DBT 33.2-2009 地震地电观测方法 地电阻率观测 第2部分：多极距观测

备案号：25865—2009地震地电观测方法地电阻率观测Themethodofearthquake-relatedgeoelectricalmonitoring-2009-02-09发布2009-06-01实施中国地震局发布前言 I Ⅱ 2规范性引用文件 3术语和定义 4观测对象及要求 25观测原理 2 27观测环境 58观测数据 5附录A(规范性附录)地电阻率多极距观测场地电性结构探查方法 7附录B(资料性附录)一维等效电性结构的判定方法 8附录C(资料性附录)地电阻率多极距观测原理和介质电阻率时间变化的反演方法 9附录D(资料性附录)反演结果误差分析方法 附录E(规范性附录)地电阻率多极距观测各装置供电极距选择方法 参考文献 I本部分是《地震地电观测方法》系列标准中“地电阻率观测”的第2部分。该系列标准的结构及地震地电观测方法地震地电观测方法地震地电观测方法地震地电观测方法地电阻率观测地电阻率观测地电阻率观测第1部分：单极距观测(DB/T33.1—2009)第2部分：多极距观测(DB/T33.2—2009)第3部分：大地电磁重复测量(DB/T33.3—2009)本部分由中国地震局提出。本部分起草单位：中国地震局地震预测研究所、云南省地震局、安徽省地震局、南京市地震局、本部分主要起草人：钱家栋、毛先进、蔡晋安、赵家骝、席继楼、杨建军、袁慎杰、黄伟、郑Ⅱ20世纪60年代以来，针对地震预测这个世界科学难题，我国采用了多路探索的基本方略，地震地电学方法就是在这个基本方略指导下发展起来的地震预测方法之一。地震地电学方法中地电阻率观测是其重要分支之一，它从地球物理电法勘探(物探电法)中的电阻率勘探方法移植而来，以定点布设装置系统的组网技术，观测一定区域范围内视电阻率随时间的变化及其空间分布，探索它们与地震孕经过40多年的实践，地电阻率观测已发展成为我国地震监测预报和科学研究的主要技术手段之一。地震地电学方法中的地电阻率观测，按照观测技术的差异可以分为三类：单极距观测、多极距观测和大地电磁重复测量，分别源于物探电法中的视电阻率法、垂向电测深法以及大地电磁测深法，并且经历了移植和改造、继承和创新的长期发展历程，在在《地震地电观测方法地电阻率观测》标准中的“地电阻率”,即物探电法中的“视电阻率”;标准中引入“地电阻率”一词，重在标识地震监测预报中的视电阻率观测包含有随时间变化的特点，电磁重复测量”是采用天然电磁场为场源观测介质电性结构的技术，所获取的目标物理量仍然是视电阻率，在观测中不仅测量电场，还要测量磁场；在观测区的多个测点上进行重复观测，不仅涉及剖面视电阻率的空间变化，而且涉及到各个测点视电阻率随时间的变化，因此也被列入地电阻率观测标准制定本标准的基本宗旨在于，在总结地震监测预报实践经验的基础上，规范地震地电阻率的观测技术、观测环境、台站建设、组网观测以及观测数据处理的技术要求，全面指导和推进地电阻率观测中各项技术环节标准化的进程。际准1第2部分：多极距观测本部分规定了地震地电阻率观测方法中多极距观测技术的观测对象、观测原理、台站观测、观测下列文件中的条款通过DB/T33本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议DB/T18.1—2006地震台站建设规范地电台站第1部分：地电阻率台站DB/T29.1—2008地震观测仪器进网技术要求地电观测仪第1部分：直流地电阻率仪DB/T33.1—2009地震地电观测方法地电阻率观测第1部分：单极距观测下列术语和定义适用于本部分。表征观测点位地下某一特定探测范围内介质综合导电能力的物理量，其量纲与电阻率相同，又称[GB/T18207.2—2005,定义4.3.2]观测装置configurationingeoe在直流地电阻率观测中，由电极系按一定的几何规则布设在地表，以及电极系与测量仪器连接的在直流地电阻率观测中，在一个方位上，由多组呈线性排列的、具有不同装置参数观测地电阻率地电阻率影响系数influencecoeffic描述定点观测中地电阻率变化与真电阻率变化关系的量，也称地电阻率响应系数或地电阻率权系[GB/T18207.2—2005,定义4.3.9]24.2.1各层电阻率观测最大允许误差不大于0.5%。5.1选择一个符合一维等效电性结构条件的观测场地，在地表设置多极距观测装置系统，观测所有装置的地电阻率随时间的变化，通过反演获得介质内部等效水平层状介质各层电阻率随时间的变化。等效水平电性层状介质模型及多极距装置系统布设示意图，见图1。图中所示的是一个等效水平分层为三层的电性结构示意图，该结构的物理参数为p₁,P₂,P3,分别标识各等效水平层的平均电阻率；几何参数为h₁,h₂,分别标识等效水平层上部两层的厚度；字母A、B标识一对供电电极在地表的位置；M、N标识一对测量电极在地表的位置。每个装置都包含有埋设于地表的A、M、N、B四个位置上的电极系统，字母的下标表示多极距系统各个装置的序号。图中标出的是一个由五个装置构成的多极距5.2各个装置上的地电阻率测量，其方法与单极距四极对称装置的地电阻率测量方法相同，见《地震地电观测方法地电阻率观测第1部分：单极距观测》中的第5章。5.3观测场地电性结构探查方法，包含十字电测深和高密度电法两个步骤，分别见附录A中的A.1和A.2,场地下方一维等效电性结构的判定方法见附录B,多极距观测原理和介质电阻率时间变化的反演方法见附录C,反演结果误差分析方法见附录D,地电阻率多极距观测各装置供电极距选择方法见附录E。36.2.1装置数目在一条测线上布设的装置数目m应满足式(1)的关系。6.2.2观测装置布设6.2.2.1多极距观测装置的布设，应沿选定方位，中心对称布设。各装置中心点距离最大装置极距中心点的距离不应大于最大极距的5%;且两个相邻装置中心点的距离不应大于较大装置供电极距6.2.2.2最大装置供电极距宜不小于1000m,其他装置供电极距的选择参见附录E。6.2.2.3不同装置的测量极距M:N,应满足A;B:/30≤M:N₁≤A;B:/3,(i=1,2,…,m)。6.2.2.4若布设两条及两条以上测线的装置，其两条测线的方位应互相正交。6.2.3.2供电电极铅板面积不应小于800mm×800mm,厚度不应小于3mm。6.2.3.3供电电极单电极接地电阻不应大于30Ω。6.2.3.5测量电极铅板面积不应小于500mm×500mm,厚度不应小于3mm。6.2.4.1供电导线漏电电流与供电电流的比值不应大于0.1%,供电导线漏电电位差的绝对值与人工电位差的比值不应大于0.5%;供电和测量导线对地绝缘电阻不应小于5MΩ。6.2.4.2使用抗老化绝缘导线，线电阻不应大于20Ω/km,拉断力不宜小于2000N。6.2.4.3采用架空或埋地方法敷设外线路，敷设方法参见DB/T18.1—2006中的附录E。6.3.1.2在分辨力为0.01Ω·m情况下，电阻率测量最大允许误差为0.3%观测值+0.02Ω·m。6.3.1.3电压分辨力不应大于10μV,电流分辨力不应大于0.1mA。6.3.1.5输入电阻应大于10MΩ。6.3.1.7工频交流共模抑制比应大于140dB。6.3.1.10通信接口宜具有串行口RS232C、网络接口RJ45。6.3.2.1测量系统应能现场或远程修改工作参数。46.4.1.1检定系统应能提供电压在1mV~1000mV范围内，准确度不低于0.01级的基准电压。6.4.1.2检定系统应能准确检测出装置系数大于0.3%的变化。检定系统由电压测量检定设备和装置稳定性检定设备组成。检定设备及主要技术指标见表1。设备名称电位差计台10.01级个10.01级个10.01Ω,2A,0.01级个1台10.1Ω个13¹/2位6.4.3.1.1地电阻率仪应按DB/T29.1—2008中5.3的技术要求，检定地电阻率仪的绝对误差。6.4.3.1.2供电电源应按DB/T33.1—2009附录A的方法检定供电电源的性能。6.4.3.1.3校准设备应定期在计量部门进行准确度检定和校准。6.4.3.2.1外线路的供电导线、测量导线的绝缘性能应按照DB/T33.1-2009附录B规定的方法和6.4.3.2.2电极(各供电电极和测量电极)的接地电阻应采用接地电阻测试仪定期检定。6.4.3.2.3各装置供电线路的外负载应定期进行检定。应定期检定地电阻率测量仪器的误差，检定方法及要求见DB/T33.1—2009附录C规定。台站主要设备配置见表2。设备名称多通道数字地电仪台2技术要求见6.3个m为装置数目个m为装置数目套1室内配线套1台25地电阻率多极距观测系统场地整体线性尺度宜不小于1000m。7.3.1布极区应地形开阔、地势平坦，地形高差不宜大于电极间距的5%。7.4.2土层、砂土层以及卵石、砾石组成的第四系松散覆盖层的厚度不宜超过200m。7.5.1供电电极距100m时测得的视电阻率宜在10Ω·m~50Ω·m。7.5.2表层影响系数S的绝对值宜小于0.2,S的计算方法见附录C。7.6.2布极区边缘避开大型水库、湖泊的距离不宜小于3000m。地电阻率多极距观测场地下电性结构，应满足等效一维电性结构条件，即该等效一维电性结构的理论测深曲线与实际测深曲线上各点之视电阻率差的最大值的绝对值，应不大于相应实际观测值7.8.1在城市有轨直流运输系统对地的过渡电阻值符合CJJ49二1992的条件下，城市有轨直流运输7.8.2电气化铁路运输系统在牵引功率不超过6000kV·A的条件下，轨道与地电阻率观测的任意一个测向中心点的距离应不小于5km。7.8.3普通铁路运输系统轨道与地电阻率观测的任意一个测向的中心点的距离应不小于1km。7.8.435kV以上、500kV以下高压交流输电线路与地电阻率任一测量极的距离应不小于0.3km。7.8.5500kV高压交流输电线路与地电阻率任一测量极的距离应不小于1.5km。7.8.6工频骚扰源距地震台站电磁观测设施的最小距离应满足a)对30kV·A以下变压器或相当功率的用电器，其接地线与地电阻率观测场地中任一测量极的距离应不小于0.05km;b)对30kV·A以上变压器或相当功率的用电器，其接地线与地电阻率观测场地中任一测量极的距离应不小于0.1km。7.8.7金属管道(线)类设施距地震台站电磁观测设施的最小距离应满足下列要求：a)地面敷设或埋地金属管道与地电阻率观测场地中任一测向的中心点的距离应不小于1000m;b)在地电阻率观测中，接地金属线的接地点，与最近的一个电极的最小距离应不小于0.07km。8.1.1各个装置的地电阻率观测值及其误差的原始时间序列。8.1.2各个装置的地电阻率日(均)值、五日均值、旬均值、月均值及其误差的时间序列。6附录C。8.2.2计算各层电阻率反演结果误差分析方法参见附录D。7(规范性附录)A.1.1.1在布极区做十字电测深工作，电测深最大极距不应小于预每个方向选择二至四个点作为电测深中心，分别做电测深剖面，相邻两个中心点的间距不宜大于A.1.1.2电测深装置应采用电阻率对称四极装置。A.1.1.3实测电测深曲线应完整、无严建立布极区地电断面类型和地质分界面的初步概念，并在此基础上进行层参数一维反演计算，定量确A.1.3成果产出取得上述电测深剖面上各测深点的地电断面、地质分界面的定性和定量描述，了解布极区的岩性结构。A.2.1.1在布极区沿十字电测深测线做平面上互相垂直的高密度电法勘探，高密度电法勘探深度宜为150m～300m,道距宜不小于5m。A.2.1.2高密度电法勘探装置应采用Wenner装置。A.2.1.3高密度电法勘探原始数据在50m以下应平稳、无严重畸变。8(资料性附录)初始模型为水平层状结构模型，采用Zohdy方法(参见参考文献[2])确定各层厚度与电阻率值，B.2初始模型的调整和等效模型层数n的确定由Zohdy方法确定的初始模型，通过正演给出相应理论电测深曲线，结合可能收集到的钻探及电阻率测井的结果等地质信息，按照物探电法(参见参考文献[3])给定的方法，对初始模型参数进行调整，削减层数，并从最终结果中提取等效层的层以调整后的初始模型(n层)为基础，并将调整后结构的各层厚度作为模型的各层厚度，做一维电测深反演，确定最终模型的各层电阻率。一维电测深反演方法参考文献[3]。对B.3中一维反演所确定的最终模型进行正演，其理论测深曲线与实际测深曲线在各个测点上所得的视电阻率之差的绝对值，如果其中最大者与相应实测值之比小于25%,可认为该最终模型为满足本标准电性结构要求的一维等效电性结构。9(资料性附录)C.1一维电性结构地电阻率多极距观测对有n层的电阻率水平分层均匀结构，并假定只考虑各层电阻率(p₁,P₂,…,Pn)发生变化，而各层厚度(h₁,h₂,…,hₙ-1)不变。设有m(m应满足m≥n+2)个对称四极装置用于多极距观测，则式中，p、k;分别为第i个装置观测到的视电阻率和第i个装置的装置系数；m为装置个数。对式(C.1)取对数且微分得到式(C.2)。式中，S;表征第j层介质真电阻率变化对第i个装置观测得到的视电阻率变化的影响，称为“影响)由一组视电阻率观测的变化量,2,…,m),从式(C.2)求解一组介质真电阻率变化量,这就是多极距观测原理的数学表述。C.2介质真电阻率随时间变化的反演方法对所有装置(即i=1,2,…,m)写出式(C.2),构成线性方程组如式(C.4)所示。(资料性附录)反演结果误差分析方法D.1误差分析方法反演结果的误差分析应与测区地下电性结构相结合，具体方法步骤是：a)依据观测装置和测区地下电性结构特点，确定一维或二维正、反演方法(见附录B),确定使用一维或二维正、反演软件；b)依据测区各分区实际电阻率值(由电性结构调查获得),经正演计算得到与各装置相应的视电阻率数据；c)在正演视电阻率数据中加入±0.3%的误差，得到模拟的多极距观测数据，然后对其作反演，得到各分区电阻率值的反演结果；d)将各分区实际电阻率值与反演结果做比较，得出以百分比表示的每一个分区电阻率值反演误差范围。D.2误差分析例以下给出一个一维误差分析的例子。电性结构见图D.1,布极参数见表D.1,共五个四极对称观测装置。h₁=27.5mh₃=∞P=200.0Ωm图D.1一维电性结构模型表D.1多极距观测系统布极参数单位为米(m)6对图D.1所示的三层模型，按表D.1确定的观测装置，经正演计算，得到与各装置相应的视电阻率数据(见表D.2)。mm162345在与每一个装置相应的视电阻率中加入±0.3%的误差，将有32种不同的组合，为简