0 引言

地电阻率观测是地震地电学方法中的重要分支之一，经过多年实践，地电阻率观测在地震监测预报中发挥了日益重要的作用。近年来，随着国民经济的飞速发展，许多地震观测台站受到不同程度的电磁干扰，在非工频干扰中，城市轨道交通(地铁)目前影响最大，范围可达数十千米(张世中等，2013)。通常，地铁一般以直流牵引作为正常运行的动力方式，在这种供电机制下，由于轨地绝缘技术存在的问题以及钢轨本身的绝缘性，供电回路中会产生杂散电流进入大地形成漏电，这种漏电被认为是电磁场干扰的主因(谢凡等，2011)。地铁周边的地电观测台站每天大部分时间受此干扰，对观测数据质量造成严重影响，也给数据分析、异常识别等工作带来一定困难。一些受地铁干扰严重的地电阻率观测台站甚至被迫搬迁或者重建(张宇等，2014)。地铁运行干扰已成为一个突出且亟需解决的问题(王兰炜等，2023)。同时，因观测场地限制等客观因素，许多台站采取地电、地磁测项同台观测，由于地电阻率直流观测系统在每个小时测数时，各测向均依次通过供电线、供电电极进行正、反双向的直流供电测量，供电时必然会在观测区及附近产生较大的附加磁场(庞晶源等，2013)，将对同台地磁观测记录产生一定干扰，既影响数据预处理工作，又影响地磁数据的完整性和连续性。

目前，我国地震地电阻率观测广泛采用直流电阻率法。针对观测中存在的干扰影响问题，中国地震局地电观测技术学科组2014年开始研制适用于地震监测预报的地电阻率交流观测系统，在江苏省江宁地震台的观测实验取得良好的应用效果(张宇等，2016；王兰炜等，2019)。本文通过成都地震监测中心站(以下简称成都站)并行观测的地电阻率直流和交流观测系统，分别从观测结果、观测精度、抗地铁干扰特性，以及对同台地磁观测的影响等方面进行对比分析，总结2套系统的观测效果和抗干扰性能。

1 成都站地电阻率观测系统

成都站地处龙门山构造带东侧的成都新生代凹陷盆地内，西距安县—灌县断裂约20 km，东距龙泉山断裂约60 km。

2021年，成都站地电阻率NW(N49°W)测向进行观测装置升级改造，并在原地电观测场地内新建NE(N58°E)测向装置系统，均采用对称四极方式布设测线(图 1)。NE测向供电极AB = 613 m，测量极MN = 193 m；NW测向供电极AB = 846 m，测量极MN = 270 m。2个测向的供电极和测量极均采用方形铅板电极，采取水平埋设，埋深约2.5 m，外线路使用定制的铜芯绝缘电缆线，通过空架方式布设。

成都站地电阻率直流和交流观测系统并行运行，共用同一观测装置进行对比观测。直流地电阻率观测系统仪器为ZD8M地电阻率仪，供电电源为WL6B稳流电源；交流地电阻率观测系统仪器为ZD8AC地电阻率仪，供电电源为ACWL-Ⅱ交流变频稳流电源，采用5 Hz的供电频率进行观测；2套观测系统观测数据均为小时值。

2 直、交流观测系统对比分析 2.1 观测结果

采用成都站地电阻率直流和交流观测系统，选取2022年1—2月观测数据进行地电阻率测值和测量均方根误差对比，结果见图 2、图 3，其中交流观测系统为供电频率5 Hz(下文简称交流5 Hz)数据，图中黑色曲线为直流观测系统结果，红色曲线为交流5 Hz观测结果，观测数据均为预处理后数值(明显的错误数据、大幅突跳数据等已删除处理)。

由图 2明显可见，直流观测数据的波动幅度较大，“毛刺”较多，交流观测数据的波动幅度则显著减小，更加稳定。总体来看，2套地电阻率观测系统测值相近，由于交流观测中存在电感性耦合效应影响(马小溪等，2023)，交、直流测值之间会存在微小且较为固定的差值，其中NE测向的相对变化量约为1.8%，NW测向约为1.4%。对2套系统长周期地电阻率日均值进行相关性计算，得到NE测向相关系数为0.966 3，NW测向为0.973 4，表明2个测向整体数据曲线相关性较好，变化趋势高度一致。

地电阻率观测精度是评价观测数据质量的一个重要指标，可以用均方根误差来表示其特征，均方根误差越小则精度值越小，代表离散程度越弱，说明观测数据越稳定。由图 3可知，直流观测NE测向的测量均方差大部分可达0.3 Ω·m，NW测向则大部分可达1.0 Ω·m，而交流观测的NE、NW测向的测量均方差多小于0.02 Ω·m，远小于直流观测，观测精度更高，数据质量更佳。

2.2 抗地铁干扰性能 2.2.1 地铁干扰特征

成都地铁供电系统采用集中供电方式，其中牵引供电系统由牵引变电所经降压、整流后采用1 500 V直流供电。自2010年成都地铁开通首条线路以来，目前在运营地铁线路12条，其中2号线、4号线、6号线和17号线与成都站距离较近(图 4)，且不符合《GB/T 19531.2—2004地震台站观测环境技术要求(第2部分)：电磁观测》(钱家栋等，2004)中地电阻率台站对地铁避让距离为30 km的相关要求。

通过查询成都地铁班车时刻表(表 1)可知，成都站周边4条地铁线路的运营时间段为每日06:10至次日00:28，因地铁正常运行时存在出站前准备和到站后入库的常规程序，所以地铁实际运行干扰时段会大于其运行时间，即地铁干扰时段开始于每日6时10分之前，结束于次日0时28分之后。

通过分析成都站直流地电阻率观测数据可知，NE测向每日01—05时为平静时段，NW测向因距地铁线路更近，01—04时为平静时段，此时段未受地铁运行干扰影响。因此，在每日01—05时和01—04时，NE、NW测向观测数据较为稳定，数据波动范围小，曲线相对“平滑”；而每日6时至次日0时，地铁干扰影响显著，NE、NW测向数据突跳变化频繁，地电阻率测值的变幅和测量均方差均显著增大，与地铁停运时段形成鲜明对比(图 5)，且每日超3/4的时间受此干扰影响。

2.2.2 抗地铁干扰对比分析

为更直观对比地电阻率交、直流观测系统的抗地铁干扰性能，将2022年1—2月地电阻率观测数据，剔除个别明显超差溢出数据，分地铁停运(NE测向取01—05时，NW测向取01—04时)和地铁运行(每日6时—次日0时)2个时段进行对比分析，并统计不同时段2套系统的地电阻率测值和均方差数据，结果见表 2。

由表 2可见：①地电阻率直流观测系统：观测结果在地铁停运和运行时段存在差异，且NW测向差异更明显。其中：在地铁停运时段，NE、NW测向地电阻率测值变化范围较小，测量均方差也较小，观测结果稳定；在地铁运行时段，2个测向地电阻率测值变化范围有所变大，测量均方差则显著增大，为地铁停运时段的数倍。②地电阻率交流观测系统：观测结果稳定，NE、NW测向地电阻率测值与直流观测系统在地铁停运时段的测值变化范围相近，且交流观测系统的测量均方差较直流观测系统显著变小，不受地铁运行干扰影响。

2.3 对地磁观测的影响

成都站为典型的地电、地磁多手段同台并行观测台站，其中地磁测项使用FGM-01磁通门磁力仪进行地磁相对记录，测项分量分别有磁偏角D、地磁场水平分量H和垂直分量Z，使用M15地磁观测系统记录地磁总场F，均为秒采样观测。

地电阻率直流观测系统在每小时进行供电测量时，均会对地磁观测产生干扰影响，其干扰时段固定，干扰形态规律，干扰幅度巨大，见图 6(a)。成都站地电阻率直流观测时间约为每时05—14分，由图 6(b)可见，同时段地磁观测数据会出现正、反向大幅度“方波”阶跃变化，压制了正常数据曲线形态，其中D分量和H分量受干扰幅度较小，分别约为2.5 nT和1.4 nT，而Z分量和F分量受干扰幅度较大，分别约为7.9 nT和5.2 nT。此直流供电干扰每小时持续约9 min，在每天进行地磁秒数据预处理工作时，需要对此时间段的干扰数据进行删除处理，从而造成每日地磁秒数据完整率低于90%，严重影响了产出数据质量及连续性。地电阻率交流系统观测时间约为每时30—43分，由图 6(c)可见，交流系统供电测量时，并未对地磁观测产生干扰影响，此时段的地磁秒数据记录正常、连续、稳定。

3 结论与讨论

通过对成都站并行运行的地电阻率直流和交流观测系统的对比分析，可得出以下结论：

(1) 成都站交、直流观测系统的地电阻率测值相近，存在较为固定的差值，2套系统地电阻率数据的变化形态、变化趋势具有高度一致性，同时交流系统观测数据的波动范围较小，观测精度明显高于直流观测，数据更稳定，质量更佳。

(2) 成都站地电阻率直流观测受到地铁运行严重干扰影响，地铁停运和运行时段的观测数据差异显著，而交流观测系统能够直接、有效地抑制地铁运行干扰对地电阻率观测的影响，具有更好的抗地铁干扰性能。

(3) 地电阻率直流观测会在每小时供电测量时，对同台观测的地磁测项造成严重干扰影响，而交流观测系统在选择了合适的供电电流和供电频率的情况下，则能够避免对地磁观测正常记录的影响，可以和地磁测项同台并行观测。

综上，相较于传统的直流观测系统，地电阻率交流观测系统作为一种新的观测技术方法，具有多方面优势，特别是对一些受地铁干扰影响严重和地电、地磁同台观测的台站来说，交流观测针对性强且效果较好，能够产出连续、稳定的高质量地电阻率观测数据，从而可以更好地为地震监测预报工作服务。