本實(shí)用新型屬于地震地電-前兆信息觀測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種地電阻率垂直觀測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

地電阻率觀測(cè)是我國(guó)乃至世界的地震前兆重要觀測(cè)手段，至目前，全國(guó)已有近百個(gè)地電阻率觀測(cè)臺(tái)站，這些臺(tái)站幾乎全部采用地面埋設(shè)電極、架空外線路的傳統(tǒng)地面水平觀測(cè)方式。自1967年河北河間第1個(gè)臺(tái)站運(yùn)行算起，地面觀測(cè)已經(jīng)走過(guò)了50年的歷程，為地震科研積累了豐富的觀測(cè)資料，也在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)踐中積累了很多有意義的震例。

但是，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是近年以來(lái)隨著電氣化鐵路等大型電力設(shè)施的運(yùn)行，對(duì)地電觀測(cè)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的電磁干擾，在強(qiáng)干擾地區(qū)，干擾導(dǎo)致走時(shí)曲線變幅過(guò)大，觀測(cè)質(zhì)量每況愈下，甚至一些臺(tái)站的觀測(cè)資料不再合格，在全國(guó)，這是一個(gè)帶有傾向性的問(wèn)題。干擾已經(jīng)成為地電阻率方法最棘手的問(wèn)題。

一直以來(lái)，探索各種途徑來(lái)抑制干擾的腳步也從來(lái)沒(méi)停止過(guò)，其中，井下觀測(cè)就是一條有效的途徑，簡(jiǎn)單地說(shuō)，井下觀測(cè)就是把電極通過(guò)鉆孔途徑埋入地下幾十米---幾百米深處的觀測(cè)方式。除理論性研究外，付諸嘗試性實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的不乏其人，最早的臺(tái)站是山東的臨沂臺(tái)(1979年6月)；1992年廣東河源臺(tái)開(kāi)展了井下觀測(cè)，并堅(jiān)持觀測(cè)到現(xiàn)在。近年以來(lái)，一些省局再次試驗(yàn)井下觀測(cè)，例如中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所與河北省地震局合作，在大柏舍地電臺(tái)的井下觀測(cè)，還有江蘇的海安臺(tái)、陜西的合陽(yáng)臺(tái)等等。

從中看到了井下觀測(cè)能夠抑制電磁干擾的一線曙光，也看到了井下觀測(cè)裝置構(gòu)建中的難點(diǎn)和存在的一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。例如井下裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題、井下裝置的使用壽命問(wèn)題、井下裝置本身是否完好的測(cè)試功能和界定問(wèn)題、井下觀測(cè)方式的觀測(cè)效能、前兆效能等等。

甘肅省地震局針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)多年以來(lái)的探索、實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)、特別是通過(guò)實(shí)際工程檢驗(yàn)，在觀測(cè)實(shí)踐中驗(yàn)證觀測(cè)效能，做了大量的實(shí)踐工作，在很大程度上比較妥善地解決了上述問(wèn)題，并得到實(shí)際工程的檢驗(yàn)，把地電井下觀測(cè)從探索實(shí)驗(yàn)層面推向?qū)嵱?，從而形成了甘肅省地震局特有的“地電井下觀測(cè)技術(shù)”。本實(shí)用新型“垂直觀測(cè)、多臺(tái)站組網(wǎng)”是甘肅省地震局“地電井觀測(cè)技術(shù)”的一個(gè)分支。

甘肅省地震局“地電井下觀測(cè)技術(shù)”形成的背景可分為以下幾個(gè)層面:

一、完成主要單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間層面

1996年完成：(1)環(huán)境(濕度)與裝置穩(wěn)定性關(guān)系的實(shí)驗(yàn)；之前，多年在實(shí)際觀測(cè)中歷次體驗(yàn)環(huán)境溫度與裝置穩(wěn)定性的關(guān)系；(2)電極材質(zhì)、封裝結(jié)構(gòu)與裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定性關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。(3)2004年完成地埋、井下專用電纜材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與絕緣指標(biāo)、功能測(cè)試需求方面的實(shí)驗(yàn)探索，通過(guò)模擬井下高壓強(qiáng)環(huán)境認(rèn)定專用電纜的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)認(rèn)定和實(shí)用性測(cè)試功能，并相繼在各項(xiàng)工程中應(yīng)用，至目前數(shù)量達(dá)160千米(見(jiàn)表1)；(4)相繼完成電纜耐候性實(shí)驗(yàn)、材質(zhì)與耐酸、堿性實(shí)驗(yàn)等；(5)2010年完成井下電極、電纜安裝工藝與效能最終驗(yàn)證。15年的歷程不僅僅得到合理的選材和安裝工藝，重要的是得到合理的安裝理念。

表1電纜用量統(tǒng)計(jì)表

二、投資與工程完成層面

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)準(zhǔn)備后，甘肅省地震局先后投資500萬(wàn)元巨資，自2010年起，先后完成天水、武都、平?jīng)?、蘭州觀象臺(tái)地電井下觀測(cè)技術(shù)改造工程；另外，借助甘肅局技術(shù)協(xié)助浙江省地震局完成長(zhǎng)興地電井下觀測(cè)臺(tái)、新疆昌吉地電井下觀測(cè)臺(tái)井下裝置的構(gòu)建。在這些臺(tái)站的裝置構(gòu)建中專門設(shè)立了一些實(shí)驗(yàn)分量，其中就有“垂直觀測(cè)分量”，這就是甘肅局垂直觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)效能驗(yàn)證務(wù)實(shí)過(guò)程，也是垂直觀測(cè)實(shí)踐的由來(lái)，從實(shí)驗(yàn)到實(shí)際工程效能驗(yàn)證先后歷經(jīng)20年。

三、觀測(cè)效能層面

地電的傳統(tǒng)地面觀測(cè)方式受電氣化鐵路、大型電力設(shè)施產(chǎn)生的嚴(yán)重電磁干擾、季節(jié)性年變弊端、雷電、降雨、灌溉、蔬菜大棚等金屬管線、地面土建等天然干擾和人文活動(dòng)造成干擾的原因，一些臺(tái)站產(chǎn)出的觀測(cè)資料常態(tài)變幅較大(年變幅10-50％)、分辨率較低。在強(qiáng)干擾區(qū)，甚至一些臺(tái)站的觀測(cè)資料不再合格，更談不上觀測(cè)效能(觀測(cè)效能的內(nèi)涵后面有專門陳述)。而甘肅省地震局“地電垂直觀測(cè)技術(shù)”就是針對(duì)抑制干擾需求的一種新型地電觀測(cè)技術(shù)，是干擾地區(qū)觀測(cè)效能層面的實(shí)例，年度常態(tài)變幅＜1％，回歸介質(zhì)電阻率“穩(wěn)定”的本質(zhì)。

四、裝置構(gòu)建層面

傳統(tǒng)地面觀測(cè)在觀測(cè)裝置的構(gòu)建方面有三個(gè)局限，第一，觀測(cè)裝置需要數(shù)十平方公里平坦開(kāi)闊的地盤來(lái)建臺(tái)站，受地盤條件限制，很多區(qū)域(如汶川這樣的重點(diǎn)區(qū))、人口密集的核心城市急需防震減災(zāi)的地區(qū)因地盤條件限制、地面建筑物限制而不能建臺(tái)站；第二，構(gòu)建一個(gè)傳統(tǒng)地面臺(tái)站需要數(shù)百根電桿、幾千米線路，需要人員常年值守，建站和運(yùn)行的成本過(guò)高，限制了建站的密度和數(shù)量，迫使現(xiàn)有臺(tái)站間距數(shù)百、數(shù)千公里，前兆信息不銜接甚至觀測(cè)不到；第三，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、地價(jià)的升值，傳統(tǒng)地面觀測(cè)用地與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的矛盾日益突出，傳統(tǒng)地面觀測(cè)方式不再適應(yīng)當(dāng)今環(huán)境。而“地電垂直觀測(cè)技術(shù)”就是針對(duì)上述三點(diǎn)局限提出來(lái)的，為適應(yīng)當(dāng)今環(huán)境、為滿現(xiàn)實(shí)足需求而誕生的新型實(shí)用觀測(cè)技術(shù)。垂直裝置構(gòu)建、運(yùn)行(無(wú)人值守)成本低廉。

五、垂直觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證層面

傳統(tǒng)地面觀測(cè)已經(jīng)走過(guò)整整50年的歷程，甘肅省地震局在研究、探索、實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證井下水平觀測(cè)效能方面的工作也已經(jīng)走過(guò)了間接20年的歷程，1996年安海靜等人在環(huán)境與裝置穩(wěn)定性、電極結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性關(guān)系實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又經(jīng)過(guò)2005年對(duì)井下觀測(cè)專用電纜模擬井下高壓強(qiáng)環(huán)境的一系列實(shí)驗(yàn)、測(cè)試，完成其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與絕緣指標(biāo)的認(rèn)定工作，這些工作的結(jié)果不僅服務(wù)于井下水平觀測(cè)同樣也適用于垂直觀測(cè)，2010—2016年連續(xù)7年時(shí)間里以臺(tái)站建設(shè)、改造工程為契機(jī)，完成21個(gè)垂直測(cè)道(天水1、武都2、平?jīng)?、新疆昌吉4、觀象臺(tái)8)的實(shí)模式實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)、觀測(cè)效能驗(yàn)證驗(yàn)證實(shí)例，2016年9月剛剛建成蘭州觀象臺(tái)“垂直實(shí)驗(yàn)觀測(cè)示范工程”就是一個(gè)專門的垂直觀測(cè)效能驗(yàn)證實(shí)例。垂直實(shí)驗(yàn)和效能驗(yàn)證涉及5個(gè)臺(tái)站的21個(gè)觀測(cè)測(cè)道，甘肅局在地電垂直觀測(cè)實(shí)驗(yàn)工作方面的規(guī)模在國(guó)內(nèi)首屈一指。

六、垂直觀測(cè)探索研究層面

甘肅省地震局基于行業(yè)一些理論研究成果，認(rèn)定井下觀測(cè)具有的前兆意義，并在“地電井下觀測(cè)技術(shù)”方面投入大量人力財(cái)力資助各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，特別是在工程實(shí)踐中的探索研究；得到中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃兩項(xiàng)攻關(guān)項(xiàng)目資助(XH11025)、(XH12047)，促進(jìn)了實(shí)用化的井下觀測(cè)技術(shù)研究、臺(tái)站運(yùn)行技術(shù)的研究，特別是杜絕了沒(méi)有工程實(shí)踐支撐的空心化研究、甚至是礙于井下觀測(cè)裝置構(gòu)建、不利于井下裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定性運(yùn)行的某些負(fù)面結(jié)論。

七、觀測(cè)方法層面

無(wú)論是傳統(tǒng)地面觀測(cè)、新型的井下水平觀測(cè)還是本新型所述的垂直觀測(cè)其理論觀測(cè)方法都是完全一致的，不存在理論觀測(cè)方法的任何改變，只是觀測(cè)方式的改變而已。

八、技術(shù)指標(biāo)認(rèn)同層面

借助甘肅省地震局地電井下觀測(cè)技術(shù)建成的井下觀測(cè)裝置，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性、產(chǎn)出觀測(cè)資料的質(zhì)量指標(biāo)得到全國(guó)同行業(yè)學(xué)者、專家和工程技術(shù)人員的一致認(rèn)同。

九、甘肅省地震局地電井下觀測(cè)技術(shù)特有的技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試功能

甘肅省地震局的“地電井下觀測(cè)技術(shù)”有自己更加嚴(yán)格、高于《地電觀測(cè)規(guī)范》的技術(shù)指標(biāo)和解決實(shí)際問(wèn)題的途徑，主要有:

1.井下裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，具體指標(biāo)為井下裝置使用壽命20年(由于目前暫未得到20年的驗(yàn)證，故稱為目標(biāo)使用壽命)；

相對(duì)比，傳統(tǒng)地面觀測(cè)裝置架空線路，風(fēng)吹日曬線路絕緣性能下降，每5--7年(有地方的2年)須更換外線路和電極，井下觀測(cè)把使用壽命提高三倍以上。

2.干擾地區(qū)，井下目標(biāo)觀測(cè)分量年度常態(tài)變幅0.3--0.8％；而同一觀測(cè)場(chǎng)地、同一極距參數(shù)、同一觀測(cè)時(shí)段的地面觀測(cè)結(jié)果年度常態(tài)變幅7-33％(例如天水)，相對(duì)比，分辨能力提高一個(gè)量級(jí)。

3.補(bǔ)充和完善了井下裝置自身的測(cè)試、界定功能，這些功能可協(xié)助完成與前兆信息緊密相關(guān)的一些界定事項(xiàng)，當(dāng)觀測(cè)資料中出現(xiàn)異常時(shí)，可借助這些功能完成的具體事項(xiàng)界定，消除疑問(wèn)，這些疑問(wèn)是:

(1)是外線路絕緣還是場(chǎng)源信息(絕緣測(cè)試功能)；

(2)是外線路通斷還是場(chǎng)源信息(通斷測(cè)試功能)；

(3)是井下電極與外線路接觸不良還是場(chǎng)源信息(接觸測(cè)試功能)；

(4)是井下裝置使用壽命到期還是外場(chǎng)源(借助上述測(cè)試，可界定裝置的使用壽命)；

(5)是電極接地電阻問(wèn)題還是外場(chǎng)源(接地電阻測(cè)試功能)；

(6)是儀器自身問(wèn)題還是外場(chǎng)源(跟蹤驗(yàn)證功能)。跟蹤驗(yàn)證裝置自2011年起甘肅省地震局在天水、平?jīng)龅裙こ讨幸呀?jīng)成熟應(yīng)用(甘肅局特有的)。

十、地電井下觀測(cè)已知和未知風(fēng)險(xiǎn)層面

井下觀測(cè)有很大的優(yōu)勢(shì)，但也有更多的風(fēng)險(xiǎn)，這是井下觀測(cè)方式特有的風(fēng)險(xiǎn)，主要是裝置構(gòu)建方面的風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建工藝不良則裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和技術(shù)指標(biāo)大打折扣，嚴(yán)重影響觀測(cè)效能，嚴(yán)格地說(shuō)巨額投資打?yàn)樗３酥猓叵陆橘|(zhì)看不見(jiàn)摸不著，鉆孔有打在金屬礦床上的風(fēng)險(xiǎn)，例如武都漢王臺(tái)就是如此，地下是磁鐵礦，前兆意義的視電阻率變小，再小也小不過(guò)金屬礦床(0.04Ωm)！幸好漢王臺(tái)當(dāng)初構(gòu)建了垂直觀測(cè)分量，避開(kāi)了深部的磁鐵礦床，彌補(bǔ)了該臺(tái)站的目標(biāo)觀測(cè)分量。

井下觀測(cè)或許還存在目前尚未遇到過(guò)的其它未知風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型是為改善在干擾環(huán)境下，現(xiàn)有地電地面觀測(cè)方式易受各種干擾、臺(tái)站產(chǎn)出觀測(cè)資料常態(tài)變幅過(guò)大、制約觀測(cè)效能問(wèn)題；改善地面觀測(cè)方式占地面積大、受地盤限制而不能在震情需求區(qū)域建臺(tái)站觀測(cè)、臺(tái)站建設(shè)和運(yùn)維成本過(guò)高，這些因素導(dǎo)致臺(tái)站間距過(guò)大、臺(tái)站之間異常信息不能銜接而制約前兆效能而提出的一種地電垂直觀測(cè)裝置。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種地電垂直觀測(cè)裝置，所述地電垂直觀測(cè)裝置設(shè)置有大于三個(gè)地電單臺(tái)站構(gòu)成的多臺(tái)站組網(wǎng)；所述地電單臺(tái)站之間的間距為60km-80km。

進(jìn)一步，所述地電單臺(tái)站包括：七個(gè)電極和由七個(gè)電極組成的三個(gè)測(cè)道。

進(jìn)一步，所述地電單臺(tái)站電極一至電極四構(gòu)成測(cè)道一；其中：電極一為A1、電極四為B1、電極二為M1、電極三為N1；

電極四至電極七構(gòu)成測(cè)道二；其中：電極四為A2、電極七為B2、電極五為M2、電極六為N2；

電極一至電極七構(gòu)成測(cè)道三；其中：電極一為A3、電極七為B3、電極三為M3、電極五為N3。

進(jìn)一步，電極一與地面距離≥40m，相鄰電極間距≥15m；每個(gè)測(cè)道中間隔一個(gè)電極的兩個(gè)電極構(gòu)成MN極距，每個(gè)測(cè)道中首尾兩個(gè)電極構(gòu)成AB極距，MN/AB極距比值為1/5～1/3。

進(jìn)一步，所述設(shè)置大于三個(gè)單臺(tái)組成觀測(cè)網(wǎng)。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：在干擾環(huán)境下，現(xiàn)有地電地面觀測(cè)方式易受各種干擾、臺(tái)站產(chǎn)出觀測(cè)資料常態(tài)變幅過(guò)大、質(zhì)量指標(biāo)過(guò)低，制約觀測(cè)效能；而本實(shí)用新型所述的垂直觀測(cè)技術(shù)能夠抑制干擾，提高觀測(cè)效能；

現(xiàn)有地面觀測(cè)方式占地面積大、受地盤限制而不能在震情需求區(qū)域建臺(tái)站觀測(cè)，并且建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本過(guò)高，這些因素導(dǎo)致臺(tái)站間距過(guò)大、臺(tái)站之間異常信息不能銜接而制約前兆效能；而本實(shí)用新型每個(gè)臺(tái)站只有一個(gè)鉆孔，因此不受地盤限制、成本低，易實(shí)現(xiàn)臺(tái)站間距合理和臺(tái)站之間異常信息銜接，便于易識(shí)別異常，從而體現(xiàn)垂直觀測(cè)臺(tái)站的前兆效能。

本實(shí)用新型通過(guò)所述的“單孔垂直觀測(cè)裝置典型技術(shù)參數(shù)”來(lái)約束井下裝置的構(gòu)建，從而達(dá)到抑制各種干擾、提高觀測(cè)效能的目的；通過(guò)“限定臺(tái)站與臺(tái)站之間的間距和臺(tái)站數(shù)量”來(lái)保障前兆信息的有效銜接，從而達(dá)到了提高地電前兆效能的目的。

傳統(tǒng)的地面觀測(cè)裝置1個(gè)測(cè)道AB極距1.5km長(zhǎng)，每個(gè)臺(tái)站3個(gè)測(cè)道需要占用的地盤、電桿、外線路十分龐大。傳統(tǒng)的地面觀測(cè)裝置占地面積大、臺(tái)站的建設(shè)成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本高，但是，由于地面干擾強(qiáng)、季節(jié)性年變大，產(chǎn)出的觀測(cè)資料質(zhì)量偏低，在干擾較大的臺(tái)站目標(biāo)觀測(cè)物理量---原始視電阻率(ρs)曲線年度常態(tài)變幅高達(dá)幾十％，已經(jīng)失去了分辨前兆異常變幅(約7％)的前提，而同一臺(tái)站，用本實(shí)用新型所述的垂直觀測(cè)方式，年度常態(tài)變幅0.8％左右，分辨率指標(biāo)至少提高了兩個(gè)量級(jí)。

本實(shí)用新型的觀測(cè)技術(shù)、觀測(cè)裝置具有規(guī)范的實(shí)用意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一個(gè)地電單臺(tái)站井下垂直觀測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的多個(gè)臺(tái)站平面分布圖和臺(tái)站之間間距參數(shù)示意圖。

圖中：1、地電多臺(tái)站組網(wǎng)；2、地電單臺(tái)站；3、測(cè)道一；4、測(cè)道二；5、測(cè)道三。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。

下面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的地電垂直觀測(cè)裝置，所述地電垂直觀測(cè)裝置設(shè)置有大于三個(gè)地電單臺(tái)站2構(gòu)成的地電多臺(tái)站組網(wǎng)1；所述地電單臺(tái)站之間的間距為60km-80km。

進(jìn)一步，所述地電單臺(tái)站2包括：七個(gè)電極和由七個(gè)電極組成的三個(gè)測(cè)道。

進(jìn)一步，所述地電單臺(tái)站2電極一至電極四構(gòu)成測(cè)道一3；其中：電極一為A1、電極四為B1、電極二為M1、電極三為N1；

電極四至電極七構(gòu)成測(cè)道二4；其中：電極四為A2、電極七為B2、電極五為M2、電極六為N2；

電極一至電極七構(gòu)成測(cè)道三5；其中：電極一為A3、電極七為B3、電極三為M3、電極五為N3。

電極一與地面距離≥40m，相鄰電極間距≥15m；每個(gè)測(cè)道中間隔一個(gè)電極的兩個(gè)電極構(gòu)成MN極距，每個(gè)測(cè)道中首尾兩個(gè)電極構(gòu)成AB極距，MN/AB極距比值為1/5～1/3。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的描述(第一部分)。

一、單臺(tái)站構(gòu)建典型參數(shù)

為了保障觀測(cè)效能，本實(shí)用新型對(duì)單個(gè)臺(tái)站井下觀測(cè)裝置的構(gòu)建做以下3點(diǎn)約束:

1.電極1與地面距離≥40m，電極間距須≥15m；MN/AB極距須在1/5-1/3范圍；可選擇在井口附近做一個(gè)分量的地面對(duì)比，來(lái)見(jiàn)證同一觀測(cè)場(chǎng)地井下抑制干擾的效能，對(duì)比觀測(cè)分量極距參數(shù)須與井下相同。

2.井下觀測(cè)裝置宜建在地勢(shì)相對(duì)較低處，不可建在半山腰或山頂上；宜遠(yuǎn)離水庫(kù)、河流，防止地面積水滲入鉆孔(鉆孔雖然是全回填狀態(tài)，但仍有滲入可能)。

3.觀測(cè)室建在井口或者附近，使線路盡可能短，便于保護(hù)和降低成本，線路必須是全地埋方式布設(shè)，地埋深度須大于凍土層厚度，利于長(zhǎng)期保護(hù)。

二、觀測(cè)效能的含義和內(nèi)容

觀測(cè)效能是針對(duì)單臺(tái)站而言的，也是與傳統(tǒng)地面觀測(cè)比較而言的，其含義有以下3點(diǎn):

1.能夠抑制地電觀測(cè)中最棘手的電磁干擾，年度時(shí)段原始視電阻率(ρs)走時(shí)曲線的常態(tài)變幅＜1％(含極小幅度季節(jié)性年變和觀測(cè)系統(tǒng)噪聲在內(nèi))；而同一觀測(cè)場(chǎng)地、同一極距參數(shù)、同一觀測(cè)時(shí)段的地面觀測(cè)＞10％。

2.井下ρs走時(shí)曲線構(gòu)成平緩、連續(xù)，無(wú)大幅度階躍性突跳，裝置運(yùn)行穩(wěn)定；相反，地面觀測(cè)中由于干擾原因階躍性突跳在所難免。

3.室外地下、井下裝置免維護(hù)，井下裝置目標(biāo)使用壽命20年；相反，傳統(tǒng)地面觀測(cè)中由于架空線路風(fēng)吹日曬易老化，外線路絕緣2年出現(xiàn)下降，5-7年必須更換外線路和電極。

就上述3個(gè)方面而言，在強(qiáng)干擾地區(qū)，井下觀測(cè)與地面觀測(cè)相比，前者的觀測(cè)效能十分突出。

三、多臺(tái)站組網(wǎng)

多個(gè)臺(tái)站(點(diǎn))組網(wǎng)有“間距”和“數(shù)量”兩個(gè)要素，一是指多個(gè)臺(tái)站之間的合理間距參數(shù)，其特征在于60km-80km；二是指觀測(cè)網(wǎng)中的臺(tái)站數(shù)量，其特征是≥3個(gè)(附圖2中是12個(gè)，并且由12個(gè)臺(tái)站包圍了假設(shè)的重點(diǎn)區(qū))，這是為了保證臨近臺(tái)站前兆信息的銜接，提高前兆效能而限定的，實(shí)際使用中依據(jù)需求靈活調(diào)整臺(tái)站數(shù)量。

四、前兆效能的含義和內(nèi)容

前兆效能是針對(duì)整體觀網(wǎng)絡(luò)而言的，主體含義有以下4點(diǎn)：

1.建立若干個(gè)有效觀測(cè)臺(tái)站(點(diǎn))，且臺(tái)站間距合理，保障潛在震源區(qū)鄰近的一些臺(tái)站所觀測(cè)到的前兆信息有較好的銜接，互為映證。不再是傳統(tǒng)地面觀測(cè)中數(shù)百km、甚至數(shù)千km間距，遇到異常難以識(shí)別、無(wú)從界定的狀況。

2.根據(jù)萊特定律，異常變幅≥3倍常態(tài)變幅時(shí)認(rèn)定為異常，而本新型給出的裝置可識(shí)別＞2倍常態(tài)變幅異常，并且多個(gè)臺(tái)站互相映證，這就是N個(gè)臺(tái)站組成觀測(cè)網(wǎng)、體現(xiàn)前兆效能的優(yōu)勢(shì)所在；

3.井下觀測(cè)中連續(xù)性、多站點(diǎn)映證的“異常變幅”具有前兆意義，而不再是傳統(tǒng)地面觀測(cè)中的似有似無(wú)(不能認(rèn)定是季節(jié)性年變還是異常)，無(wú)所是從的“多種因素、多種可能”狀況。

4.“震中距”是與前兆效能密切相關(guān)的要素，本實(shí)用新型限定臺(tái)站間距，就是為了臺(tái)站獲得潛在震源的有效震中距，本新型一般不宜包含震中距＞2倍限定值即160km以外的前兆信息。

觀測(cè)效能與前兆效能二者之間的關(guān)系是：前兆效能是根本、是最終目的，而觀測(cè)效能是前提、是基本條件。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述(第二部分)。

一、年度常態(tài)變幅

視電阻率走時(shí)曲線的年度變幅必然涵蓋了季節(jié)性年變弊端，季節(jié)性年變對(duì)觀測(cè)來(lái)說(shuō)是一種固有干擾，人們希望常態(tài)幅度越小越好；這里所述的“常態(tài)變幅”(相對(duì)原始曲線低點(diǎn)的變化幅度)可直衡量觀測(cè)資料的質(zhì)量，好在保持了原始數(shù)據(jù)及原始曲線，無(wú)需做數(shù)據(jù)處理，簡(jiǎn)便易行。甘肅局的井下觀測(cè)技術(shù)在探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期垂直觀測(cè)常態(tài)變幅較大(6-8％，例如天水)，變幅指標(biāo)很不理想，之后經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的研究改進(jìn)，改進(jìn)后又付諸實(shí)際工程做效能驗(yàn)證，驗(yàn)證表明：垂直分量可取得年度常態(tài)變幅0.4-0.8％高指標(biāo)，達(dá)到了理想水平(例如平?jīng)?，比我國(guó)《地電觀測(cè)規(guī)范》≤3％的指標(biāo)高出一個(gè)量級(jí)。

事實(shí)上，前兆意義的異常變幅也很有限，例如汶川8.0級(jí)地震前，郫縣電阻率異常幅度7.2％，而震中距僅36km；唐山地震前京津唐地區(qū)14個(gè)臺(tái)站反映出前兆信息的僅有靠近震源的9個(gè)臺(tái)站，而且異常變幅多在5％左右?？梢?jiàn)，干擾地區(qū)常態(tài)變幅大于7.2％時(shí)，失去了分辨前兆異常信息的前提。

二、限定臺(tái)站間距60km-80km

災(zāi)害性地震發(fā)生是個(gè)低概率事件，得到可靠前兆信息的概率就更低了，原因何在？傳統(tǒng)觀測(cè)站點(diǎn)間距大就是一個(gè)不利因素，一般幾百公里甚至幾千公里大間距，而一些觀測(cè)震例表明，有效觀測(cè)距離并不大，例如2008年汶川地震前，郫縣電阻率下降7.2％，而震中距僅36km；唐山7.8級(jí)地震前京津唐地區(qū)14個(gè)臺(tái)站反映出前兆信息的9個(gè)臺(tái)站震中距多在一百km內(nèi)；2013年甘肅定西岷漳6.6級(jí)地震前156km處的天水地電觀井下觀測(cè)系統(tǒng)的兩套儀器觀測(cè)到的異常變幅僅0.4％(該分量常態(tài)變幅0.2％)，現(xiàn)實(shí)表明有效震中距一般不超過(guò)100km。本實(shí)用新型限定站點(diǎn)間距為60-80km已經(jīng)是需求與現(xiàn)實(shí)兩個(gè)因素的最大折中；至于站點(diǎn)數(shù)量則取決于對(duì)監(jiān)測(cè)面積的需求。單個(gè)臺(tái)站大體監(jiān)測(cè)面積1萬(wàn)平方公里(即πr²＝3.14*60²＝1.1萬(wàn)平方公里)，至于N個(gè)臺(tái)站分布形狀無(wú)需限定，或沿活動(dòng)斷裂分布或依監(jiān)測(cè)區(qū)域分布。

本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)對(duì)象以5級(jí)以上破壞性地震為主。

三、垂直觀測(cè)分量裝置系數(shù)的計(jì)算

地震地電觀測(cè)的目的是獲取觀測(cè)區(qū)地下介質(zhì)視電阻率(ρs，Ωm)隨時(shí)間的變化，所以，觀測(cè)方式必然是時(shí)間域的連續(xù)觀測(cè)，從連續(xù)觀測(cè)結(jié)果中解析出可能的孕震前兆信息，前兆信息在觀測(cè)資料中多為系統(tǒng)性(不是個(gè)別測(cè)值)下降或上升變化，變化量以相對(duì)變化幅度的百分?jǐn)?shù)來(lái)度量。其觀測(cè)原理是一種成熟的地球物理勘探方法——“直流電阻率法”原理，已經(jīng)成熟應(yīng)用數(shù)十年，本實(shí)用新型仍嚴(yán)格遵循電阻率法的觀測(cè)原理。但與傳統(tǒng)地面觀測(cè)相比，埋深較大、AB極距較小的垂直觀測(cè)更接近于“全空間”觀測(cè)，例如圖1中的測(cè)道2，裝置系數(shù)理為傳統(tǒng)地面觀測(cè)方式系數(shù)的2倍，即K值乘以2為宜。但是，對(duì)于測(cè)道3而言K值乘2就不盡合理了，可參照王蘭煒等人給出的計(jì)算公式。

為了更加準(zhǔn)確表述觀測(cè)方式、觀測(cè)結(jié)果的獲取，特別是計(jì)算兩種裝置系數(shù)(K值)的計(jì)算，下面分別列舉計(jì)算過(guò)程：

1.傳統(tǒng)地面觀測(cè)

傳統(tǒng)的地電地面觀測(cè)一般由2-3個(gè)測(cè)道組成，這里僅舉例1個(gè)測(cè)道(其它兩個(gè)測(cè)道雷同)。供電電極(A、B)極距為1500m，測(cè)量電極(M、N)極距為500m，典型溫納裝置；穩(wěn)流供電電流為I(A)，電流經(jīng)A、B電極流經(jīng)大地構(gòu)成回路，在回路中的測(cè)量電極M、N兩端獲取人工電位差V(v)，則得到目標(biāo)觀測(cè)物理量ρs(Ωm)。

ρs(Ωm)＝K*V(v)/I(A)

式中的K為裝置系數(shù)，其值取決于極距參數(shù)，在本例極距參數(shù)確定的前提下，K＝2π*500＝3142。

2.垂直觀測(cè)

本實(shí)用新型實(shí)例中，一個(gè)臺(tái)站由3個(gè)垂直測(cè)道組成，以第二測(cè)道為例(圖1)，電極4為A2、電極7為B2、電極5為M2、電極6為N2；

ρs(Ωm)＝K*V(v)/I(A)

式中的K為裝置系數(shù)，其值取決于電極間距參數(shù)，在本例中確定的電極間距為20m，也是典型的溫納裝置，在參數(shù)在確定的前提下，由于垂直觀測(cè)中電流近“全空間”狀態(tài)分布，或視為全空間，故K＝2*2π*20＝251。

四、井下觀測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)和遇到的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例

與地面觀測(cè)相比井下觀測(cè)有著特殊的風(fēng)險(xiǎn)，例如已經(jīng)遇到武都地電井下觀測(cè)臺(tái)，155米深度介質(zhì)電阻率超低(0.04)的狀況，事后才查明深部介質(zhì)系“磁鐵礦”，磁鐵礦的電阻率值超低(10^-4-10^-2)，介質(zhì)視電阻率值已經(jīng)超出觀測(cè)儀器量程(1.00-299.99)的下限，不能精確觀測(cè)是一個(gè)方面，另一個(gè)方面是超低阻介質(zhì)沒(méi)有前兆意義，這就是已經(jīng)遇到的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例。

那么，武都井下觀測(cè)是不是就此廢棄呢？當(dāng)然不是！恰恰是特殊情況下的最大成功，成功就成功在當(dāng)初設(shè)立了兩個(gè)鉆孔的垂直觀測(cè)，即孔6、孔7中設(shè)立兩個(gè)垂直分量，用垂直分量作為武都地電井下觀測(cè)的目標(biāo)分量，幾年以來(lái)產(chǎn)出的垂直觀測(cè)資料常態(tài)變幅1.6-2.8％，達(dá)到了地電《觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》中≤3％的指標(biāo)，也達(dá)到了井下觀測(cè)抑制干擾的目標(biāo)。

為了表述井下觀測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，這里把武都漢王地電臺(tái)自方案論證到產(chǎn)出觀測(cè)資料的全過(guò)程記述如下:

甘肅武都漢王地電井下觀測(cè)臺(tái)站位于市區(qū)城郊，距當(dāng)?shù)匾凰冸娬据^近，為了減輕干設(shè)計(jì)的鉆孔較深(155m)，外場(chǎng)地建設(shè)完成接入儀器觀測(cè)時(shí)出乎意料的事件發(fā)生了，其它測(cè)道均正常，而3個(gè)井下水平測(cè)道視電阻率值低得出奇，僅為0.04Ωm，這是地面觀測(cè)50年以來(lái)從未有過(guò)的事件，經(jīng)過(guò)趙家騮教授人工測(cè)試驗(yàn)證確認(rèn)井下裝置完好，并認(rèn)定井下介質(zhì)視電阻率0.04的現(xiàn)實(shí)，0.04超出了儀器量程下限，無(wú)論任何原因，即便是變化0.01，變幅則達(dá)25％，顯然，井下水平分量不能作為目標(biāo)觀測(cè)分量。漢王是個(gè)特例，這種風(fēng)險(xiǎn)不影響井下觀測(cè)方式的開(kāi)展和技術(shù)改造，給人們一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)例。

漢王方案在孔6、孔7中安裝了兩個(gè)“垂直測(cè)道”專用電極，垂直測(cè)道的測(cè)值分別為24、30Ωm左右，完全滿足儀器量程，觀測(cè)結(jié)果也比較理想。這一點(diǎn)可以用下面兩點(diǎn)來(lái)見(jiàn)證：

1.同一臺(tái)站的比較：垂直ρs年度曲線常態(tài)變幅指標(biāo)1.7-3.1％，表2是觀測(cè)三年以來(lái)各測(cè)道的常態(tài)變幅?？梢?jiàn)，遠(yuǎn)好于地面12.04％變幅指標(biāo)。

表2漢王各分量年變幅一覽表

注：表1中2014年孔6變幅為20.12％的原因，系兩套儀器觀測(cè)時(shí)間沖突所致。

2.漢王垂直于與其它無(wú)干擾地面觀測(cè)臺(tái)站常態(tài)變幅指標(biāo)的對(duì)比：例如基本無(wú)干擾的嘉峪關(guān)地電臺(tái)2015年兩條曲線的相對(duì)變幅分布為2.16％、2.41％，與漢王垂直持平。

由上述兩個(gè)方面的比較來(lái)看，在強(qiáng)干擾城郊漢王臺(tái)站垂直觀測(cè)達(dá)到了“抑制電磁干擾、產(chǎn)出合格觀測(cè)資料”的目標(biāo)。

漢王井下介質(zhì)是“磁鐵礦”，磁鐵礦的電阻率為10^-6-10^-2，含鐵量,37％-55％，密度4.9-5.3，弱磁性，物理性狀為黑色固體，這是儀器安裝產(chǎn)出觀測(cè)資料后才專門查證的。之前包括多次論證、測(cè)深曲線解釋等，均沒(méi)有任何跡象提示存在超低電阻率介質(zhì)?？梢?jiàn)，不為人知的金屬礦床是地電井下觀測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)之一。

五、甘肅省地震局地電井觀測(cè)技術(shù)的背景

甘肅省地震局探索研究地電井下觀測(cè)技術(shù)的時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)充分的技術(shù)準(zhǔn)備之后于2010年立項(xiàng)“地電觀測(cè)技術(shù)改造”，投入巨資先后完成和協(xié)助完成省內(nèi)外多個(gè)地電井下觀測(cè)項(xiàng)目，至目前完成井下觀測(cè)分量72個(gè)，相當(dāng)于20個(gè)傳統(tǒng)地面觀測(cè)臺(tái)站分量之和。在這過(guò)程中最重要的不是完成臺(tái)站觀測(cè)裝置改造、取得優(yōu)質(zhì)的觀測(cè)資料，而重要的是探索、實(shí)驗(yàn)、解決裝置構(gòu)建中的種種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，期間面對(duì)運(yùn)行需求結(jié)合地電井下觀測(cè)技術(shù)研究，完成與之緊密相關(guān)的中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃兩項(xiàng)公關(guān)課題，從而夯實(shí)了甘肅省地震局特有的“地電井下觀測(cè)技術(shù)”。

2004年“十五”數(shù)字網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)中，實(shí)驗(yàn)完成井下、地埋專用電纜的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與功能需求、與絕緣指標(biāo)關(guān)系的一些實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)其指標(biāo)，之后若干年相繼開(kāi)展了電纜的耐候性實(shí)驗(yàn)等工作。絕緣指標(biāo)認(rèn)定后的電纜廣泛應(yīng)用于2005年及其以后的各種地電建設(shè)項(xiàng)目，連續(xù)運(yùn)行10年之后(2014年12月)復(fù)核驗(yàn)證了該電纜絕緣指標(biāo)，結(jié)果表明絕緣仍達(dá)300MΩ，遠(yuǎn)高于《地電觀測(cè)規(guī)范》≥10MΩ的指標(biāo)要求，電纜質(zhì)地柔軟、光澤如初，其物理性狀完好。據(jù)此推測(cè)本實(shí)用新型所建成的井下觀測(cè)裝置使用壽命可達(dá)20年(目標(biāo)使用壽命)，這已經(jīng)比傳統(tǒng)地面觀測(cè)實(shí)際壽命5-7年提高了3倍。這也是探索與實(shí)踐緊密結(jié)合的結(jié)果。

觀測(cè)資料的常態(tài)變幅是檢驗(yàn)本實(shí)用新型(技術(shù))觀測(cè)效能的試金石，本實(shí)用新型2013年已在甘肅局平?jīng)龅仉娋掠^測(cè)工程中專門構(gòu)建了6個(gè)分量的垂直觀測(cè)，經(jīng)過(guò)3年多的觀測(cè)見(jiàn)證了電磁干擾的效能，年度常態(tài)變幅0.2％-0.8％，與井下水平觀測(cè)持平；相反，同場(chǎng)地、同時(shí)段、同極距參數(shù)的地面觀測(cè)由于各種干擾的原因，常態(tài)變幅超過(guò)10％，二者相比，垂直觀測(cè)常態(tài)變幅指標(biāo)比地面提高兩個(gè)量級(jí)，0.2-0.8％這是傳統(tǒng)地面觀測(cè)史上從未有過(guò)的指標(biāo)。

事實(shí)上，井下觀測(cè)已走過(guò)30年的歷程，一直處于實(shí)驗(yàn)探索階段，主要原因是井下裝置構(gòu)建不過(guò)關(guān)、使用壽命和長(zhǎng)期穩(wěn)定性受到限制，而甘肅省地震局專攻構(gòu)建技術(shù)，補(bǔ)充和完善了多項(xiàng)裝置本身技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試功能，提高了長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。使井下觀測(cè)從探索實(shí)驗(yàn)層面走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

“前兆效能”是基于“觀測(cè)效能”的更高層次，是根本、是目標(biāo)，本實(shí)用新型所述的“垂直觀測(cè)、多站點(diǎn)組網(wǎng)”技術(shù)就是針對(duì)前兆效能的而提出的，它是甘肅省地震局“地電井下觀測(cè)技術(shù)”的一個(gè)分枝，是甘肅省地震局在地電觀測(cè)技術(shù)方面的創(chuàng)新。

專家擔(dān)憂井下電極相對(duì)位置穩(wěn)定的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題早在2010年實(shí)驗(yàn)中妥善地解決，連續(xù)多年的走時(shí)曲線平滑、井下裝置運(yùn)行穩(wěn)定、觀測(cè)資料就是最好的見(jiàn)證。

垂直觀測(cè)裝置運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性是垂直觀測(cè)的根本問(wèn)題，從認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)到安裝工藝，從產(chǎn)出資料到長(zhǎng)期穩(wěn)定環(huán)環(huán)相扣，走時(shí)曲線就是有力的證據(jù)。這也是本實(shí)用新型申報(bào)的基石之一。

本實(shí)用新型甘肅省地震局投入大量人力財(cái)力投入實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證，從最初實(shí)驗(yàn)到后來(lái)的工程驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)間接20年的歷程，可以說(shuō)在觀測(cè)效能方面有著扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)根基和充分的實(shí)模式驗(yàn)證，從而認(rèn)定觀測(cè)效能。

平?jīng)鋈甑某B(tài)變幅只有0.56％、0.52％、0.61％，這屬于地下介質(zhì)固有的微小變化(當(dāng)然，含小幅度季節(jié)性年變和裝置固有噪聲在內(nèi))，證明電極位置很穩(wěn)定。相反，也有一例事實(shí)證明，當(dāng)電極位置有0.8m左右變化時(shí)，ρs曲線產(chǎn)生約1％的臺(tái)階，這一事實(shí)是天水垂直分量在地面新增一塊電極，也是一次很好的實(shí)模式實(shí)驗(yàn)證。

六、地電井下觀測(cè)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益分析

地電單孔垂直觀測(cè)、多臺(tái)站組網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)是建立在“地面觀測(cè)”方式基礎(chǔ)上的全新觀測(cè)方式，故分析“兩個(gè)效益”必采用對(duì)比的辦法來(lái)表述，為了表述簡(jiǎn)潔特約定把二者簡(jiǎn)稱為“地面、垂直”，按內(nèi)容分10個(gè)方面：

1、觀測(cè)資料質(zhì)量高--常態(tài)變幅小

以2008年汶川8.0級(jí)地震為例，郫縣臺(tái)站ρs異常變幅7.2％，震中距36km，這就意味著當(dāng)ρs常態(tài)變幅大于7.2％時(shí)，觀測(cè)資料將失去分辨異常信息的前提。在強(qiáng)電磁干擾地區(qū)，干擾對(duì)地面觀測(cè)造成的常態(tài)變幅往往大于幾十甚至幾百％，失去觀測(cè)意義。而干擾性游離電流沒(méi)有垂直流動(dòng)機(jī)制，故在垂直方向上理當(dāng)沒(méi)有干擾電位差(或者很小)，也就從根本上克服了電磁干擾。實(shí)際臺(tái)站中是這樣：以平?jīng)鰹槔?，地面?0％，垂直0.4-0.8％。

井下產(chǎn)出觀測(cè)資料質(zhì)量高，是甘肅省地震局“地電井下觀測(cè)技術(shù)”最根本的社會(huì)效益。

2、季節(jié)性年變幅小

地電觀測(cè)的目的是獲取潛在地震前兆信息，需要的并不是季節(jié)性因素引起的不規(guī)則性年變，因此，年變是一種干擾、是一種與地面觀測(cè)方式相伴生的弊端，即便是在沒(méi)有電磁干擾的優(yōu)秀臺(tái)站，3％左右的年變弊端仍然存在；而井下溫度、濕度環(huán)境穩(wěn)定，季節(jié)性變幅自然很小0.4-0.8％(可以忽略不計(jì))，分辨能力得到大幅提高。

3、避免外線路引雷電

地面觀測(cè)架空外線路長(zhǎng)達(dá)2-4km，常常由于外線路引雷造成設(shè)備損壞，需投入大量財(cái)力解決雷電問(wèn)題，事實(shí)上雷電問(wèn)題并不能從根本上解決，這也是電阻率臺(tái)站需要人員值守的原因之一，而垂直觀測(cè)不存在外露線路，從根本上消除雷擊隱患，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)行，安全性得到大幅提高，成本得到大幅降低。

4、天然因素、人文因素方面的干擾

地面觀測(cè)中電極埋在地面2m，降雨、降雪等天然因素以及灌溉、耕地、蔬菜大棚、金屬管線等人文因素造成干擾在所難免，已經(jīng)發(fā)表1萬(wàn)多篇論文中作了分析，但干擾的形成機(jī)制存在干擾依舊存在，論文并沒(méi)有解決觀測(cè)中的實(shí)際問(wèn)題；而垂直觀測(cè)電極在地面以下數(shù)十、數(shù)百米深處，且鉆孔回填，不存在上述干擾形成的機(jī)制，垂直觀測(cè)產(chǎn)出的觀測(cè)資料質(zhì)量與地面相比得到大幅提高(兩個(gè)量級(jí))。

5、“風(fēng)擾”的弊端

地面觀測(cè)中數(shù)千米長(zhǎng)的架空外線路，由于刮風(fēng)吹動(dòng)電線擺動(dòng)切割地磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電流，感生電流對(duì)觀測(cè)造成隨機(jī)性干擾，一些論文中稱這種干擾為“風(fēng)擾”；而垂直觀測(cè)外線路在鉆孔中，且鉆孔回填密實(shí)，不存在“風(fēng)擾”形成機(jī)制。

以上5個(gè)方面是社會(huì)效益的簡(jiǎn)單分析，下面簡(jiǎn)要分析經(jīng)濟(jì)效益。

6、臺(tái)站的構(gòu)建成本

傳統(tǒng)的地面觀測(cè)臺(tái)站需要數(shù)千米電纜、數(shù)百根電桿等，原材料費(fèi)高，架設(shè)施工人工費(fèi)、地面損壞賠償費(fèi)也高，3項(xiàng)合計(jì)不低于50萬(wàn)/臺(tái)站，值守人員生活用房等費(fèi)用不低于50萬(wàn)，合計(jì)100萬(wàn)；而垂直觀測(cè)無(wú)需人員值守、無(wú)需電桿、無(wú)需高額賠償，鉆孔費(fèi)是主體成本，總土建成30萬(wàn)，建臺(tái)成本不足地面1/3。

7、20年運(yùn)行成本

據(jù)有關(guān)規(guī)定，傳統(tǒng)地面觀測(cè)臺(tái)站需3人值守，人員工資加之其他費(fèi)用，每年運(yùn)行費(fèi)至少20萬(wàn)元，而垂直觀測(cè)自初始設(shè)計(jì)為無(wú)人值守方式運(yùn)行，每年運(yùn)行費(fèi)用不足0.5萬(wàn)元；地面觀測(cè)中架空線路因風(fēng)吹日曬易老化，絕緣指標(biāo)下降5-7年必須更換線路和電極，工料成本50萬(wàn)以上,7年使用壽命，而井下裝置使用壽命20年。如果按20年周期估算成本，地面＞600萬(wàn)元，垂直不足20萬(wàn)元。

8、觀測(cè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)用地的矛盾

地面觀測(cè)占地面積大，當(dāng)今隨著土地用途變更、地價(jià)不斷升值，觀測(cè)用地與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的矛盾越來(lái)越突出，越來(lái)越尖銳，觀測(cè)環(huán)境保護(hù)的難度越來(lái)越大。而垂直觀測(cè)就一口鉆孔，并且鉆孔回填后照樣可以恢復(fù)原有的耕種或其他用途，矛盾得到緩解或者消除。

9、受地盤限制問(wèn)題

傳統(tǒng)地面觀測(cè)需要數(shù)十平方公里的平坦、開(kāi)闊地地盤來(lái)布設(shè)觀測(cè)設(shè)施，占地規(guī)模大(每4個(gè)電極為一個(gè)測(cè)道，跨度≥1000m，每個(gè)臺(tái)站2-3個(gè)測(cè)道)，在人密集的大城市或者迫切需要防震減災(zāi)的汶川山溝恰恰不能建站觀測(cè)，不能發(fā)揮地電的前兆效能；而垂直觀測(cè)無(wú)論在房前屋后、地角路邊均可實(shí)施觀測(cè)，幾乎不受地盤限制，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。

10、發(fā)揮地電應(yīng)有的前兆效能

地電井下觀測(cè)的初衷是抑制日益嚴(yán)重的電磁干擾。然而，甘肅省地震局在抑制干擾的艱難征途中付出了更多的艱辛，目的在于“使地電從干擾的深淵中走出來(lái)，向著前兆效能的領(lǐng)域走進(jìn)去”，“走出來(lái)、走進(jìn)去”是單孔垂直觀測(cè)、多站點(diǎn)組網(wǎng)(即本新型)的目標(biāo)所在。

六、甘肅局地電井下觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

自2010年以來(lái)借助甘肅局“地電井下觀測(cè)技術(shù)”建成的觀測(cè)分量見(jiàn)表3，這里表3僅用做分量數(shù)統(tǒng)計(jì)(即表3左側(cè)分量序號(hào))，包括實(shí)驗(yàn)在內(nèi)已完成57個(gè)觀分量，分量數(shù)相當(dāng)于20個(gè)傳統(tǒng)地面觀測(cè)臺(tái)站。

表3井下觀測(cè)分量統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出3點(diǎn)：

1.甘肅局技術(shù)“建成的分量數(shù)總和”以及這些分量所在的臺(tái)站；

2.甘肅局技術(shù)完成的實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)效能驗(yàn)證工作方面的工作量；

3.投入正式觀測(cè)的目標(biāo)分量數(shù)。

傳統(tǒng)地面觀測(cè)一般每個(gè)臺(tái)站只有2-3個(gè)分量，而本表中的分量數(shù)已經(jīng)達(dá)到57個(gè)，相當(dāng)于20個(gè)傳統(tǒng)地面觀測(cè)臺(tái)站的分量合計(jì)數(shù)。

七、垂直分量裝置系數(shù)的計(jì)算

地電觀測(cè)50年以來(lái)一直采用地面觀測(cè)，K值一直以“半空間”計(jì)算，這是合理的；對(duì)于全空間的K值計(jì)算則地面K值乘以2。而井下觀測(cè)中往往遇到情況是：既不是半空間又不足全空間的狀態(tài)，特別是垂直觀測(cè)分量，合理的K值計(jì)算還有待理論研究結(jié)果給出相應(yīng)合理的計(jì)算公式。

好在K值不影響相對(duì)變幅這個(gè)前兆目標(biāo)，與物探不同，前兆需求的相對(duì)變化幅度，從變化幅度中解析前兆信息，無(wú)論求取什么K值，視電阻率走時(shí)曲線的相對(duì)變幅不變，即觀測(cè)資料不失去前兆意義，所以，K值并不影響對(duì)前兆信息的分析，當(dāng)然有科學(xué)、合理K值計(jì)算公式更好，問(wèn)題是當(dāng)前還沒(méi)有。

八、垂直觀測(cè)展望

本實(shí)用新型旨在提高地電學(xué)科的兩個(gè)效能(觀測(cè)效能、前兆效能)，使地電觀測(cè)從干擾的深淵中走出來(lái)，向著前兆效能的領(lǐng)域走進(jìn)去，適應(yīng)當(dāng)今觀測(cè)環(huán)境，為高效率低成本運(yùn)行嘗試新的途徑，真正發(fā)揮地電應(yīng)有的前兆效能，真正發(fā)揮現(xiàn)有高精度觀測(cè)儀器裝備的效能(筆者個(gè)人認(rèn)為現(xiàn)有地面裝置并沒(méi)有發(fā)揮好現(xiàn)有儀器的效能，特別是干擾地區(qū)產(chǎn)出的觀測(cè)資料指標(biāo)太低)。

展望：基于“單孔垂直觀測(cè)、多站(點(diǎn))組網(wǎng)”技術(shù)，在重點(diǎn)區(qū)建立低成本高效能震害防御系統(tǒng)，在人口眾多的核心城市及周邊建立有效的震害防御系統(tǒng)，通過(guò)長(zhǎng)期堅(jiān)持觀測(cè)捕捉地震前兆信息，為社會(huì)穩(wěn)定、為減少生命財(cái)產(chǎn)損失做出貢獻(xiàn)，識(shí)別震兆、減輕震害，使唐山、汶川悲劇不再重演。

以上所述僅是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。