0 引言

地震地电阻率观测系统与地球物理电法勘探的观测方法一致，是对电法勘探的移植、改造、继承和创新。数字化地震观测仪器科技含量高、功能多、电路复杂（曲利等，2012）。就地电阻率观测系统而言，电极、外线路、室内连线、避雷装置、供电电源以及观测仪器的任一部位出现故障，均会导致观测系统非正常运行。文中从实际观测工作出发，针对地电阻率观测系统的各个环节，对日常观测工作中出现的各类故障现象进行分析，为地电阻率台站一线人员有效开展日常运维工作提供参考。

1 中国地电阻率仪器发展

20世纪60年代末至70年代初，中国引进地球物理电法勘探装置和仪器设施，开创地震地电学方法的新模式。理论和科学技术的日益成熟，加快了地电观测仪器更新换代的速度。利用这些观测仪器，在各个时期开展不同尺度的多种标本和场地试验，试验结果与理论及实际观测结果相吻合（陈智群等，2013）。

1967年3月，原中国科学院兰州地球物理研究所在河北省的河间和邢台余震区开展浅层地壳电阻率观测研究工作。1967年4月，在河北省河间县里坦，利用电法勘探中的电阻率法，使用DDC-2A型电子自动补偿仪，采用对称四极观测装置，建立中国第一个地电阻率观测台。自此，中国正式展开地电阻率方法在地震监测预报中的应用研究工作。中国地电阻率仪器发展历经初期引进借鉴、专用仪器研制试验、专用仪器定型推广、智能网络化地电仪发展等阶段，具体资料见表 1。

（1）初期引进借鉴阶段（表 1中序号1-2）。仪器准确度低（误差为1.5%满度），人为读数误差大，不能满足地震预测实践的要求（钱家栋等，1995）。

（2）专用仪器研制试验阶段（表 1中序号3）。仪器串模抑制比达40 dB，共模抑制比达120 dB以上，抗干扰能力大幅增强，我国地电阻率仪器逐步走向成熟。

（3）专用仪器定型推广阶段（表 1中序号4-6）。仪器性能优异，ZD8系列成为主流仪器，并被推广配备到全国大部分地电阻率台站。

（4）智能网络化地电仪发展阶段（表 1中序号7-9）。新增RJ45网络通讯接口，可通过网页或网页命令收集数据，并实现远程控制（陈智群等，2013）。

2 地电阻率观测系统组成 2.1 装置系统

目前，中国地电阻率观测台站大多采用对称四极装置、直流供电的观测系统（中国地震局科技监测司，1995），由装置系统（电极、外线路、避雷系统）和测量系统（测量仪器、供电设备）（潘振生等，2011）共同组成。其中，装置系统为测量系统的基础和依托设施，而测量系统是产生信号源、开展信号检测及产出最终结果的设备，是地电阻率观测系统的核心部分。地电阻率观测系统示意见图 1。

2.2 ZD8M地电阻率仪器系统组成

以ZD8M地电仪为例，介绍地电阻率仪器系统组成。该仪器测量系统由ZD8M地电仪、WL6稳流电源及相关输出设备组成，其结构及设备连接见图 2。

ZD8M地电阻率仪由控制单元（上位机）、测量单元（下位机）和电源3部分组成，其中上位机是PC104工控机、下位机是以单片机80C31为核心的测量系统。ZD8M地电仪由PC104工控机管理，下位机在PC104管理下完成测量过程（中国地震局，2001）。其测量原理是：仪器响应上位机指令，8031单片机按照存储芯片中的程序，通过I/O芯片对继电器组进行通道切换、供电控制。不同测道的测量极信号（自然电位差V_sp，人工电位差ΔV）和供电电流I（经电阻R_I转换）通过继电器输入前置放大器，由A/D转换器转换为数字信号。测得ΔV和I后，微处理器根据公式ρ_s = K×ΔV/I，求得ρ_s值（中国地震局地壳应力研究所，2011）。ZD8M地电阻率仪电路模块主要包括：主控板、A/D板、稳流稳压电路板、PC104工控机、继电器板，采样滤波板等，具体组成部分及功能见表 2。

3 故障处理

观测系统故障通常按仪器和非仪器原因2大类进行处理，一般使用替代法判定故障原因。该方法是简单实用的故障处理方法（赵桂宝等，2012），即更换观测仪器，若故障消失，则判定为测量仪器发生故障。工作人员进行观测系统维护，首先需掌握以下要素：①了解地电阻率测量原理及系统构成；②熟悉地电阻率系统工作流程，并掌握观测系统各项操作；③掌握地电阻率观测系统检定方法，以确定系统各部分工作状态。

在检修测量仪器时，需注意故障的共性和特殊性，即检测是所有测道或个别测道存在问题，是测量部分还是控制部分出现故障，可采取替换法确认故障位置（王凤等，2013）。掌握地电阻率系统组成、ZD8M各模块功能和系统观测维护要素，即可根据仪器故障现象判断原因，为后续处理提供支持。

3.1 仪器故障

仪器故障可细分为数采、存储、通讯、标定、电源等故障（陈常俊等，2013）。地电阻率观测系统在运行过程中，会因为仪器固件的硬件、软件参数设置丢失、外部输入电压电流冲击等问题出现故障。据统计，约有6类故障，具体故障现象、原因及处理方法见表 3。

以常见的仪器继电器板故障为例，介绍故障处理方法。2017年6月23日，天水地电台地电仪面板显示供电电流I及人工电位差ΔV只有正向，反向测量人工电位差错误，存在单向供电现象，判断继电器板对应测道控制继电器故障，应更换供电控制继电器或继电器板。更换继电器板后，单向供电故障消失。2017年8月14日，该台地电仪发出报警信号。接通电源，供电电源指示灯亮，但无电流输出，供电电压指针不稳定，上下闪动。更换备用稳流源后，电压表针快速上升至约350 V，仍无电流输出，判断继电器不吸合，更换继电器板，该现象消失。2014年天水地电台地电阻率观测系统备用稳流源不稳定、仪器继电器板更换时，地电阻率整点值曲线见图 3。

3.2 非仪器故障

外线路和避雷装置故障属非仪器故障，也会导致地电阻率观测系统无法正常工作，具体的故障现象、原因及处理方法见表 4。

以雨雪天气后，外线路短路故障为例，介绍故障处理方法。2018年7月16日，天水地电台电阻率整点值03:00起频繁出现连续单点突跳，自然电位差测值产生阶跃，变化幅度大。据调查，外测区无施工作业，而此前一周当地遭遇连续降雨天气，观测数据干扰可能为外线路漏电出现短路所致。该地电台外线路深埋，引入配线箱，对测量线进行绝缘检查，发现：南侧测量线存在漏电现象，北供供电极接地电阻略偏高，东侧测量电极接地电阻不稳定。因此，初步判断总配线箱进水漏电出现短路，导致地电阻率观测数据曲线出现畸变（赵桂宝等，2012）。采取以下方法排除故障：重新热缩外线接头，焊接引线接头，用电热吹风进行干燥处理，临时用塑料布遮挡配电箱，后期定做防雨棚实现全包，防止进水，不定期打开配电箱进行通风、干燥。

4 结束语

对天水地电台实际观测中出现的各类故障进行深入分析，总结地电阻率观测系统仪器类、非仪器类故障类型、故障现象、原因和处理办法，结合仪器维护经验，论述几次典型故障产生的原因和解决方法，希望为其他地电阻率台站提供可借鉴的经验。

数字化地震观测仪器科技含量高，电路较复杂，对于基层地震台站人员而言，仪器的维护检修是一项考验，也是一个不断探索、积累经验及创新的过程。熟练掌握地电阻率观测系统运行原理、系统组成、仪器构造及主备用仪器标定检查等基础知识，熟知系统日常观测中出现的故障类型及处理方法，可以在故障出现时快速定位，及时解决，有利于提高系统维护效率，保障观测数据完整性。