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摘要：介绍了天水地震台井下地电观测系统场地布设方式、测项设计安装技术要求和施工要点，并对原有观测资料和新系统观测资料进行了对比分析。结果显示：采用井下观测系统能减少干扰、提高信噪比，缓解地电观测用地与经济建设的矛盾，是地电观测方式的新探索。
关键词：井下观测；地电观测；地电阻率；天水地震台
中图分类号：A 文献标识码：P319.3 文章编号：1000—0666(2012)01—0092—06
引言
地电阻率观测是我国地震监测的主要方法之一，在地震监测预报中发挥着重要作用。从1966年邢台地震后我国开始开展地震地电阻率观测，至今40多年来积累了大量的观测数据和科学研究成果，在方法理论、观测技术、观测数据应用等方面取得了很大发展，在国内外地震电磁学领域占有一定地位(赵洁等，2008)。天水台地电阻率在地震预测方面也发挥着重要的作用，如汶川8.0级地震前天水地电阻率NS道出现大幅异常(方炜，2009)，震前42天测值突升，高值持续两个月才逐渐恢复到原来的状态，说明天水地电能够反映地震前兆信息，但是反映地震前兆信息的首要前提是有良好的观测环境。
目前，国内的地电阻率观测技术多采用对称四极法，其供电电极和测量电极的埋深为2 m左右，供电极距多为1 000—2 000 m，观测系统占地面积大，需要环境保护区的范围达2—5 km2，较大的保护区使部分地电台站观测环境保护的任务越来越重(田山等，2009；聂永安等，2010)。随着地方经济的快速发展，地震观测环境逐渐遭到破坏，观测到的数据中干扰信息日益增多。天水地震台地电测区被天水甘泉物流园征用，观测资料受到严重干扰，在这种背景下，经过多次论证专家们认为在原测区可以尝试井下地电阻率观测方案。使地电台避免大的干扰，继续发挥重要的作用。
利用钻井的方式进行地电观测，有助于消除降雨、灌溉、金属管线等地表特定影响因素对观测数据造成干扰，对地表部分电磁环境干扰也有一定的抑制作用。我国山东等地在多年前就开始地电井下观测，1979年7月山东临沂台井下电阻率开始观测，4口观测井呈东西向等间距排列，间距为7 m，井深30 m，供电、测量电极均置于井底(王帮本等，1981；孟庆武，阎洪朋，1991)；莒县、费县、苍山县地震局等也较早开展井下电阻率观测，其中莒县观测井井深209.27 m，供电电极分别在井中186 m处和15 m处，测量电极分别在井中150 m和50 m处；苍山县井深162.29 m，费县井井深161.19 m，供电电极和测量电极全部放入井中，按一定极距布设电极(孙承德等，1996，1998)；临沂市的郯城县、沂南县、蒙阴县地震局目前仍在进行深井电阻率仪器观测(尹相好等，2010)。近年来我国各地开始建立系统化的电阻率台站，2010年1月红山基准台大柏舍地电台井下电阻率架设仪器并观测，4口观测井等间距排列，井深100m，间距为20m；陕西合阳台于2011年7月开始地电深井观测，测道有东西向、南北向和垂直向，共7口井，其中一口井为东西、南北测道共用，垂直观测也设置在此井。每口井深120m，供电极距120m，测量极距为40m，另外该深井项目还进行地电场观测。虽然有少数台站进行井下地电阻率观测，但目前仍处于探索阶段，没有直接经验可以借鉴，所以天水地电观测系统建设仍在摸索中。井下观测与地面观测相比，在安装施工方面存在许多困难，安装施工过程中发现的一些问题及解决途径有一定的参考价值，特别是井下综合观测、效能对比对同类观测、施工有着重要的参考意义，期望天水井下地电观测方案为干扰严重地区的地震地电观测提供一定的参考价值。
天水地电布极方案主要以地电阻率测项为主，采用井下观测方式成本高，为了有效利用资源，实现效能最大化，该项目同时设计地电阻率、大地电场和地温梯度的综合观测。笔者在本文中只讨论地电阻率观测。
测区地质构造背景和外场地规划
天水井下观测区域位于天水甘泉物流园，地处崖湾村与白石村之问的永川河1、2级河谷阶地上，上覆第四系覆盖层，厚20～30 m，其下是第三系粘土层，厚约450—500 m，基底为古生界变质岩。海拔1 153 m，年平均湿度约63％，年平均温度18℃(张新基等，2005)。
项目设计的外场地建设方案为一次性施工，在场地规划、布极、布线方案中，以地埋设施的长久安全为首选，尽可能优选公路边和人行道，信号线采用全地埋方式布设，以蛇形弯曲布设为主。布极分布近似等边直角(81。)三角形，大致呈北南、东西、北东向分布。北南、东西向井孔问距100 m，北东向井孔问距130 m，共9口井。由于场地限制，Ns、EW向井孔并非四点一线，但偏差在极距的5％以内，符合《地电台站观测技术规范》(国家地震局，1986)要求，井孔位置分布。
2电阻率观测方案
井下多测项地电阻率观测不仅是观测方式的改变，还是地电方法新的探索和实验，目标的于提高信噪比，缓解地电观测用地与经济建设的矛盾，因此，对外场地设施的技术指标要求较高，实现难度大。与架空方式相比，井下高湿度、高压强环境下地埋线路的高绝缘指标本身困难多，线路接头处理中稍有不慎将造成钻孔报废，损失数万元，除重新打孔外别无挽救的可能，客观上难度和风险并存，因此在施工过程中充分考虑了这些因素。
2.1布极情况
地电阻率进行深层、浅层和垂直观测，深层和浅层电极埋设深度分别为100 m和6 m，布极呈近似等边直角三角形，大致呈北南、东西、北东向分布。Ns、EW向供电极距为300 m，测量极距为100 m，NE向供电极距为390 m，测量极距为130 m。对8井进行垂直观测，供电极深分别为100 m、4 m，测量极深分别为68 m、36 m。另接标准负载(由2个20 Q和1个0，01 Q电阻组成)对观测系统进行验证。电阻布极情况如图2所示。
2.2观测方式
多极距地电阻率观测在国内外开展较早，从20世纪70年代开始发展到今天，理论比较成熟，在机理方面也有优势(毛先进等，2008)。天水井下地电观测采用ZD8MI多极距电阻率观测系统，和供电电源配合可自动、定时地测量20个测道的地电阻率和自然电位差；仪器的主要工作参数如装置系数、供电时间、供电方式、一组测量的观测次数等均可在现场人工置人或通过观测网络修改。多极距地电阻率观测方法，不仅在一定程度上可以消除目前的单一极距地电阻率观测易受浅层环境干扰的问题，而且可以减小或消除年变化现象对地电阻率观测的影响(王兰炜等，2011)。
多极距电阻率观测系统包括浅层水平观测(3道)、深层水平观测(3道)、上供下测(6道)、下供上测(6道)、垂直观测(1道)和验证测量系统(1道)，共计20个通道。通道号供电极、测量极和
关键词：井下观测；地电观测；地电阻率；天水地震台
中图分类号：A 文献标识码：P319.3 文章编号：1000—0666(2012)01—0092—06
引言
地电阻率观测是我国地震监测的主要方法之一，在地震监测预报中发挥着重要作用。从1966年邢台地震后我国开始开展地震地电阻率观测，至今40多年来积累了大量的观测数据和科学研究成果，在方法理论、观测技术、观测数据应用等方面取得了很大发展，在国内外地震电磁学领域占有一定地位(赵洁等，2008)。天水台地电阻率在地震预测方面也发挥着重要的作用，如汶川8.0级地震前天水地电阻率NS道出现大幅异常(方炜，2009)，震前42天测值突升，高值持续两个月才逐渐恢复到原来的状态，说明天水地电能够反映地震前兆信息，但是反映地震前兆信息的首要前提是有良好的观测环境。
目前，国内的地电阻率观测技术多采用对称四极法，其供电电极和测量电极的埋深为2 m左右，供电极距多为1 000—2 000 m，观测系统占地面积大，需要环境保护区的范围达2—5 km2，较大的保护区使部分地电台站观测环境保护的任务越来越重(田山等，2009；聂永安等，2010)。随着地方经济的快速发展，地震观测环境逐渐遭到破坏，观测到的数据中干扰信息日益增多。天水地震台地电测区被天水甘泉物流园征用，观测资料受到严重干扰，在这种背景下，经过多次论证专家们认为在原测区可以尝试井下地电阻率观测方案。使地电台避免大的干扰，继续发挥重要的作用。
利用钻井的方式进行地电观测，有助于消除降雨、灌溉、金属管线等地表特定影响因素对观测数据造成干扰，对地表部分电磁环境干扰也有一定的抑制作用。我国山东等地在多年前就开始地电井下观测，1979年7月山东临沂台井下电阻率开始观测，4口观测井呈东西向等间距排列，间距为7 m，井深30 m，供电、测量电极均置于井底(王帮本等，1981；孟庆武，阎洪朋，1991)；莒县、费县、苍山县地震局等也较早开展井下电阻率观测，其中莒县观测井井深209.27 m，供电电极分别在井中186 m处和15 m处，测量电极分别在井中150 m和50 m处；苍山县井深162.29 m，费县井井深161.19 m，供电电极和测量电极全部放入井中，按一定极距布设电极(孙承德等，1996，1998)；临沂市的郯城县、沂南县、蒙阴县地震局目前仍在进行深井电阻率仪器观测(尹相好等，2010)。近年来我国各地开始建立系统化的电阻率台站，2010年1月红山基准台大柏舍地电台井下电阻率架设仪器并观测，4口观测井等间距排列，井深100m，间距为20m；陕西合阳台于2011年7月开始地电深井观测，测道有东西向、南北向和垂直向，共7口井，其中一口井为东西、南北测道共用，垂直观测也设置在此井。每口井深120m，供电极距120m，测量极距为40m，另外该深井项目还进行地电场观测。虽然有少数台站进行井下地电阻率观测，但目前仍处于探索阶段，没有直接经验可以借鉴，所以天水地电观测系统建设仍在摸索中。井下观测与地面观测相比，在安装施工方面存在许多困难，安装施工过程中发现的一些问题及解决途径有一定的参考价值，特别是井下综合观测、效能对比对同类观测、施工有着重要的参考意义，期望天水井下地电观测方案为干扰严重地区的地震地电观测提供一定的参考价值。
天水地电布极方案主要以地电阻率测项为主，采用井下观测方式成本高，为了有效利用资源，实现效能最大化，该项目同时设计地电阻率、大地电场和地温梯度的综合观测。笔者在本文中只讨论地电阻率观测。
测区地质构造背景和外场地规划
天水井下观测区域位于天水甘泉物流园，地处崖湾村与白石村之问的永川河1、2级河谷阶地上，上覆第四系覆盖层，厚20～30 m，其下是第三系粘土层，厚约450—500 m，基底为古生界变质岩。海拔1 153 m，年平均湿度约63％，年平均温度18℃(张新基等，2005)。
项目设计的外场地建设方案为一次性施工，在场地规划、布极、布线方案中，以地埋设施的长久安全为首选，尽可能优选公路边和人行道，信号线采用全地埋方式布设，以蛇形弯曲布设为主。布极分布近似等边直角(81。)三角形，大致呈北南、东西、北东向分布。北南、东西向井孔问距100 m，北东向井孔问距130 m，共9口井。由于场地限制，Ns、EW向井孔并非四点一线，但偏差在极距的5％以内，符合《地电台站观测技术规范》(国家地震局，1986)要求，井孔位置分布。
2电阻率观测方案
井下多测项地电阻率观测不仅是观测方式的改变，还是地电方法新的探索和实验，目标的于提高信噪比，缓解地电观测用地与经济建设的矛盾，因此，对外场地设施的技术指标要求较高，实现难度大。与架空方式相比，井下高湿度、高压强环境下地埋线路的高绝缘指标本身困难多，线路接头处理中稍有不慎将造成钻孔报废，损失数万元，除重新打孔外别无挽救的可能，客观上难度和风险并存，因此在施工过程中充分考虑了这些因素。
2.1布极情况
地电阻率进行深层、浅层和垂直观测，深层和浅层电极埋设深度分别为100 m和6 m，布极呈近似等边直角三角形，大致呈北南、东西、北东向分布。Ns、EW向供电极距为300 m，测量极距为100 m，NE向供电极距为390 m，测量极距为130 m。对8井进行垂直观测，供电极深分别为100 m、4 m，测量极深分别为68 m、36 m。另接标准负载(由2个20 Q和1个0，01 Q电阻组成)对观测系统进行验证。电阻布极情况如图2所示。
2.2观测方式
多极距地电阻率观测在国内外开展较早，从20世纪70年代开始发展到今天，理论比较成熟，在机理方面也有优势(毛先进等，2008)。天水井下地电观测采用ZD8MI多极距电阻率观测系统，和供电电源配合可自动、定时地测量20个测道的地电阻率和自然电位差；仪器的主要工作参数如装置系数、供电时间、供电方式、一组测量的观测次数等均可在现场人工置人或通过观测网络修改。多极距地电阻率观测方法，不仅在一定程度上可以消除目前的单一极距地电阻率观测易受浅层环境干扰的问题，而且可以减小或消除年变化现象对地电阻率观测的影响(王兰炜等，2011)。
多极距电阻率观测系统包括浅层水平观测(3道)、深层水平观测(3道)、上供下测(6道)、下供上测(6道)、垂直观测(1道)和验证测量系统(1道)，共计20个通道。通道号供电极、测量极和