1 观测背景

深井地电阻率观测在消除地表干扰、季节天气变化影响等方面效果良好（刘昌谋等，1994），是当前地电阻率观测的发展趋势。广东新丰江和平地电台于1992年起开展深孔布极地电阻率观测，并在几次显著地震前观测到明显的异常变化。2015年3—5月，该台地电阻率测值出现显著异常变化，怀疑为测区钻孔施工对电阻率测值的变化起了决定性作用。为深入了解地电阻率变化的异常机理，在现场调查核实的基础上，收集数据资料建立测区电性结构有限元模型，采用数值模拟对异常进行定量分析，探讨钻孔施工对地电阻率观测的影响幅度与规律。

2 地电观测异常的有限元模拟

新丰江和平地电台地电阻率观测共布设2个测道：近EW向的A₁M₁N₁B₁测道，4个电极均埋深90 m，测线长90 m；在M₁位置的垂直向测道，A₁^′、M₁^′、N₁₁^′、B₁^′电极分别埋深60 m、90 m、120 m、150 m，测线长90 m，其中M₁和M₁^′为2个测道的公用电极。使用ZD8M新型地电阻率观测仪进行地电观测。2015年4月以来，地电阻率观测值在2个测道上均出现大幅下降的异常现象，经现场调查核实，发现自2015年3月底以来，该测区为布设新测道进行钻孔施工。由施工资料可知，测区内需增加5个钻孔，施工顺序依次为C、N₂、B₂、M₂、A₂，钻孔相对位置见图 1。

C钻孔位于该台站院内（图 1），终孔深度263 m，钻探最深，且与原测线装置水平距离较近（14 m），造成电阻率测值变化较大。文中以C钻孔为例进行数值模拟计算，定量分析钻孔施工对地电阻率观测的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立三维有限元模型，根据测区电测深曲线，结合计算误差估计（解滔等，2013），将模型厚度设置为1 515 m，长、宽均设置为2 000 m。根据测区电性结构，将模型设置为4层，并在中心测区进行网格的适当加密（700 m×700 m）。将C钻孔施工进展与2个测道同期地电阻率整点值曲线进行对比，数值拟合结果见图 2中菱形线，与实际观测曲线（黑实线）基本吻合。同理，分别将N₂、B₂、M₂、A₂钻孔施工对地电阻率观测的影响进行数值模拟，拟合曲线均与实际观测曲线基本吻合。

3 低阻异常体对地电观测的影响

实际观测发现，在C、M₂、A₂三个钻孔施工过程中，除电阻率测值出现下降变化外，还具有2个较突出的现象：①钻孔施工对垂直测道的影响幅度远大于对水平测道的影响；②钻孔深度在90 m时，垂直测道电阻率测值出现小幅上升，该负异常变化卢军等（2004）也有提及。文中对上述2种现象作进一步模拟分析。

为进一步分析电阻异常体展布方向对电阻率测值的影响，设计另外一组理论模型，在观测系统附近设置低阻金属体柱状单元，通过旋转其角度模拟低阻异常体的展布方向，将测道与异常体的相对角度从水平调整至垂直，发现对测值的影响逐步减弱。这一结果解释了钻孔施工对垂直测道的影响比水平测道显著的现象。

为查明部分垂直测道电阻率测值在大幅下降前出现小幅上升的原因，模拟异常体位置变化对观测结果的影响。建立一组较为细致的有限元模型，假设在无限空间中，将模拟低阻金属体的一小段柱状单元与测道方向呈水平放置，分别计算其在测道周围不同方位的电阻率测值。结果发现，当低阻异常体位于供电极和测量极（A、M和B、N）之间时，电阻率测值发生正变化，当低阻异常体位于2个测量极之间（M、N）时，电阻率测值发生负变化（图 3），且变化幅度约为位于AM和BN之间正变化幅度的2—3倍。

假设从A′到B′有一条剖线A'M'N'B'与AMNB平行，则低阻异常体在此条剖线上移动，对电阻率测值造成的影响见图 3中曲线所示，图中红色区块或线条表示测值上升，蓝色区块或线条表示测值下降，颜色深度表示影响幅度。该模拟结果印证了部分垂直测道电阻率测值下降前出现小幅上升现象具有物理意义。

4 研究结果

通过对2015年3—5月新丰江和平地电台地电阻率测值显著异常变化进行现场调查和异常机理的模拟分析，得到以下认识：①地电台新增测道钻孔施工是引起电阻率测值异常变化的主要因素；②钻孔与测道的距离越近，对测值影响越大；③钻孔越深，对测值幅度的影响，尤其是对垂直向测值幅度的影响越大；④钻孔施工对垂直方向测值幅度的影响大于对水平方向的影响；⑤钻孔施工首先对水平测道地电阻率观测产生影响，然后才引起垂直测道数值的变化；⑥部分垂直测道电阻率测值在大幅下降之前出现小幅上升是有物理依据的。

地表地电阻率观测系统所受环境干扰日益严重，深井观测成为地电观测的发展方向。该研究结果对于深井地电阻率观测系统设置及观测资料的应用分析等具有指导意义，可为其他地电台建设提供参考。