0 引言

1966年邢台地震后，我国开始地电阻率观测。观测实践表明，地电阻率观测中可记录到明显的震前中短期异常，且多以趋势性下降变化及破年变为主（钱复业等，1980；Lu et al，1999；张学民等，2003）。在理想状态下地电阻率观测数据变化较平稳，但受测区内及附近区域自然、人为因素的影响，观测数据可出现多种变化形态，了解产生各类变化形态的可能原因，对于利用观测数据识别排除与地震孕育过程无关的变化具有重要意义。

地电阻率观测数字化改造以来，总结出一些干扰类型，并对其特征进行了分析（李菊珍等，2004；何康等，2010；解滔等，2013；戴勇等，2021），干扰类型主要包括观测系统故障、气候变化（雷电、降雨、大风、大雾）、游散电流（工农业漏电、直流运输系统干扰等）、测区内局部异常体（金属管网、挖土水坑等）等。1980年起宝昌地震台开始地电阻率观测，数据质量较好，1989年10月大同5.9级、1998年1月张北6.2级等地震前，宝昌地震台地电阻率观测数据均出现了显著的前兆异常变化（高立新等，1999；高立新，2000；戴勇等，2009）。但近年来，随着太仆寺旗的经济发展，宝昌地震台地电阻率测区内干扰源逐渐增加，主要干扰源有地埋钢绞线、供暖管道、工程影响等。这些干扰因素给地震前兆异常变化的提取带来诸多困难。因此，总结分析这些受到干扰的地电阻率观测数据很有必要。

1 宝昌地震台地电阻率观测概况 1.1 地理位置及地质构造

宝昌地震台位于内蒙古中部锡林郭勒盟太仆寺旗宝昌镇境内，属于首都圈外围台站。主要有赤峰—开原断裂通过太仆寺旗境内，走向为NE向（图 1）（内蒙古自治区地震局，2006）。台站布极区地貌为低丘陵地带，覆盖层较浅，基岩埋深约71.5 m，岩性为长石、石英斑岩。

宝昌地震台地电阻率观测线路布设呈“L”形，有NS、EW向2道测线，线路均采取架空布设，共用1个公共供电极，布极方法为对称四极法。2个测道供电极极距AB均为0.560 km，测量极极距MN均为0.080 km（图 2）。1980年起，台站布极区观测环境未发生明显改变，属于我国地电阻率观测中为数不多的观测环境长期较好的台站之一。

2 地电阻率观测干扰源分析 2.1 观测系统

地电阻率观测系统由供电、测量系统2部分组成（钱家栋等，1985）。观测时常见故障包括外线路故障、电极故障、稳流电源故障、避雷器故障等，这些故障可造成数据突跳、阶跃变化，使得地电阻率观测值超出数据变化正常范围。

2019年10月27日6—15时地电阻率NS向观测数据出现阶变，最大变幅为0.70 Ω·m，相对变化率0.57%。调查发现避雷箱线路虚接，重新连接线路后数据恢复正常[图 3（a）]。2019年11月1日5时至3日4时地电阻率观测数据多次出现突跳，地电阻率2个测向观测数据最大变幅为0.53 Ω·m，相对变化率0.75%，数据变化期间，台站工作人员多次对观测室设备、避雷装置、观测环境、外线路进行检查巡视，发现稳流电源电压不稳造成数据突跳，事后台站对稳流电源电流参数进行调整，由原来2.0 A调整到1.8 A。调整后观测数据恢复正常[图 3（b）]。

2.2 场地环境

2019年8月12日13:00至13日22:00地电阻率、自然电位差观测数据变化明显，变化形态为突跳及阶变，之后逐渐缓慢回升。地电阻率2个测向测值最大变化幅度为0.45 Ω·m，较正常数据变化了0.36%。自然电位差2个测向测值最大变化幅度为1.9 mV，较正常数据变化了0.80%。经过实地调查发现，距测区南供电极50 m处建筑工地施工，经询问工地施工人员得知，当天进行了搭建构造柱、铺设防雷地网等工程，施工时间与干扰时间吻合，故确定造成数据突跳及阶变的原因为建筑工地施工[图 4（a）]。

2017年8月19日8时至21日23时地电阻率观测数据变化明显，NS向地电阻率测值出现大幅下降，下降幅度为1.83 Ω·m，较正常数据变化了1.48%，表现形态为阶变。EW向地电阻率测值出现大幅下降，下降幅度为2.74 Ω·m，较正常数据变化了1.87%，表现形态为阶变。经查，EW向西供电极附近，电信公司埋设通信光缆，附带钢绞线产生干扰，钢绞线走向为东南至西北走向，钢绞线距西供电极最近直线距离为13 m，21日发现后将1 000 m左右钢绞线抽出，钢绞线抽出后，地电阻率NS向、EW向观测数据立即恢复正常[图 4（b）]。

2021年8月9日至19日18时2个测向地电阻率测值出现阶变，最大变化幅度为3.54 Ω·m，数据相对变化率为2.97%。经过对观测场地周边环境巡视检查，并结合数据阶变特点分析认为，数据出现阶变的原因为测区东侧500 m处小区内换热站更换供暖管道，从9日20时至19日18时，小区内换热站更换供暖管道并进行二级管网合并工程施工。综合分析认为，数据突升时间与小区内换热站更换供暖管道施工时间相吻合，故确定为供暖管道干扰[图 4（c）]。

2020年7月30日2时至31日7时2个测向地电阻率测值出现突跳、阶变变化，最大变化幅度为0.64 Ω·m，数据相对变化率为0.51%。发现数据突跳后，观测人员巡视检查了外线路、电极及室内外线路接头、开关、避雷装置等，检查结果均正常。经过调查发现，数据突跳为距南供电极南50 m处新建幼儿园施工设备漏电所致[图 4（d）]。

解滔等（2015）采用有限元数值方法，计算了对称四极装置观测时测区介质对地电阻率观测的三维影响系数分布（图 5）。地埋钢绞线、供暖管道接入管网，该部分都位于三维影响系数为正的区域。由此可判定，测区内埋入钢绞线、供热管道接入管网引起地电阻率测值下降变化，这与宝昌地震台地电阻率实际观测数据相吻合。

2.3 自然现象

自然现象干扰主要为降雨干扰、大风干扰等，宝昌地震台以降雨干扰为主，每年5—10月降雨在短时间内引起浅表介质含水量增加，真电阻率降低，而后随着水分的蒸发，浅表介质真电阻率逐渐回升。从季节性的时间尺度来看，随着春夏季的持续性降雨，浅表介质含水量逐渐上升且渗透深度逐渐增加，秋冬季节则相反。因此，降雨对地电阻率既有短期影响，又有季节性影响。

以2019年5月3—5日地电阻率观测数据为例，分析即时降雨对地电阻率的影响。2019年5月4日10时宝昌地震台所在区域开始降雨，至13时结束，其间累计降雨量为2 mm。宝昌地震台EW、NS测道地电阻率观测值同步出现快速下降，最大下降幅度为0.52 Ω·m，相对变化幅度0.42%。降雨结束后数据缓慢恢复正常，降雨时间与数据变化及恢复时间具有较好的相关性[图 6（a）]。

以2017年7月22—24日地电阻率观测数据为例，分析连续强降雨对地电阻率的影响[图 6（b）]。2017年7月22日00:00时至24日14:00时数据变化明显，2个测道地电阻率观测数据出现下降变化，NS向最大变化幅度为1.30 Ω·m，表现形态均为下降变化。EW向最大变化幅度为1.08 Ω·m，表现形态均为下降变化，地电阻率2个测向均方差、自然电位差均为正常变化幅度。结合降雨及宝昌地震台近几年地电阻率受降雨干扰情况，判断数据为受降雨影响（2017年7月22日00:00—13:00、23日03:00—08:00、24日12:00—14:00断续降小雨，降雨量分别为27.9 mm、11.3 mm、39.9 mm）。

相关研究认为，月降雨量对地电阻率的季节性年变和趋势性变化有一定的影响（张学民等，1996）。以2012—2020年月降雨量为例，运用褶积滤波法计算降雨量对地电阻率测值年变和趋势性变化的影响（图 7）。由图 7可见，受降雨影响，宝昌地震台地电阻率年变形态为“夏低冬高”，年变形态的幅度与降雨量关系密切。去除降雨量对观测数据的影响后，观测数据已无年变，但长期趋势性变化依然存在，这说明宝昌地震台地电阻率观测数据出现的年变为降雨所致，而长期趋势性变化则不是降雨导致的。

2.4 观测装置变更

图 8为2018年10月20日至11月23日观测装置变更对地电阻率的影响。由图 8可见，2018年10月31日07:00至11月1日16:00对地电外线路、电极极板进行更换，更换后数据出现大幅度阶跃变化，之后逐渐缓慢回升。地电阻率2个测道测值最大变化幅度为3.48 Ω·m，较正常数据变化了2.38%。自然电位2个测道测值最大变化幅度为92.2 mV，较正常数据变化了89.2%。变化期间对外线路、电极极板、主机进行检查及测试，发现数据变化的原因是由新旧电极极板并联引起的。数据出现阶跃变化后，第一时间对电极极板进行测试，证实数据变化与电极极板并联有关。经询问，有关专家同意电极极板进行并联使用，使用后2个测向观测数据都出现下降变化，该下降变化属地电改造正常现象。

2.5 地球物理场

图 9为2020年11月20—25日地球物理场干扰对地电阻率的影响。由图 9可见，2020年11月22日4时至23日19时2个测向地电阻率均方差、自然电位差均出现突跳变化。均方差最大变化幅度为0.15，相对变化率为500%。自然电位差最大变化幅度为2.4 mV，相对变化率为1.82%。与宝昌地震台历年受地电暴干扰数据进行对比发现，形态特征与地电暴具有很大程度上的相似性，结合锡林浩特地震台地磁观测手段得知，最大K指数为6，故确认在该段时间内发生过1次地电暴。

3 结论

通过对宝昌地震台地电阻率观测数据的识别与分析，得到以下认识。

（1）基建工程、供暖管道等场地环境干扰发生的概率较高，受到此类干扰的观测数据呈台阶性变化，干扰源易排查，工程结束后数据迅速恢复正常。地埋钢绞线干扰靠近测区，需及时发现、清理；否则，会产生长期干扰，影响数据年变化。

（2）观测系统干扰发生的概率较低，迄今为止，宝昌地震台只发生了稳流电源故障和避雷器故障，地电阻率数据变化形态为突跳、阶变，此类故障可以通过在短时间内更换备用仪器来判断。观测装置变更引起的观测数据变化较易判断，数据会有大幅度阶跃变化，干扰结束后数据恢复正常背景值。受地球物理场干扰数据多为突跳变化，同时可结合地磁观测数据进行分析。

（3）自然环境干扰主要为降雨干扰（分为即时降雨、季节性降雨2种）。即时降雨在短期内引起表层介质电子快速减少，降雨停止后随着水分的蒸发缓慢增加，地电阻率测值也表现为快急始—慢恢复的变化；季节性降雨可引起浅部介质内含水率“夏高冬低”形态的季节性变化，因而地电阻率测值呈现“夏低冬高”形态的年变化。