0 引言

地电阻率是地壳介质的一项重要物理参数，利用地电阻率观测可以了解地下应力变化和岩体破裂过程（罗娜等，2017），地电阻率观测已成为地震前兆监测的重要手段之一。多年观测结果表明，大地震前在震源区及其附近区域通常会出现地电阻率的变化（杜学彬，2010）。目前，地震台站利用地电阻率观测的是固定范围内地下介质电阻率随时间的变化，即视电阻率变化（严玲琴等，2013），这对观测数据的长期稳定性要求较高，一般要求观测精度大于3%。

地震研究中的电阻率观测源于物探电法勘探中的电阻率勘探，采用对称四极装置，供电极距通常为1 km左右。由于占地面积较大，在日常观测中，观测系统故障干扰、自然环境干扰、环境干扰等都有可能影响地电阻率的观测。任何一个观测环节出现问题都会导致数据出现非正常变化，有时甚至无法观测，如仪器故障、外线路或仪器漏电、线路接触不良、电极不稳定等情况，其最明显的特征是记录曲线的形态出现明显畸变（王燚坤等，2011）。外线路属于观测系统的装置系统，由避雷装置、电线、电杆、电极构成，对于外线路，采用地埋或架空2种方式之一进行处理。外线路故障或干扰是数据出现异常的常见原因之一，对于地埋线路，出现数据异常的可能原因是在基建工程中线路被挖断、线路因年久出现破损漏电等；对于架空线路，出现数据异常的可能原因是接线处绝缘漏电、线路被过往车辆刮断等。由于地电线路普遍较长，漏电点检查和线路恢复是台站监测人员在监测运维中较受困扰的难题之一。本文以潢川地震台出现的钢绞线漏电问题及其处理过程为例，结合实测数据，分析EW、NS测道斜拉钢绞线对地电阻率观测数据的影响，旨在为其他台站解决类似漏电问题提供参考依据。

1 台站观测背景 1.1 台站概况及地电布极

潢川地震台位于河南信阳潢川县魏岗乡毛围孜村，2021年1月1日投入观测，有地电、地磁2种观测手段。采用FHD-2B型质子磁力仪和GM-4型磁通门进行地磁观测，采用ZD8M型地电阻率仪进行地电整点值观测。截至2023年9月，观测资料完整真实，数据连续率在99%以上。台站周边无地铁、大型厂矿等干扰源，测区地形平坦，观测环境较好。测区内农田主要种植水稻、小麦。

潢川地震台采用对称四极装置系统进行地电阻率观测，设NS、EW两测道，观测室距布极中心400 m，电极布设示意图见图 1。供电电极极距AB =1 000 m，测量电极极距MN =300 m，均采用800 mm×800 mm×5 mm的方形铅板电极，埋深2.0 m。对于地电观测外线路采用架空方式。其中，A₁、A₃、B₁、B₃、M₁、M₃电极埋设于稻田地（4—9月种植水稻，10月至次年3月种植小麦）；N₁电极埋设于红薯地中，N₃电极设在一废弃的危房旁，N₃电极在强降雨后有地表水淹没现象；在A₁、N₃电极附近各有1个直径约6 m的小池塘，常年积水（图 1）。

潢川地震台架空线路电线采用单芯横截面面积为6 m²的单股铜线，由台站引出，经多个电杆拧紧拉直、相连。电极埋设在潜水位较高的农田。2021年正式进行地电阻率观测的首年，出现由钢绞线引起的外线路漏电问题，使得地电阻率EW测道观测值异常。

1.2 观测原理

对称四极地电阻率观测原理如图 2所示，通过A、B电极与大地间构成直流回路，利用M、N电极观测M、N两点间的电位变化，并按照下式计算测区电阻率值

$ \rho_{\mathrm{s}}=K \frac{\Delta U}{I} $

(1)

$ K=2 \pi\left(\frac{1}{A M}-\frac{1}{A N}-\frac{1}{B M}-\frac{1}{B N}\right)^{-1} $

(2)

其中，K为装置系数，与A、B、M、N之间的距离有关，外线路建设完成后装置系数K为固定值。ΔU为M、N间的人工电位差；I为供电电流。理想状态下，整个回路中线路绝缘良好，不存在漏电情况，测区地下介质均匀。而且理想状态下，电阻率观测值平稳，仅随季节变化构成年变。异常或受干扰时，观测值会有变化。观测规范规定，当日地电阻率最高值、最低值分别减去前一日观测值均值，差值较大的被称为变化幅度。一般情况下，观测值与前一日观测值均值之差除以前日均值大于±1%的绝对值，即可视为异常变化。

2 观测数据干扰分析 2.1 观测数据异常

自观测以来，潢川地震台地电阻率观测数据总体平稳，受季节变化影响，观测值具有夏低冬高的年变化特征。其中，NS测道测值变化幅度为0.60 Ω·m；EW测道为1.38 Ω·m（图 3），EW测道年变幅度明显高于NS，即相同观测场地中2个测道测值表现不同步。

2.2 问题排查过程

2021年5—11月潢川地震台EW测道地电阻率观测曲线出现台阶，初步分析认为是受观测系统某部分影响所致，下面简述排查过程。

（1）观测系统因素

根据《地震及前兆数字观测技术规范（电阻率观测）》（中国地震局科技监测司，2001）的要求，潢川地震台地电阻率观测仪器和系统应每季度定期检测1次，通过对观测设备标定、测量仪器校检、稳流电源性能校验等，结果均符合规范要求，仪器工作正常，没有发现仪器故障。供电线、测量线绝缘检查时而正常，时而不正常。在天晴时正常，符合规范要求，且各电极接地电阻稳定；在天阴湿度大时有些漏电。同时，结合潢川地震台NS测道地电阻率测值情况认为，EW测道的突跳为个例，并非观测仪器工作不正常引起的；否则，应有NS向测值的同步表现。

（2）自然环境的影响

观测自然环境的影响因素中，季节因素可以排除，因为EW测道测值突跳期间正值雨季，但NS测道测值并没有同步响应（图 3），说明该情况并非降雨所致。EW测道边的水塘有可能导致该变化，但水塘在建台前已经存在，对于场地观测已成为背景影响，不可能造成短期的测值突变，后期的观测值变化也说明了这点。

2021年5—7月EW测道地电阻率观测曲线共出现7次上升台阶，每次出现向上台阶后数据再缓慢下降（图 4）。7次上升幅度基本一致，且上升幅度大于下降幅度。潢川地震台位于豫南地区，降雨充沛，每年5月后进入雨季。但与同时期降雨量对比来看（图 4），出现7次向上台阶期间并非均有降雨，且降雨量与台阶上升幅度间也不成比例，因此与降雨间关系不大。该时段内，也没有其他明显气候变化，因此可排除自然环境的影响。

（3）场地装置的影响

测区位于稻田地中间，该稻田每年5月种植水稻，9月收割。而出现台阶的时间为5—7月，正值雨季，地下水位基本稳定，对地电阻率观测来说，水位的影响可以忽略不计。由图 1可见，测区内的2个小池塘分布于2个测道上，2个小池塘在建台之前就存在，且常年积水，已经形成背景干扰，引起观测数据波动的可能性不大。从场地方面看，2个测道均处于水田中，理论上农业生产对2个测道的影响相同，但NS测道观测值没有同步异常变化，说明场地的影响也可排除。

经过仔细巡检发现，EW测道架空观测线路的钢绞线与固定电杆的斜拉钢索相连（图 5）。观测线路通过钢绞线与大地构成回路，这可能是引起漏电的原因。通过试验检测发现，雨天、湿度大时，水田抽水蓄水时，EW测道外线路测量线路对地绝缘电阻为0 MΩ（表 1），不满足测量线路对地绝缘电阻≥5 MΩ的规范要求（中国地震局，2006）。而NS测道不存在钢绞线与大地相连的情况，线路监测也是合格的。分析认为，EW测道观测线路确实存在漏电的可能，5—7月7次台阶现象可能就是由其所致。

2.3 原因分析及处理

图 6为潢川地震台EW测道漏电影响示意图。由图 6可见，在P点即EW向的西测量电极处，有2个电极杆斜拉钢绞线与横拉钢绞线相连，并且和大地相连，P点的漏电将导致A、B、M、N之间的距离变化，以及在M、N之间供电电流的变化，从而导致装置系数K的变化。但仪器内部的K、I值是固定不变的。地电阻率观测是通过人工电位差的变化来测定电阻率值的，由式（1）可知，K值变化时，相应的∆U应有成比例的变化才能保证电阻率值的稳定。在∆U变化而K值保持不变时，电阻率观测值就会发生改变，从而引起观测值失真，产生异常现象。

2021年11月12日，台站观测人员将EW测道所有的斜拉钢绞线往移20 cm，并采取绝缘措施使地锚引线与钢绞线彻底分离。经过线路整改后，2022、2023年EW测道地电阻率数据变得相对平稳（图 3），2021年12月漏电、绝缘检查恢复正常（表 2），这说明钢绞线引起的漏电导致了潢川地震台EW测道地电阻率观测曲线出现台阶变化。图 4中的7次突跳很可能与漏电大小等因素相关。

3 结束语

在我国地震地电阻率观测中，外线路漏电是导致观测数据异常变化的常见原因。潢川地震台EW测道地电阻率观测曲线出现的台阶现象，就是线路漏电的一个典型实例。该台EW测道地电阻率观测值7次上升变化主要集中在5—7月，该时段正值水稻种植季节，降雨或注水会引起漏电情况的加重，造成潢川地震台观测数据多次阶跃。外线路按照规范要求处理后，数据恢复正常。此次钢绞线漏电引发地电阻率观测数据异常的事例警示我们今后建台时应符合规范要求，日常观测中应严格按照规范进行相应的检查和处理，以确保地震台站运维观测稳定、数据资料正常。