地震地電學前兆深井立體綜合觀測技術思路

李桂清 , 杜喜超 , 陳繼闊，賈 靖,孫新才

(1.濮陽市地震臺,河南 濮陽 457000；2.清豐縣地震臺，河南 清豐 457003)

地震地電學前兆深井立體綜合觀測技術思路

李桂清1, 杜喜超2, 陳繼闊2，賈 靖2,孫新才2

(1.濮陽市地震臺,河南 濮陽 457000；2.清豐縣地震臺，河南 清豐 457003)

提出了地震地電學前兆深井立體綜合觀測的技術思路。設計合適的觀測井深度，根據(jù)觀測井布局，采用深井鉆探技術打好鉆孔，在不同方向的位置上，按不同深度放置不同項目的測量裝置(觀測探頭)，改傳統(tǒng)的地表平面觀測為深部垂向及水平方向觀測，并實現(xiàn)地震前兆立體綜合觀測。深井觀測方法可有效避免地表觀測的干擾影響，取得更好的觀測效果，提高地震監(jiān)測預報水平。

地震前兆； 深井觀測；干擾排除；立體綜合觀測

到目前為止，地震預報還是一個世界性難題。解決地震預報這個難題，必須首先打牢地震前兆觀測這個基礎 。但是，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展， 地震前兆觀測受到越來越嚴重的干擾影響。為更好獲取地震前兆異常信息，要開拓新思路，研究開發(fā)地震前兆觀測的新方法、新技術，不斷提高地震監(jiān)測預報水平。

1 技術思路

地震孕育過程中，經(jīng)常伴有地下介質電阻率的變化及大地電流和自然電場等電學性質的變化。觀測研究這些變化，提取地震前的地電學異常信息，并探討其與地震之間的關系以進行地震預報。在地震預報的各種探索中，地電學方法是比較成熟的地震前兆觀測方法之一，也是地震前兆觀測的重要組成部分，在地震預報中發(fā)揮著重要作用[1-3]。

圖1 地震地電學前兆異常示意圖

傳統(tǒng)的地電學觀測為地表平面觀測，即在地表2米以下埋設電極，測量S、O、E點的地電學參數(shù)，如電位、電阻等(見圖1)。設震源為P點，在地震孕育發(fā)展過程中，S、O、E點的電學參數(shù)發(fā)生變化，觀測其異常變化，從而進行地震預報。既然S、O、E點的電學參數(shù)發(fā)生變化，那么，地下不同巖層的地電學參數(shù)也會發(fā)生異常變化，即a、b、c、a’、b’、c’點的地電學參數(shù)也會發(fā)生異常變化。

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，高壓線路的架設，大功率電器設備的安裝使用以及地鐵、高鐵的運行等，都對地表的地電學前兆觀測帶來越來越大的影響，干擾影響引起的異常變化覆蓋了地震前兆異常變化，使地電學觀測方法在地震監(jiān)測和預報應用中受到了極大的限制，地表的地震前兆觀測失去意義。采用深井鉆探技術，開展深井地震前兆觀測(即將測量探頭、電極埋于井下，測量a、b、c、a’、b’、c’點的地電學參數(shù))，可有效排除地表的干擾影響[4-8]。

深井觀測技術方法是目前地震前兆觀測新的觀測思路，正處于探索研究階段。提出深井地電觀測技術方法，采用深井鉆探技術，打出幾十米乃至幾百米深的鉆井，將觀測電極放置到井下幾十米或幾百米深處，可有效避開地表電、磁干擾，測量地下深處地震引起的地電前兆異常，獲得更好的地震地電前兆觀測效果[9-10]。采用深井觀測方法，可開展不同深度、不同方向的地電前兆觀測，也可在深井中放置其他前兆觀測探頭，開展不同項目的對比觀測，從而形成全方位的立體綜合觀測，提高深井利用效率和地震前兆觀測在地震預報中的效果 。根據(jù)觀測規(guī)范要求，地電場觀測采用“多方向、多極距”觀測方式。本方法采用了深井觀測技術，可開展不同深度的垂直向觀測，排除了干擾影響，因此，可不再開展多極距觀測項目。按規(guī)范要求，極距最小應達到150米。即在同一地點開展觀測時，觀測井要相距不小于150米。若開展不同地層(不同深度)的觀測，觀測井距離可不受限制。受觀測環(huán)境及地理條件限制，傳統(tǒng)的地電觀測方法在某些地區(qū)不便開展。采用深井鉆探技術，開展深井地電學前兆垂向觀測，不受區(qū)域地理環(huán)境條件限制，開辟了地震地電前兆觀測的新領域。

2 技術方法措施

2.1 干擾排除

地震地電、電磁輻射前兆異常具有較好的震兆關系，在地震監(jiān)測預報工作中發(fā)揮著重要作用。但是，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，大量大功率電器設備的使用，高電壓大電流的輸送與變電工程對地震地電前兆觀測產(chǎn)生了嚴重影響。因此，研發(fā)新的觀測技術方法，從而開展地電前兆正常觀測工作迫在眉睫。根據(jù)地電場基礎理論，地電場由大地電場和自然電場所組成。前者主要是地球高層大氣中的各種電流體系在地球內部所產(chǎn)生的感應電場；后者是地殼中的某些物理、化學作用引起的電場。目前的干擾主要來自于大地電場。傳統(tǒng)的地電觀測電極埋設深度只有幾米(觀測規(guī)范規(guī)定大于2米)，其觀測結果受到較大干擾影響。那么，改地表觀測為深部觀測可有效排除干擾影響，已有的實驗觀測表明，深度應不小于30米，有的實驗深度達到了百米到幾百米[11-12]。為排除大地電場的干擾影響，應先期開展不同深度的觀測實驗，以確定觀測裝置安放的最淺深度?？稍O計實驗深度大于30米，鉆井深度應該越深越好，在不同深度處安放電極及測量探頭。這樣，除相同深度的水平方向觀測外，還可進行不同深度的垂直方向觀測。

2.2 立體觀測

2.2.1 單臺觀測

傳統(tǒng)的觀測方法在不同地點按東西、南北方向埋設觀測電極，電極深度相同，形成的是平面觀測。O1-O2為垂直方向，O2-A為水平方向，O2-B為水平方法，三個方向形成立體觀測模式。

圖2 全方位立體綜合觀測示意圖

采用深井鉆探技術，按L型排列方式，打鉆孔3個，可在不同深度、不同地點按東西、南北方向設置電極和觀測探頭，形成立體全方位觀測，取得更好的觀測效果，對地震預報、判斷地震三要素提供更實用的觀測數(shù)據(jù)，見圖2。

2.2.2 多臺(點)觀測

單臺采用單孔垂向觀測，在一定的區(qū)域內，安裝多個觀測孔(點)，形成一定區(qū)域內的立體觀測。比如，每個縣建設一個觀測點，多個縣形成區(qū)域內的觀測網(wǎng)，從而形成全方位立體觀測。

2.3 綜合觀測

在深井鉆孔中，放入地磁觀測、電磁輻射觀測探頭，或地熱觀測探頭等，形成綜合觀測系統(tǒng)。也可在不同觀測孔的不同深度放入相同探頭，開展對比觀測，提供更為豐富的觀測資料。

3 技術關鍵及應用前景

為避免傳統(tǒng)的地表地電觀測存在的干擾影響，開展深井地電學前兆觀測實驗，關鍵是要有合適的井深以排除地表干擾，并需要適合深井使用的觀測探頭(深井測量電極)，目前已有商品電極可購買。也可自主研發(fā)觀測電極，使電極附帶其他項目探頭，可同時測量其他前兆異常，進行地電的對比觀測，既降低成本，又開展了綜合觀測，提高了觀測井的使用效率。另外，電極的安裝也特別關鍵，一旦安裝失敗，觀測井和電極就要報廢，會帶來較大的經(jīng)濟損失。深井地電學前兆觀測方法，將傳統(tǒng)的地表水平觀測改為深部垂直觀測，可有效地排除地表大地電場的影響。采用深井觀測技術，可實現(xiàn)地震前兆立體全方位觀測。開展地震前兆綜合觀測，提高深井利用效率。采用深井觀測技術可有效排除地表干擾影響，擴大地電學前兆觀測適用范圍，開辟地電學前兆觀測的新領域。

[1] 中國地震局監(jiān)測預報司編.地震電磁學理論基礎與觀測技術[M].北京：地震出版社，2010.

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Technical thought on a comprehensive measurement of seismological geo-electrics precursor observed in a deeper borehole

Li Guiqing1，Du Xichao2，Chen Jikuo2，Jia Jing2，Sun Xincai2

(1．Puyang Seismic Station, Henan Puyang 457000;2．Qingfeng Seismic Station, Henan Qingfeng 457003, China)

The technical thought on the comprehensive measurement of the seismological geo-electric precursor observed in a deep borehole are put forward. A suitable place is chosen. A deep borehole is drilled. Different measuring devices with different directions and depths are installed. Traditional measurements on the ground are replaced with that in a deep borehole. With the borehole measurements,many kinds of interferences are avoided or reduced effectively.

earthquake precursor; deep well observation; interference removing; comprehensive measurement

2015-04-20

李桂清(1963-)，男，河南清豐人，高級工程師，主要從事地震監(jiān)測預報研究、管理及地震科普宣傳工作.

P315.72

A

1001-8115(2015)04-0029-03

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.007