0 引言

地电阻率观测目前在我国地震电磁观测手段中是较为成熟的一种观测方法，该测项至少2个测量向，供电极距一般约1 km，观测场地范围较大，易遭受各种干扰，如灌溉、降雨、工业漏电等，能够正确判断观测资料中的各类干扰，是准确捕捉地震异常信息的前提（陈常俊等，2012）。地震台站的地电阻率观测值不仅受当地环境因素变化影响，还会受到地下介质的电性结构、观测场地条件、气象等变化因素的影响。通常，将地震台站观测资料中经常出现的某些与地震孕育和地壳应力状态无关的变化，称为干扰（中国地震局监测预报司，2002）。随着我国经济建设的快速发展，各类干扰随之出现，使得地电阻率观测难度逐渐加大。诸多学者和地震工作者对地电阻率观测中存在的各类干扰和观测数据异常进行了深入分析，取得显著成果，如：赵家骝等（1996）采用电阻率仪正反向供电，将视电阻率观测精度提高许多；张世中等（2001）提出改变周期供电来消除地电阻率观测中的随机误差；解滔等（2012）以点电流模拟地表干扰电流，从理论上计算地表电流干扰源对观测的影响，结果表明，台站地下介质电性结构、电极埋深及干扰源距离，均对地电阻率观测造成不同程度地干扰。文中针对各类常见干扰对乌加河地震台（下文简称乌加河台）地电阻率观测资料的影响，分析不同干扰时段电阻率变化特征及不同类型干扰机理，并总结归纳各类干扰特征，以便有效解决干扰识别困难的问题，为今后地电阻率数据处理及地震异常信息提取提供参考。

1 电阻率观测环境

乌加河台地处阴山纬向构造带中西段与狼山弧型构造带复合部位。河套断陷盆地由于西山咀凸起和包头凸起的分离，断陷区可划为临河坳陷、白彦花坳陷和呼包坳陷。临河坳陷北端与阴山EW向构造带接壤地段主要发育断裂有色尔腾山山前断裂、乌拉山北缘断裂、狼山山前断裂和鄂尔多斯北缘断裂。

乌加河台电阻率布极采用对称四极法，布极方式见图 1，其中供电极极距AB = 1.000 km，测量极极距MN = 0.300 km，外线为抗老化的绝缘导线，采用地埋方式，其中电阻≤ 20 Ω，拉断力≤ 2 000 N。钢筋混凝土电线杆长度小于4 m，两杆间距≤ 50 m，电线杆的线采用金属材质，绝缘子绝缘电阻小于300 MΩ。每条线为无接头整根导线，绝缘层无机械损伤，接头处使用无腐蚀性助焊剂焊接，后清洗加套热缩管保护。引入室内的每条供电线、测量线均安装避雷器。供电线漏电电流与供电电流的比值小于0.1%，漏电电位差的绝对值与人工电位差的比值小于0.5%。

电极埋设深度2 m（冻土层下，且不在地下水升降范围内），供电极接地电阻小于30 Ω，测量极接地电阻小于100 Ω。2条测线方位分别为N9°W和N87°E，其中：N9°W测线测量极距300 m，供电极距1 000 m；N87°E测线测量极距300 m，供电极距980 m。供电极采用1 000 mm×800 mm铅电极，测量极采用600 mm×600 mm铅电极。

2 地电阻率干扰分析

统计2015-2018年乌加河台地电阻率干扰因素，发现主要存在雷电、降雨、灌溉、金属管线、漏电等干扰，分别对干扰曲线形态、变化幅度、影响时间、频次等特征进行分析。

2.1 雷电影响

雷电是一种强大的电磁干扰，分布范围广，影响面积大，高电压易造成严重破坏。雷电放电瞬间，对地充电使得观测场地内自然电位快速升高且持续多日，电阻率各测向数据发生大幅度变化（钱家栋等，1985；王燚坤等，2011）。

2018年8月3日-4日乌加河台地电观测场地出现强雷雨天气过程，地电阻率EW向分量发生变化，电阻率由28.43 Ω·m上升到28.92 Ω·m，上升幅度1.72%，观测曲线见图 2（a）。

调查发现，乌加河台地电观测系统无异常，地电阻率数据变化时段与强雷电发生时间一致，结合该台多年观测资料分析，认为此次地电阻率变化为雷电干扰所致，雷电放电瞬间对地充电，造成地电阻率观测曲线出现上升变化。

为减少雷电对地电阻率观测造成的影响，在观测室附近布设防雷地网、加装避雷装置，将观测室内接地电阻降到4 Ω左右。经防雷改造，地电阻率观测室防雷能力得到提高，雷电干扰明显减少。

2.2 降雨影响

降雨对地电阻率产生即时影响，物理过程如下：降雨量达到一定程度后，地表出现一层极薄饱水层，造成表层地电阻率迅速下降；降雨过后一段时间内，雨水逐渐下渗、流失、蒸发（该过程快慢与当地土壤结构及环境因素有关），下渗过程使得受雨水影响的深度逐渐增加，地表水饱和程度随之减少并最终恢复，表层地电阻率随之缓慢恢复至正常测值（赵和云等，1986）。若电阻率表层介质影响系数为正值，则降雨会造成地电阻率观测值下降，反之，若地电阻率表层影响系数为负，则地电阻率观测值上升。乌加河台地电阻率观测受降雨影响出现上升变化，上升幅度随降雨量增大而增大，降雨停止后，观测值逐渐恢复正常变化。

2018年7月22日-23日，乌加河台测区出现2次短时强降雨过程，累计降雨量8.8 mm，该台地电阻率观测曲线出现上升变化，见图 2（b），可见：NS向地电阻率由34.74 Ω·m上升到37.22 Ω·m，上升幅度7.13%；EW向由27.25 Ω·m上升到30.05 Ω·m，上升幅度10.24%。综合分析认为，降雨使得地表形成饱水层，改变了地电阻率值，造成观测曲线发生变化。

统计并对比分析多个地震台降雨后地电阻率观测曲线，发现多数台站观测曲线在降雨量约10 mm时无明显变化。查看各台站地电阻率仪安装报告发现，电极普遍埋深3-5 m，而乌加河台电极埋深2 m，且土壤主要为砂土，密度小，孔隙率大，保水性差，降雨后水分快速下渗至电极附近，使得地电阻率测值发生改变。为减少降雨对地电阻率观测造成的干扰，将电极填埋深度调整为4 m，并更换电极附近的土壤。经整改，乌加河台地电阻率降雨干扰明显减少。

2.3 金属管线影响

将金属导线铺设在观测场地范围内，其横截面积、长度、铺设方向、导电率均对地电阻率观测造成不同程度的干扰，如：当金属导线与测线平行时，对地电阻率观测影响最大，斜交或垂直铺设影响相对较小（汪志亮等，2002）。

2016年8月21日-26日，乌加河台EW向地电阻率观测值发生变化，由21.5 Ω·m上升到41.9 Ω·m，上升幅度94.9%，观测曲线见图 2（c）。现场调查发现，电信公司进行光纤改造，铺设的钢丝置于地面，与乌加河台电阻率测项EW向测线平行，相距约5 m，造成该测向数据发生大幅度变化。26日将钢丝架空后，地电观测数据恢复正常变化。综合分析认为：观测场地内放置的钢丝改变了地表电性结构，人工电场分布发生变化，导致电阻率观测值发生改变。

此次地电阻率观测出现较大变化后，未能及时排查数据变化的真实原因，导致观测曲线出现较长时间的干扰。为减少或避免此类干扰事件再次发生，乌加河台使用观测数据监控软件，数据出现异常即可及时巡查场地，快速确定并排除干扰源，恢复地电阻率观测。

2.4 灌溉影响

地电阻率长趋势变化与地下浅层水位变化具有较强的同步性。阿契定律（Archie，1942）对介质电阻率变化与外界环境变化的关系进行了详细阐述。钱家栋等（1991）在阿契定律基础上继续扩展，得到不同结构的岩石电阻率与岩石构造成分的定量关系，对岩石电阻率与其内部结构及含水关系进行解释，认为岩石中孔隙含水量变化及构造指数变化均对地电阻率观测产生影响，其中孔隙含水量变化影响明显，观测场地地下潜水层水位的变化，使得表层含水量随之增加或减少，是造成表层介质电阻率变化的一个主要原因。

2017年8月25- 26日，乌加河台地电阻率NS向观测曲线呈阶跃下降后上升态势，电阻率观测值由34.860 Ω·m下降到34.640 Ω·m，变化幅度0.63%，观测曲线见图 2（d）。巡查观测场地发现，北端测量极附近农田内有积水，为8月25日灌溉所致。因北端测量极所在农田土质为砂土，孔隙含水量变化迅速，导致观测数据短时间内产生较大幅度的变化。综合分析认为，农田灌溉造成孔隙含水量发生变化，使得表层介质电阻率发生变化。

上述分析认为，灌溉对地电阻率观测造成的影响主要与土壤孔隙含水量变化有关，而孔隙含水量变化快慢与土壤保水性具有直接关系。为减小农田灌溉对地电阻率观测造成的影响，乌加河台将电极附近的土壤更换为保水性较好的黏土，可有效防止孔隙含水量发生快速变化。

2.5 漏电影响

在地电观测系统装置运行正常时，产生漏电影响的干扰源一般有2类：①产生电流的干扰源，如家用设备、输电线路及变压设备漏电；②造成测区内电性结构发生改变的干扰源，如将金属导线铺设到任意2个测极附近。受到漏电干扰后，地电阻率观测数据曲线的变化形态、幅度主要由漏电设备产生的电流类型及漏电点与观测装置的相对位置所决定（金安忠等，1990），而测区内部分区域电性结构的改变，主要与观测装置的相对位置有关（Lu et al，2004；张国苓等，2015）。大多数漏电干扰在短时间内完成，观测数据曲线通常产生短时间的阶跃变化。如：2017年4月7日-15日，乌加河台EW向地电阻率观测值由23.38 Ω·m下降到22.91 Ω·m下降幅度2.01%，观测曲线见图 2(e)。排查地电观测系统，未见明显异常。现场调查发现，EW向测线东端距供电极约20 m处进行滴灌工程作业，使用电线线路老化，有多个接头，且铺设在地面上，存在漏电隐患，判断此施工设备漏电，造成地电观测数据发生同步变化。4月15日施工队撤出测区，地电观测数据恢复正常。综合分析认为，施工队将电流源性质的干扰源对地，且漏电点距观测装置较近，导致电阻率值发生变化，造成地电阻率观测曲线异常变化。

漏电干扰会造成地电观测数据的大幅度变化，在地电阻率观测中较常见，不同于降雨、雷电等干扰，若及时发现并准确找到漏电原因予以排除，即可恢复正常地电阻率观测。为减少漏电干扰对地电阻率观测的影响，乌加河台安装数据监控软件，在地电阻率测值出现异常后自动报警，提醒值班人员及时查看数据，根据数据变化特点，结合场地布极图，即可判断并精确查找漏电点，查明原因并及时修复。

3 结论与讨论

对乌加河台地电阻率短期变化进行分析，得到各类干扰变化特征：①受雷电干扰，地电阻率观测数据曲线变化形态表现为瞬间阶跃上升后快速下降态势，数日后恢复正常测值；②受降雨影响，地电阻率观测数据在降雨后几小时内缓慢上升，几天后逐渐恢复到正常测值；③受电极附近金属管线干扰，观测曲线变化形态主要表现为噪声大，远大于正常变化幅度，去除金属管线即可恢复正常测值；④受灌溉影响，观测数据曲线变化形态主要表现为：灌溉开始数小时内出现下降趋势，达峰值后缓慢恢复为正常测值，恢复时间与灌溉量有直接关系；⑤受漏电影响，地电阻率观测数据曲线出现瞬间大幅度下降，并持续该低值变化，去除干扰源后恢复正常测值。

通过分析地电阻率观测的各类干扰机理、变化特征和变化幅度，可准确查找并及时排除干扰因素，有效保障地电阻率观测仪器的正常运行，产出高质量数据，为正确识别并排除地电阻率观测常见干扰，提取地震前异常信号奠定基础。在分析乌加河台地电阻率各类干扰时发现，地电阻率存在日变现象，而其形成原因目前尚无明确定论，可在温度、湿度、以及电极埋深、土壤结构、地质构造等方面进行深入分析，判定决定日变的关键因素。同时发现，在相同干扰作用下，电极位置不同，所受影响程度不同。如：受降雨影响，NS向与EW向地电阻率观测曲线变化形态及幅度不同，且干扰数据出现时间大多不同。造成此类现象的原因可能是土壤结构差异或其他因素作用，需今后继续研究论证。