甘肃省地震异常现场核实报告：异常分析及降雨影响分析

4.3.1.1 降雨影响分析

根据气象部门提供嘉峪关地区年平均降雨量为85 mm，雨季大部分集中在6～8 月，其他时段干旱少雨。嘉峪关台2014 年架设了气象三要素观测仪器，通过统计观测，降雨量年均值为88.2 mm，与气象部门公布的结果接近。统计分析雨季对地电阻率观测造成持续性的下降影响，先下降后回升，最大的变化幅度见表1-4-2，值得说明2018 年N50°E 和N45°W 在雨季持续下降，几乎没有恢复到背景值，这可能是2018年降雨比其他年份都高的原因。2019年4月8日降雨量4.7 mm，5 月5～8 日降雨量10 mm，这和往年降雨量相比还不到1/4，但测值上升的幅度是以往变化的（1/2）～（2/3）。所以这个变化是需要进一步分析其他因素的影响，下面将做逐一分析。

表1-4-2　2014—2019年嘉峪关台测量降雨量

4.3.1.2 蓄水池场影响分析

1.蓄水池场地电场梯度测量

2016 年7 月建设的嘉峪关市旅游公路路基距离N45°W 测道南供（B4电极）有200 m，由于公路出水涵洞在公路旁边建立了雨水蓄水池，2017 年建成后在蓄水池的周围用铁丝围住，蓄水用来浇灌树木。2019 年5 月14 日核实组对该区域做了地电场梯度测量（图1-4-14），布设3条测线，沿N45°W 的B4供电极开始布设一条（1号测线）测线，在蓄水池旁平行公路布设两条测线（2～3 测线），测量的结果是B4电极附近区域地电场梯度变化比较均匀，基本在8～10 μV/m 变化，而靠近蓄水池附近电场梯度变化比较剧烈，测值在12～15 μV/m 变化，这与看到的地面分布的铁磁性物质有关，与实际情况相符，5 月份N45°W 自然电场测值在220～240 mV波动，所以蓄水池附近场地的电场变化对自然电场影响太小，不足0.01%变化。

图1-4-14　嘉峪关地电阻率N45°W测道B4电极及蓄水池公路区域地电场梯度图（冯丽丽提供）

2.蓄水池蓄水后加载压力对地电阻率影响

在核实组巡查测区时，N45°W 测道附近发现该蓄水池存水约0.4 m，距离B4 电极有180 m［图1-4-13（a～d）］，通过询问台站观测人员，蓄水是2019 年4～5 月积聚的。水池呈梯形状，上底长25 m、宽20 m，下底长15 m、宽10 m，深度2 m，按照做保守估算，水池蓄水后地面加载的压力：

G=ρ水×（S上+S下）×h/2=1000 kg/m3×150 m2×0.4 m=60000 kg。

这就相当于地面加载了60 t的重物所产生的压力。

这点压力作用地面对N45°W测道地电阻率产生的变化较小，不足以引起0.59 Ω·m的变化。

4.3.1.3 观测数据年变分析

根据嘉峪关地电阻率两个测道2014—2019 年逐年变化对比分析（图1-4-15）可以看出，N45°W 年变化是正弓形（夏秋高春冬低），N50°E年变化是反弓形（夏秋低春冬高），两个测道呈镜像变化，这主要是场地的不均匀性（各向异性）造成，嘉峪关台N45°W 测道2016 年7 月B4 移动电极测值出现台阶，2017 年9 月底测区埋设铸铁水管，两个测道数值同步出现台阶，2018 年N45°W 测道电阻率出现破年变现象，2019 年3～4 月波动变化，5 月份降雨后出现下降后快速上升的短期变化，到核实期间仍在高值变化，未恢复到背景值。N50°E 测道2017 年除水管影响变化外，年变形态清晰。

图1-4-15　嘉峪关地电阻率2014—2019年日均值年变化对比曲线

4.3.1.4 自然电位对比分析

从嘉峪关台的自然电位看出（图1-4-16），2019年3月中旬N50°E测道自然电位逐步上升，5 月10 日达到最高值，变化幅度为52 mV，然后开始转折下降，而该道地电阻率却是持续下降。从3月底开始N45°W 测道自然电位持续下降，变化幅度为20 mV左右，而该道地电阻率却是5月8日后持续上升。这种不同步的变化说明受到气象、深部地层电性变化等综合因素影响。

图1-4-16　2018—2019年嘉峪关台N50°E（上）和N45°W（下）自然电位变化曲线对比

4.3.1.5 嘉峪关地电场对比分析

嘉峪关地电阻率和地电场观测场地不足1 km，地电场观测场地比较平坦，对测区局部干扰等反应比较敏感。图1-4-17和图1-4-18是2019年4～5月的地电场长短极距对比曲线，5月5日数据有转折变化，这与场地降雨同步，从图中看出数据未发现趋势性的变化，11日、15日数据波动时是空间磁暴的干扰（Kp=5，7），16 日后恢复到背景值。总的来说，2019 年4～5 月嘉峪关地电场测区除了降雨影响，环境不存在其他干扰，说明嘉峪关地电测区浅部不存在其他电磁干扰，为地电阻率变化是来此深部信息提供了佐证。

4.3.1.6 震例总结(www.xing528.com)

地电阻率监测受诸多因素影响，原始数据既包含季节变化引起的正常年变，又包含场地环境影响导致的线性趋势变化及其他非震兆成分。周剑青等（2018）提出年变幅斜率合成方法，斜率值年动态在时间轴上如一个动点做周而复始的运动，若把该值作为一个动点看待，在“纯净”环境下，NS、EW 向变化应具有同步性或一致性特征，尝试对相互垂直的2 个测道的斜率值做合成计算，可消除年变，对异常进行放大，削弱某一测道局部异常或其他个别干扰。获得长趋势变化序列，仅包含地壳应变引起的电信号异常和长趋势干扰变化信息，更好地体现介质的物理意义。具体计算思路为：①计算地电阻率年变幅对时间轴的斜率；②计算斜率合成。以甘肃省嘉峪关、山丹地震台地电阻率记录为研究对象，利用2002—2016 年地电阻率年变幅，进行斜率合成计算，并根据中国大陆东西部地震活动水平，提取甘肃地震台站周边300 km 范围内M≥5.0 地震得到的震例（表1-4-3），其他学者已做了相关的研究来对比分析，且地震一般发生在1年尺度的下降期、2年尺度的下降转上升期。

图1-4-17　嘉峪关台大地电场长极距2019年4～5月整点值变化曲线

图1-4-18　嘉峪关台大地电场短极距2019年4～5月整点变化曲线

表1-4-3　地电台站布极及历史震例

地震地电阻率年变幅值斜率及合成斜率对年变有一定抑制作用，且合成斜率优于单一斜率的计算结果；各震例发震前后，合成斜率年变趋势具有一定变化特征，统计结果见表1-4-4。

表1-4-4　合成斜率应震变化特征统计

1.2002年12月14日玉门5.9级地震

该地震距嘉峪关台80 km，震前嘉峪关台地电阻率N45°W 测道于2002年5月开始明显加速上升，年变幅度和年变形态明显高于往年，且伴随有多次阶变性抬升（图1-4-19），12月高值异常开始恢复，并出现突跳丛集，玉门5.9级、德令哈6.6级地震后，异常完全恢复。震前异常最大幅度约1.2%。

图1-4-19　嘉峪关地电阻率N45°W测道日均值曲线

2.2009年10月2日肃北5.2级地震

该地震发生在祁连山西段，地电阻率和自然电位方面距该震中200 km 范围内只有嘉峪关台，震中距为190 km，并且其地电阻率N50°E测道在该地震前出现了较明显的异常变化，该异常变化为震后提出。

嘉峪关地电阻率观测始于1991年，年变化清楚，测值比较平稳。2009年10月2日肃北5.2级地震前，N50°E测道于9月2日开始快速下降，形成倒尖峰形态后快速回返（图1-4-20），10月中旬之后突跳丛集与外线路漏电有关，11 月28 日基本恢复，整体表现为低值异常，震中距190 km，震前异常最大相对幅度为0.3%。

图1-4-20　嘉峪关地电阻率N50°E测道日均值曲线

3.2012年5月3日金塔5.4级级震

该地震发生在祁连山西段，地电阻率和自然电位方面距该震中200 km 范围内只有嘉峪关台，震中距为90 km，但是在该地震前，地电阻率资料未发现较明显的异常变化，而自然电位资料却出现了持续时间长达1年的异常变化，该异常变化为震前提出。

嘉峪关自然电位观测始于2001 年，年变化较为清楚。N45°W 测道于2005 年开始出现趋势性下降，但年变化仍然完整，2008、2009年出现破年变低值异常，对应了青海海西的6.3、6.4级地震；2011 年1 月出现破年变性加速上升，7 月份略有转折，2012 年2 月底转折下降并恢复正常年变，两个月后发生金塔5.4 级地震，震中距为90 km，震前最大异常幅度为198 mV（图1-4-21）。对嘉峪关、山丹地震台2003—2016 年地电阻率观测数据进行计算，并与提取的10个震例做对比，发现计算结果对中、短临异常有一定显示，漏震频次分别为：嘉峪关台2 次（2007年和2013年合成斜率下降，无震例对应）、山丹台2次（2006年和2009年合成斜率下降，无震例对应）。对甘肃省地震台站周边300 km 范围内M ≥5.0 地震有效率在70 %以上（对应率）。地电阻率合成斜率异常主要特征为：1年尺度的下降、2年尺度的下降转上升；异常变化幅度大小因台而异，可能与地下电性结构有关。通过分析达到嘉峪关、山丹地电阻率观测数据合成斜率计算生成新的时间序列值，不仅包含地壳应变引起的电信号异常和长趋势干扰变化信息，在300 km 范围内发生5 级以上地震有较好（70%）的对应率，有3 次在高值变化中发震，这次的地电阻率变化与3次震例相似，值得关注。

图1-4-21　嘉峪关自然电位N45°W道日均值曲线