1 研究背景

地电阻率法最早从矿床勘探引入到地震监测，是地下探测范围内介质电阻率的综合反映。在地电台网运行期间，多次大震前记录到明显的地电阻率异常（张学民等，2009；杜学彬等，2015）。随着国内一些较发达的城市修建的地铁数量越来越多，地铁运行形成的杂散电流对地电阻率观测造成不同程度的干扰，观测数据变化形态产生严重畸变。一些台站的地电阻率观测因为受到地铁运行的严重干扰，无法达到规范要求，从而被迫搬迁。

国内一些专家开展了降低地铁运行干扰对地电阻率观测影响的研究工作。李鸿宇等（2006）采用夜间地铁不运行时段的观测均值代替日均值，对江宁、青光、通州台的地电阻率进行处理以消除地铁的影响。张磊等（2000）对天津塘沽、北京通州台进行分析后得出干扰变化可能来自附近车站和远端漏电电场。

以上研究主要集中在对已产生的数据进行处理，而不能从根本上解决电磁干扰对观测的影响。20世纪80年代，中国地震局在河北开滦马家沟地震台进行了短期的交流和直流地电阻率对比试验，试验结果表明交流仪器能够提高观测精度（桂燮泰等，1988）。王兰炜等（2019）、张宇等（2016）运用交流仪器在江苏江宁台的试验表明：采用交流方法进行地电阻率观测，能够在一定程度上抑制地铁和轻轨的干扰影响。

合肥形变台地电阻率受地铁运行干扰，利用ZD8AC交流地电阻率观测仪器与传统的ZD8M直流观测仪器进行同场地观测，分析合肥形变台地电阻率交流观测抗干扰能力，从而为全国受地铁运行干扰的类似台站提供抗干扰参考。

2 研究方法

为验证交流观测系统的抗干扰能力，首先运用数据一致性计算同场地交、直流观测的相关性。相关性高则说明交、直流观测具有相同的变化趋势，2种观测都能正确反映合肥形变台地电阻率观测场地地电阻率的正常变化。

$r=\frac{\sum _{i=1}^n\left(x_i-\bar{x}\right)\left(y_i-\bar{y}\right)}{\sqrt{\sum _{i=1}^n\left(x_i-\bar{x}\right)^2 \sum _{i=1}^n\left(y_i-\bar{y}\right)^2}}=\frac{n \sum _{i=1}^n x_i y_i-\sum _{i=1}^n x_i \sum _{i=1}^n y_i}{\sqrt{n \sum _{i=1}^n x_i^2-\left(\sum _{i=1}^n x_i\right)^2} \sqrt{n \sum _{i=1}^n y_i^2-\left(\sum _{i=1}^n y_i\right)^2}}$

(1)

其中r为相关系数，X为直流观测数据，Y为交流观测数据。当X的值增大，Y值也增大，两者呈正相关变化，r值在0—1之间变化。当X值增大，Y值变小，两者呈负相关变化，r值在-1—0之间变化。相关性越强，相关系数越大，r值越接近1。

从地电阻率数据评价办法中可知，离散度是所测的电阻率准确程度的量度。离散度能够评价地电阻率观测的噪声水平，检验观测结果的内在质量。资料的好坏与观测离散度有较大关系。在数据离散度方面，均方差σ分析能够很好地反映此项指标。均方差是各数据偏离平均数的距离的平均数，它是离均差平方和平均后的方根，用σ表示。

$\sigma=\sqrt{\frac{1}{N} \sum_{i=1}^N\left(x_i-\mu\right)^2}$

(2)

其中

$\mu=\frac{1}{N} \sum_{i=1}^N x_i$

(3)

式中，x为直流或者交流数据的小时值，计算所得为对应测项的均方差。

3 研究结果

两种观测属于同场地观测，观测数据应该有一致的变化。合肥市地铁运行时间段固定为每天的06:00—22:00。绘制2022年4—6月的观测数据曲线（图 1）。把交、直流观测数据带入公式（1）计算交流仪器数据和直流仪器数据的2022年4—6月的相关系数，4月的相关系数为0.95，5月的相关系数为0.96，6月的相关系数为0.94，两者相关系数较高，说明合肥形变台同场地交、直流观测数据的一致性较好。

在图 1中，直流观测在地铁运行时段，直流地电阻率数据有明显的“波峰期”和“平静期”的有规律变化。其中06时开始，直流地电阻率数据呈现不规律的跳动，均方差数值明显增大，22时后归于平静，数据变化幅度较小。而同期交流观测数据则较为稳定，白天和夜晚数据变化不大。

均方差能够反映数据的离散度，可用于检验观测结果的内在质量。在2022年4月—6月的均方差对比曲线中[图 1（b）]，直流观测数据均方差有明显的大幅变化，在此3个月期间最大变化为0.37 Ω·m。而交流仪器的均方差数据为近直线变化，最大变化为0.05 Ω·m。直流仪器的均方差变化幅度为交流仪器的7.4倍。

4 结束语

综合上述分析结果，合肥形变台同场地的交、直流观测数据一致性较高。在数据稳定性方面，交流仪器观测有明显的优势，整天观测数据波动较小。这也说明：

（1）交流观测方法相较直流观测方法有更优的干扰抑制能力，对地铁运行时段的干扰起到了抑制效果。

（2）直流观测数据的均方差变化幅度远远大于交流方法观测的变化幅度，交流观测在抑制干扰的同时降低了噪声水平，保证了观测的平稳进行，数据质量得到了提高。

（3）合肥形变台的交流观测可以有效抑制地铁运行造成的各种杂散电流的影响，避免因观测效果差而造成的台站搬迁。分析结果可为国内其他受地铁运行干扰的台站提供参考。