电阻率观测)》(中国地震局科技监测司，2001)的要求，昌黎台地电阻率观测仪器和系统每季度定期检测一次，检测结果显示，测量仪器校检、稳流电源性能、供电线、测量线绝缘等均符合规范要求，且各电极接地电阻稳定。各测量线的绝缘电阻、电极的接地电阻以及供电线路漏电测试结果见表 2和表 3，可见供电极接地电阻小于30 Ω，测量线路对地绝缘电阻大于5 MΩ，均符合规范要求。

2.2 观测环境排查

对测区周围环境进行实地排查，发现昌黎台站周边建有粉丝加工厂及核桃种植园，其中粉丝加工厂多分布在A₃、M₃电极附近，核桃种植园位于西供电极B₃和测量极N₃之间。

因当地政府严格施行环境保护政策，自2017年2月，粉丝加工厂的废水直接注入地下，对地电阻率EW向观测影响较大，可引起该测向数值下降。因排水量及注入地下时间难以统计，无法定量计算废水对地电阻率的影响。

核桃种植园建于2012年，周围用铁丝网围挡，夏季降雨时，铁丝形成通路，构成低阻体，可能对地电阻率观测造成影响。根据解滔等(2015)对三维影响系数的研究，N、B电极间低阻体的存在会使地电阻率上升，与昌黎台地电阻率快速下降不符，而且核桃园建设时间与地电阻率异常变化时间不对应，故排除核桃种植园的影响。

2.3 降雨干扰分析

昌黎地电阻率与降雨量有较大关系，夏季降雨量大，地下水位高，地电阻率相对较低，冬季降雨量小，地下水位低，地电阻率相对较高，存在“冬高夏低”的年变形态，年变幅度为5%。降雨对地电阻率的干扰比较复杂，不仅有一定即时效应，也存在一定时间的滞后效应，一般，昌黎地区降雨后第2天地电阻率下降，之后缓慢回升。

(1) 计算方法。张学民等(1996)利用褶积滤波法对昌黎地电阻率进行降雨校正，效果较好。把土层看成一个系统，降雨量C_R(t)为输入信号，降雨量对ρ_s的影响函数为R(t)，对地电阻率的影响量为Δρ(t)，考虑到降雨的即时及滞后效应，则

$ \Delta \rho \left(t \right){\rm{ - }}R\left(t \right) * {\rm{ }}{C_R}\left(t \right) = \sum\limits_{\tau = 0}^t {} R{\rm{ }}\left(\tau \right){C_R}\left({t - \tau } \right) $

(1)

式中R(t)为褶积算法的系统系数，则

$ R\left(t \right) = \left\{ \begin{array}{l} 0\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;N < t \le 0\\ {A_0}{\rm{ + }}{A_1}t\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;0 < t \le M\\ {A_2}{\rm{ + }}{A_3}t + {A_4}{t^{ - 1}}{\rm{ + }}{A_5}{t^{ - 2}}\;\;\;\;\;\;\;\;\;M < t \le N\\ 0\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;N < t \end{array} \right. $

(2)

根据宋晓磊等(2006)对降雨渗透过程影响视电阻率的研究结果，选取即时影响时间为1个月，滞后影响时间为6个月，则

$ \Delta \rho \left(t \right) = {A_0}{C_0} + {A_1}{C_1} + {A_2}{C_2} + {A_3}{C_3} + {A_4}{C_4} + {A_5}{C_5} $

(3)

(2) 降雨影响。选取2004—2017年昌黎台地电阻率和月降雨量数据，采用褶积滤波法去掉降雨干扰，通过Matlab进行多元回归计算，得到降雨量对NS、EW向地电阻率的长期影响，见图 5。由图 5可见：使用褶积滤波法去掉降雨干扰后，昌黎台NS向电阻率变化趋于平稳，EW向地电阻率仍然为下降趋势，说明2004年以来NS向地电阻率下降变化与降雨有关，而EW向下降变化不能完全用降雨来解释。

为进一步明确降雨对昌黎台地电阻率观测的影响，选取异常变化时段前后(2017年5月29日至8月20日)地电阻率与日降雨量数据，对比分析二者相关性，对比曲线见图 6。由图 6可见，除2017年8月12日，所选时段地电阻率EW向每次下降变化均与降雨对应，即降雨对地电阻率具有即时影响；地电阻率在降雨过后快速下降，随着雨水渗入、挥发开始回升，约一周时间达到以往水平。

2017年5月29日至8月20日降雨量及地电阻率下降幅度统计数据见表 4，把表 4中统计的下降幅度进行累加计算，得到NS向地电阻率总下降幅度为30.65 Ω·m，EW向总下降幅度为27.74 Ω·m，说明降雨对2个测向的影响基本一致。地电阻率实际观测结果表明，EW向下降14.5 Ω·m，NS向下降5.9 Ω·m，EW向变化量约为NS向2倍，进一步说明EW向下降变化不能完全用降雨来解释。

3 结论

综上所述，可以得到以下结论。

(1) 昌黎台地电阻率观测系统工作状态正常。

(2) 粉丝加工厂地下排水量及排水时间统计结果未知，对地电阻率EW向的影响无法进行定量计算。核桃种植园建设时间与EW向地电阻率快速下降时间不对应，排除其影响。

(3) 地电阻率与降雨量相关性较好，但同时存在一定滞后效应。2017年6—8月总降雨量为334.8 mm，与往年相比处于中等水平，通过褶积滤波法去掉降雨影响后，NS向下降变化不明显，而EW测向快速下降变化依旧存在。统计2017年5月29日至8月20日地电阻率与降雨量的关系，发现NS向下降幅度为30.65 Ω·m，EW向下降幅度为27.74 Ω·m，2个测向的下降幅度基本相等，降雨影响一致，但由实际观测结果可知，EW向下降幅度为NS向2倍，因此，EW向下降变化不能完全用降雨来解释。

综合分析认为：昌黎台地电阻率EW向2017年6—8月出现的短期下降变化，与降雨和粉丝加工厂地下排水干扰有一定关系，不排除是地震前异常变化的可能。