地電阻率觀測(cè)中地鐵干擾剔除方法

李鴻宇 袁桂平 沈紅會(huì)

（中國(guó)南京210014江蘇省地震局）

地電阻率觀測(cè)中地鐵干擾剔除方法

李鴻宇 袁桂平 沈紅會(huì)

（中國(guó)南京210014江蘇省地震局）

通過(guò)對(duì)江寧、青光和通州地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在地鐵干擾，采用夜間觀測(cè)均值代替日均值的方法，且不同臺(tái)站選擇不同均值時(shí)段，可消除地鐵影響。目前地震臺(tái)站所受干擾日趨嚴(yán)重，因觀測(cè)臺(tái)站搬遷和改造相對(duì)復(fù)雜，可采用該方法，解決具有明確規(guī)律的干擾問(wèn)題。

地電阻率；地鐵；干擾；均方差；夜間觀測(cè)值

0 引言

中國(guó)地電阻率觀測(cè)始于1966年3月邢臺(tái)6.8級(jí)地震，1976年地震地電阻率方法投入地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作，至2000年先后建成110余個(gè)地震地電阻率觀測(cè)臺(tái)（汪志亮，2002）。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，地鐵及觀測(cè)場(chǎng)地內(nèi)蔬菜大棚、金屬管道、高壓輸電鐵塔等造成的干擾（沈紅會(huì)，2014），嚴(yán)重影響電阻率觀測(cè)資料的使用，截止2015年，全國(guó)能夠使用的地電阻率觀測(cè)臺(tái)站僅有70個(gè)。部分地電臺(tái)站采用電極深埋方法降低干擾（沈紅會(huì)，2014），更多臺(tái)站搬遷甚至多次搬遷。地電臺(tái)站搬遷造成地電阻率觀測(cè)資料中斷，影響地震分析預(yù)報(bào)工作。

地電阻率觀測(cè)近年來(lái)受地鐵運(yùn)行干擾，觀測(cè)資料無(wú)法正常使用。李偉（2007）依據(jù)南京地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間（06時(shí)至23時(shí)），提出使用00時(shí)至05時(shí)的6個(gè)整點(diǎn)均值代替日均值（24個(gè)整點(diǎn)值）的方法，達(dá)到降低地鐵干擾的目的。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，不同地電臺(tái)受地鐵影響時(shí)段不完全一致，具有各自特點(diǎn)，需區(qū)別對(duì)待。本文針對(duì)江蘇江寧、天津青光和北京通州地電臺(tái)受地鐵干擾的特點(diǎn)，給出適用于各自臺(tái)站的夜間均值時(shí)段，希望該思路對(duì)其他固定干擾分析提供參考。

1 地電臺(tái)干擾現(xiàn)狀

江蘇省江寧地電臺(tái)、天津市青光地電臺(tái)和北京市通州地電臺(tái)地電阻率近年來(lái)受到地鐵運(yùn)行干擾，地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)變化明顯，且地鐵線路增加干擾更加明顯。地電阻率整點(diǎn)值觀測(cè)曲線見(jiàn)圖1。

（1）江寧地電臺(tái)地電阻率觀測(cè)始于1979年11月，測(cè)區(qū)位于南京—湖熟斷裂南西盤和方山—小丹陽(yáng)斷裂西盤的楔形地塊上，距兩條斷裂僅數(shù)千米。1996年因城市建設(shè)搬遷至南京市江寧區(qū)殷巷鄉(xiāng)下墟村，2002年6月搬遷至江寧區(qū)祿口鎮(zhèn)石埝村，2010年開(kāi)始地電阻率觀測(cè)受南京地鐵干擾無(wú)法使用。

（2）青光臺(tái)地電阻率觀測(cè)始于2002年，測(cè)區(qū)位于天津市北辰區(qū)青光鎮(zhèn)西，地處滄縣隆起西北部，北鄰海河斷裂，2006年以來(lái)受地鐵干擾，觀測(cè)資料無(wú)法正常使用。

（3）通州臺(tái)1997年1月開(kāi)始地電阻率觀測(cè)，測(cè)區(qū)位于華北平原北端，大廠凹陷西南邊緣，地處夏墊斷層（正斷層）西南端，2006年以來(lái)觀測(cè)資料受地鐵干擾，無(wú)法正常使用。

圖1 江寧、青光和通州地電阻率整點(diǎn)值曲線(a) 江寧臺(tái)； (b) 青光臺(tái)； (c) 通州臺(tái)Fig.1 The hourly integral point value curves of earth resistivity in Jiangning，Qingguang and Tongzhou

2 地鐵干擾剔除

地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間固定，則地鐵的出庫(kù)、入庫(kù)和軌道檢修等工作就成為新的干擾因素。參考李偉（2007）的研究方法，以江寧臺(tái)為例，分析2008年以來(lái)地電阻率日均值、00時(shí)至05時(shí)均值及整點(diǎn)值連續(xù)變化特點(diǎn)，見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，02時(shí)和03時(shí)曲線較為光滑，而00時(shí)、01時(shí)、04時(shí)和05時(shí)曲線受干擾明顯。

圖2 江寧臺(tái)地電阻率變化曲線Fig.2 The curve reflecting the change of earth resistivity at Jiangning Seismic Station

2.1 均方差計(jì)算

以1年數(shù)據(jù)為模板，提取某一時(shí)刻整點(diǎn)值（00時(shí)或01時(shí)等），計(jì)算該時(shí)間序列數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值X，即

其中Xi為第i天（i=1— n）提取的整點(diǎn)時(shí)刻值，n為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。則均方差σ為

選取江寧臺(tái)未受地鐵干擾的2009年和受地鐵干擾的2014年地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)式（2），計(jì)算00時(shí)—05時(shí)、日均值、時(shí)均值等數(shù)據(jù)均方差，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，與圖2曲線特征吻合。具體表現(xiàn)為：2009年各類數(shù)據(jù)均方差基本相同，說(shuō)明未受地鐵干擾的觀測(cè)數(shù)據(jù)差別不大；2014年均方差結(jié)果各不相同，02時(shí)與03時(shí)均方差最小，說(shuō)明兩時(shí)段受地鐵干擾不明顯。

表1 江寧臺(tái)地電阻率2009年與2014年均方差對(duì)比Table 1 The comparison of mean square error of earth resistivity in Jiangning in 2009 and 2014

2.2 相關(guān)分析

以2009年地電阻率觀測(cè)資料為例，求解并繪制每日02時(shí)—03時(shí)整點(diǎn)均值曲線，與原始日均值曲線進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖3，計(jì)算兩條曲線的月相關(guān)度，可知：相關(guān)度最高0.987，最低0.721，平均0.893，因此02時(shí)—03時(shí)整點(diǎn)均值取代日均值進(jìn)行資料分析是可行的。

圖3 江寧臺(tái)地電阻率日均值與02時(shí)至03時(shí)均值對(duì)比曲線Fig.3 Comparison between daily average and hourly average from 02LT to 03LT of earth resistivity at Jiangning Seismic Station

3 方法應(yīng)用

采用地鐵非運(yùn)營(yíng)時(shí)段整點(diǎn)均值代替日均值方法，計(jì)算青光臺(tái)2013年和通州臺(tái)2011

年地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)地鐵非運(yùn)營(yíng)時(shí)段均方差，并與日均值、00時(shí)至05時(shí)以及新均值時(shí)段數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，對(duì)比曲線見(jiàn)圖4（圖中曲線不連續(xù)部分為觀測(cè)數(shù)據(jù)缺數(shù)）。從表2和圖4可見(jiàn)：青光臺(tái)和通州臺(tái)在地鐵停運(yùn)時(shí)段仍受干擾；青光臺(tái)可選用03時(shí)至05時(shí)、通州臺(tái)選用01時(shí)至05時(shí)均值替代日均值分析；青光臺(tái)采用新的均值時(shí)段后，曲線相對(duì)平滑，突跳點(diǎn)減少；通州臺(tái)變化不明顯，僅在細(xì)節(jié)處略有改觀，可見(jiàn)通州臺(tái)采用01時(shí)至05時(shí)的均值比00時(shí)至05時(shí)的均值改進(jìn)不大。

綜上所述，初步認(rèn)為：對(duì)無(wú)地鐵干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)與原始日均值數(shù)據(jù)一致，該處理方法不影響資料使用；對(duì)有地鐵干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，數(shù)據(jù)觀測(cè)精度高于正常日均值，說(shuō)明該方法確實(shí)剔除了非地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)段干擾，所處理數(shù)據(jù)具有更高使用價(jià)值。

表2 青光臺(tái)和通州臺(tái)地電阻率均方差計(jì)算結(jié)果Table 2 The calculation of mean square error of earth resistivity at Qingguang and Tongzhou stations

圖4 青光臺(tái)與通州臺(tái)地電阻率對(duì)比曲線(a) 青光臺(tái)； (b)通州臺(tái)Fig.4 The curve of earth resistivity at Qingguang and Tongzhou stations

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)江寧、青光和通州臺(tái)地電阻率地鐵干擾進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：①地鐵非運(yùn)營(yíng)時(shí)段對(duì)地電阻率的干擾確實(shí)存在，且不同的地鐵對(duì)地電阻率干擾的時(shí)間不盡相同；②選擇夜間數(shù)據(jù)均值替代日均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析是可行的，運(yùn)用均方差方法選取合適的均值時(shí)段，進(jìn)行剔除干擾計(jì)算更加有效，江寧、青光和通州臺(tái)最佳均值時(shí)段分別為02時(shí)至

03時(shí)、03時(shí)至05時(shí)和01時(shí)至05時(shí)；③在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)今社會(huì)，地震前兆異常觀測(cè)干擾不可避免，使用夜間值結(jié)合均方差計(jì)算結(jié)果，選取合適的均值時(shí)段替代日均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的方法，具有一定通用性，可在有明確規(guī)律干擾的觀測(cè)手段中試用。

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Further research of the methods on earth resistivity observation with eliminating the interference of subway

Li Hongyu，Yuan Guiping and Shen Honghui
(Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing 210014,China)

The metro electromagnetic interference signal is detected by analyzing the data of earth resistivity which is observed at Jiangning,Qingguang and Tongzhou seismic stations.Two methods are used here to eliminate interference.One method is using the average value observed at night to replace the data of 24 hour average value.The other is using the average value of different periods at different stations.At present,the interference of seismic stations has become more and more serious because of the complicated situation of station relocation and reconstruction,the methods provided here can solve interference problem with defi nite regularity.

ground resistivity，subway，interference，mean squared error，observations at night

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.010

李鴻宇（1982—），男，助理研究員，2013年獲得中國(guó)科技大學(xué)固體地球物理學(xué)碩士學(xué)位，主要從事地電阻率和地磁的地震預(yù)報(bào)研究工作。E-mail： 27587295@qq.com

江蘇省地震局2015年青年基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201507QY）

本文收到日期：2016-01-05