地震地质 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (4): 955-971.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.04.011
张宇1,2)(), 王兰炜2),*(), 张世中2), 张兴国2), 胡哲2)
收稿日期:
2023-06-12
修回日期:
2024-02-04
出版日期:
2024-08-20
发布日期:
2024-09-23
通讯作者:
王兰炜
作者简介:
张宇, 女, 1984年生, 2009年于首都师范大学获通信与信息系统专业硕士学位, 现为中国地震局地球物理研究所固体地球物理专业在读博士研究生, 高级工程师, 主要从事地震地电观测方法和观测技术方面的研究, E-mail: zyflyingfish@163.com。
基金资助:
ZHANG Yu1,2)(), WANG Lan-wei2),*(), ZHANG Shi-zhong2), ZHANG Xing-guo2), HU Zhe2)
Received:
2023-06-12
Revised:
2024-02-04
Online:
2024-08-20
Published:
2024-09-23
Contact:
WANG Lan-wei
摘要:
地电阻率观测方法在地震监测、 预测研究中发挥了重要作用。地震监测、 预测研究要求测量系统误差小且观测精度高, 在测量系统性能指标满足测量最大允许误差的前提下, 观测精度就取决于测量过程的信噪比, 即观测场地的干扰情况。文中从理论上研究了地电阻率观测中信噪比和观测精度之间的关系, 分析了地表和井下不同观测装置条件下信噪比的变化情况。当供电电流不变且主要受到均匀场的干扰影响时, 减小极距可有效提高测量的信噪比。当地表装置的测量极距缩小为原来的1/3, 或井下装置的测量极距缩小为原来的1/4 时, 信噪比可提高约20dB。以江宁台不同深度、 极距观测结果为例, 讨论了江宁台井下装置设计的合理性。文中研究结果可为今后地电阻率观测装置的设计和观测场地的选择提供参考。
张宇, 王兰炜, 张世中, 张兴国, 胡哲. 地电阻率观测中信噪比与观测精度[J]. 地震地质, 2024, 46(4): 955-971.
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图 1 2008年汶川 MS8.0 地震前四川郫县台NE测道的地电阻率日均值变化
Fig. 1 Average daily variation of electrical resistivity along the NE direction at the Pixian station in Sichuan, China, before the MS8.0 Wenchuan earthquake in 2008.
AB/m | MN/m | 电极埋深H/m | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
167 | 50 | 25.5 | 25.2 | 25.1 | 25.1 | 25.1 |
333 | 100 | 14.9 | 13.5 | 13.2 | 13.1 | 13.1 |
500 | 150 | 9.1 | 7.1 | 6.5 | 6.2 | 6.1 |
667 | 200 | 5.0 | 2.9 | 1.9 | 1.5 | 1.3 |
833 | 250 | 1.7 | -0.3 | -1.5 | -2.1 | -2.4 |
1000 | 300 | -1.1 | -2.9 | -4.2 | -4.9 | -5.4 |
1167 | 350 | -3.5 | -5.1 | -6.4 | -7.2 | -7.8 |
1333 | 400 | -5.7 | -7.0 | -8.3 | -9.2 | -9.8 |
1500 | 450 | -7.6 | -8.7 | -9.9 | -10.9 | -11.5 |
1667 | 500 | -9.3 | -10.3 | -11.4 | -12.4 | -13.1 |
1833 | 550 | -10.9 | -11.8 | -12.8 | -13.7 | -14.4 |
2000 | 600 | -12.3 | -13.1 | -14.1 | -14.9 | -15.7 |
表2 d3随测量极距MN和电极埋深H的变化情况
Table2 The variation of d3 with the measurement of electrode distance MN and electrode burial depth H
AB/m | MN/m | 电极埋深H/m | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
167 | 50 | 25.5 | 25.2 | 25.1 | 25.1 | 25.1 |
333 | 100 | 14.9 | 13.5 | 13.2 | 13.1 | 13.1 |
500 | 150 | 9.1 | 7.1 | 6.5 | 6.2 | 6.1 |
667 | 200 | 5.0 | 2.9 | 1.9 | 1.5 | 1.3 |
833 | 250 | 1.7 | -0.3 | -1.5 | -2.1 | -2.4 |
1000 | 300 | -1.1 | -2.9 | -4.2 | -4.9 | -5.4 |
1167 | 350 | -3.5 | -5.1 | -6.4 | -7.2 | -7.8 |
1333 | 400 | -5.7 | -7.0 | -8.3 | -9.2 | -9.8 |
1500 | 450 | -7.6 | -8.7 | -9.9 | -10.9 | -11.5 |
1667 | 500 | -9.3 | -10.3 | -11.4 | -12.4 | -13.1 |
1833 | 550 | -10.9 | -11.8 | -12.8 | -13.7 | -14.4 |
2000 | 600 | -12.3 | -13.1 | -14.1 | -14.9 | -15.7 |
装置名称 | 供电极距/m | 测量极距/m | 测量次数 | 装置系数/m | 供电电流/A | 地电阻率测值/Ω·m |
---|---|---|---|---|---|---|
NS长极距 | 1000 | 200 | 10 | 5151 | 1.18 | 约97.60 |
NS短极距 | 200 | 50 | 10 | 1275 | 1.18 | 约162.85 |
EW短极距 | 200 | 50 | 10 | 1172 | 1.18 | 约130.27 |
表3 江宁台井下地电阻率观测装置参数及测量结果
Table3 Parameters and measurement results of borehole geoelectrical resistivity observation configuration at Jiangning Station
装置名称 | 供电极距/m | 测量极距/m | 测量次数 | 装置系数/m | 供电电流/A | 地电阻率测值/Ω·m |
---|---|---|---|---|---|---|
NS长极距 | 1000 | 200 | 10 | 5151 | 1.18 | 约97.60 |
NS短极距 | 200 | 50 | 10 | 1275 | 1.18 | 约162.85 |
EW短极距 | 200 | 50 | 10 | 1172 | 1.18 | 约130.27 |
图 13 江宁台NS向长极距3时和8时的测量信噪比和相对精度(2022年5月25日—6月3日) a 信噪比; b 相对测量精度
Fig. 13 Measurement SNR and relative accuracy of the north-south long electrode distance at 3 am and 8 am at Jiangning Station(May 25th to June 3rd, 2022).
图 14 江宁台短极距8时测量信噪比和相对精度(2022年5月25日—6月3日) a 信噪比; b 相对测量精度
Fig. 14 Measurement SNR and relative accuracy of short electrode distance at 8am at Jiangning Station(May 25th to June 3rd, 2022).
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