天津宝地震台地电阻率观测效能分析

天津宝地震台地电阻率观测效能分析

地幔（又名“视折射率”）是指观测点特定探测区域中介质的综合电导率。地电阻率的变化对介质应力、应变状态有灵敏响应,而且地电阻率的观测数据无须作复杂的数学处理,仅通过直观的形态变化就可发现异常,因此,地电阻率法成为了地震预报的重要手段之一。然而,各个台站的地电阻率观测效能方面却存在着较大的差异,需要单独做出系统的调查评估。对地电阻率观测效能进行评价:(1)能够了解地电阻率观测环境、系统等状况,有条件地予以改变,促进科学、有效的观测,从而提高观测资料的质量;(2)能够判别地电阻率观测场地是否具备反映孕震信息的基础,熟悉观测数据的产出及映震效能,从而更好地为地震预测和科学研究服务;(3)还能为台网优化(包括台站搬迁)、台站分级等重大决策提供科学的依据。中国地震局电磁学科管理组适时制定并颁布了《地电台站观测效能评估方案》,为地电台站观测效能评价提供了统一的标准和指引。根据《地电台站观测效能评估方案》,我们对天津宝坻地震台地电阻率观测效能进行了全面评价。1观地点和观系统1.1观测场所1.1.1仪器和观测系统宝坻地震台隶属于天津市地震局,位于天津市宝坻区城西2km处的圣人庄村南,地理坐标北纬39.7°,东经117.3°,海拔高程5.0m,地质构造属于燕山褶皱带宝坻凸起南缘、宝坻断裂北侧(向南距宝坻断裂约5km),区内断裂较发育。台基属于山前冲击平原,岩性为第四系砂粘土层,厚度不超过200m。基岩为震旦系变质砂页岩,结构致密,对监测地震前兆信息较为有利。地电阻率观测场地地势开阔、平坦、高差小,同一测道两个供电电极之间的地形高差不足0.5m。宝坻地震台地电阻率观测场电测深曲线为四层结构的HA型(图1),NS、EW两个方向的供电极距在10m时测得的视电阻率均为10Ω·m以上,符合地电阻率台站浅部电阻率在10～50Ω·m之间的要求,NS、EW两个方向地电阻率数值在各层差异均不显著。宝坻地震台地电阻率观测区地下水结构为浅水层系统(指地表下第1含水层组),水力特性为潜水、微承压水或浅层承压水,其低界埋深一般在30～70m,地层时代为Q4+3,岩性结构为多种岩性相间结构或上细下粗的双层结构。深水层系统(指第Ⅱ含水层组),一般为50～70m以下的地下水,水力特性为高水头承压水,其低界埋深一般在150～300m,相应地层时代为Q1～Q2。深水层之下是宝坻裂隙溶岩储水构造,其岩溶裂隙发育,连通性和导水性好。1.1.2距离远超标应规避的距离本次研究对影响地电阻率观测的有轨直流运输系统、电气化铁路、高压直流输电线路和金属管线等电磁干扰源进行了全面调查,结果表明有关干扰源与宝坻地震台地电阻率观测场地的距离远超出应规避的距离(表1),宝坻地震台地电阻率观测场地的电磁环境符合《地震台站观测环境技术要求第2部分:电磁观测》(GB/T19531.2-2004)的电磁环境要求。值得提出的是,尽管天津市城市有轨直流运输系统距宝坻地震台地电阻率观测场地的距离远超过地电台站建设规范的要求,但在城市有轨直流运输系统运营时还是会对宝坻地震台地电阻率的观测数据产生较明显的影响。从观测数据分析,宝坻地震台地电阻率观测的电磁环境有逐渐恶化的趋势,还有不明的电磁干扰源存在,很可能包括工业游散电流的干扰。1.2观测系统1.2.1地下地下异性电极宝坻地震台地电阻率供电电极采用60cm×125cm×0.5cm长方体铅板制作,测量电极采用60cm×100cm×0.3cm长方体铅板制作,电极的面积足以保证与地下土层的充分接触,以获得稳定的测量结果。供电电极和测量电极均为水平埋设,埋深2m,以减小地表因素对地电阻率观测的影响。地电阻率观测共设两个测道,采取正十字交叉布极,供电极距为1000m,测量极距为200m。地电外线路采用横担绝缘子架空方式,线杆间无牵引线,避免了牵引线可能造成漏电影响。电极接地电阻和线路绝缘电阻检查均合格。装置系统符合《地震台站建设规范地电台站》(DB/T18.1—2006)的要求。1.2.2稳流源的测量宝坻地震台地电阻率观测曾先后使用过DDC-2A地电仪、ZD-8数字地电仪、ZD8B数字地电仪,现使用ZD8BI数字地电仪,稳流源也随着地电仪的更换而变更(表2)。地电测量仪器和稳流源均符合《观测规范》的要求。1.2.3宝地震时地面观测系统地电阻率观测检定辅助系统由0.01级的UJ25直流电位差计和0.005级的BC3饱和标准电池构成,直流电位差计和饱和标准电池每年度按时在计量部门年检。台站按《观测规范》要求对测量系统进行标定、校准。从长期以来的标定检查结果看,宝坻地震台地电阻率测量系统稳定。通过对宝坻地震台地电阻率观测场地和观测系统的调查分析,不难看出,宝坻地震台地电阻率台址结构条件、观测场地的电磁环境等条件均符合地电阻率观测的规范要求,具有监测地震孕育信息的基础。宝坻地震台地电阻率观测的装置系统、测量系统和检定辅助系统均符合规范要求,能够保证测量系统正常运行,产出连续、可靠的地电阻率观测数据,为地震预测和科学研究服务。2数据输入和反射振动效率2.1观测精度和观测环境的影响宝坻地震台原使用DDC-2A地电仪,每4小时观测1次,产出相应时刻的地电阻率整点值和日均值数据。改用ZD-8数字地电仪以后,每日整点自动观测,产出自然电位、地电阻率小时值、日均值及均方差数据。作为辅助观测,值班人员每天定时记录观测室温度、湿度以及室外大气压强、温度、降水量和浅井水位。宝坻地震台所产出的地电阻率、自然电位及辅助观测数据均连续、可靠,地电阻率观测数据的精度相对较高。但是,宝坻地震台地电阻率观测精度近年来因受干扰有所下降,特别是NS方向表现较为突出(表2),表明宝坻地震台地电阻率观测环境有逐渐恶化的趋势。这与天津市城市轻轨的运行、宝坻地震台离城区较近,以及近些年宝坻区城市建设进程不断加剧有很大的关联。宝坻地震台地电阻率观测数据的应用单位较广泛。宝坻地震台的地电阻率观测数据一直被天津市地震局、兄弟地震局和中国地震局预测研究所(原中国地震局分析预报中心)等单位作为地震预测的依据,异常数据也多次被学者们在研究中使用,发表在多篇学术论文和专著中。2.2历史上的树种宝坻地震台自1970年开展地电阻率观测,现已有40余年的历史。在华北北部多起5.0级以上地震和本区以及邻近地区多起3.0级以上地震,宝坻地震台地电阻率观测数据均有震前反应。2.2.1宝地震台n、ew和gs的日均值河北省唐山市位于宝坻区的东南方向,距宝坻直线距离约80km。1976年7月28日在唐山市发生了震惊世界的7.8级大地震。我们对该起地震前后宝坻地震台NS、EW两个方向的地电阻率日均值绘图(图2),从图中可以清楚地看到,大约自1973年初宝坻地震台地电阻率观测数据开始出现趋势性下降,直至1976年7月28日唐山地震后才平稳,并逐渐恢复,异常持续了近3年零8个月。在本次异常中,宝坻地震台地电阻率NS向下降约2.6%,EW向下降约3.0%。这一典型震例已被地震地电学界所公认。2.2.2震前异常反应田山等对1988～1999年华北北部5.0级以上地震前宝坻地震台地电阻率短临异常进行了统计分析,在统计时段华北北部共发生9起5.0级以上地震,宝坻地震台地电阻率小时值有7次异常与之对应(其中一次异常时段不太明显)。异常特征主要表现为地电阻率小时值连续几天的突升和突降或观测值背景扰动增强,异常出现的时间在地震前60天以内,异常变化幅度为0.5%～1.5%,最大可达2%(表4)。其中,1998年张北6.2级地震前宝坻地震台地电阻率二测向多次出现连续高值突跳,震前NS测向有3天下降,短临异常的特征非常明显(图3)。田山等还对1987～2000年发生在宝坻及邻近地区的31起地震前宝坻地震台地电阻率小时值异常反应进行了统计分析,在31个震例中,异常量≥0.5%的有16例,占全部震例的52%,其中异常量≥1%的有8例,占全部震例的26%(表5)。震前异常反应的实例不仅仅限于此,限于篇幅,不再枚举。宝坻地震台地电阻率在地震前的异常变化是客观存在的,是地震孕育过程中地下介质变化在地电阻率观测中的反映,它记录了地下介质的电性结构的变化过程,是研究地震短临预报的重要信息。3宝地震时地面识别的必要性见表1基于对宝坻地震台地电阻率观测场地、观测系统、数据产出和映震效能的调查分析,得出以下结论:(1)宝坻地震台地电阻率观测场地的地质构造条件较好,能充分反映出地震孕育的信息;(2)宝坻地震台地电阻率观测产出的数据连续、可靠,映震能