觀測場地漏電導(dǎo)致的地電場觀測異常變化分析*

王永安，蘇有錦，方 偉，褚金學(xué)，趙小艷，楊學(xué)慧

(1.云南省地震局，云南昆明650224;2.云南省地震局彌渡地震臺，云南彌渡675600)

0 前言

地震前兆觀測資料異?，F(xiàn)場核實(shí)是一項(xiàng)極其艱難而又非常重要的工作，由于地震前兆觀測系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，有時除了觀測系統(tǒng)自身一些因素干擾影響外，更易受自身系統(tǒng)以外因素的影響，而且這些影響因素多種多樣，極其復(fù)雜，這種復(fù)雜性給引起地震前兆觀測資料異常變化的原因?qū)ふ摇⑿再|(zhì)判定帶來極大困難。經(jīng)過現(xiàn)場核實(shí)后，對異常資料性質(zhì)判定，有時是對當(dāng)時地震形勢的判定的重要依據(jù)，因此，最終對異常資料性質(zhì)判定的準(zhǔn)確性就極為重要。

1 彌渡地震臺地電場觀測資料

1.1 臺站概況

彌渡地震臺位于云南省大理市彌渡縣，海拔1 659 m(圖1)，屬國家基本地震臺。目前彌渡地震臺已成為具有形變、流體、電磁三大觀測學(xué)科的綜合性地震觀測臺站 (云南省地震局，2005)。

彌渡盆地是堆積斷陷盆地，為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺結(jié)晶基底巖系，古生代、新生代地層均有外露，主要為玄武巖，地表覆蓋亞粘土、砂層和砂礫石層等。彌渡地震臺位于彌渡盆地東北角，在紅河斷裂帶東北盤，距紅河斷裂帶彌渡段僅幾千米，臺站以南15 km處的苴力為紅河斷裂的北端與北北向的永勝—彌渡斷裂帶的交匯處，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜①②云南省地震局.2007.彌渡地震臺地電場觀測單位工程技術(shù)報告.(圖1)。

彌渡地電場觀測場地位于彌渡地震臺東邊彌渡縣城的東北邊的文筆山腳下，在下海子村農(nóng)田里以及彌渡一中運(yùn)動場內(nèi) (圖2)。測區(qū)地形較為平整，三面被山環(huán)繞。測區(qū)內(nèi)人員及農(nóng)田灌溉活動較為頻繁，對觀測資料有一定影響。

圖1 彌渡地震臺周邊主要斷裂分布Fig.1 Distribution of main fault around Midu Station

1.2 地電場觀測系統(tǒng)

彌渡地電場主要觀測儀器采用由中國地震局預(yù)測研究所監(jiān)制、北京陸洋科技有限公司生產(chǎn)的ZD9A-II型數(shù)字電場儀，用于標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)儀器采用0.01級UJ25型電位差計(jì)和0.005級BC9a型飽和標(biāo)準(zhǔn)電池。地電場觀測沿近南北和東西兩個互相垂直的方向布設(shè)測線，選用雙L型布極方法，電場測量區(qū)平面圖及電場觀測布設(shè)線路如圖2所示，共埋設(shè)有5個電極，觀測電極埋設(shè)在地面以下約20 m處，3個觀測測道 (北南、東西，北東向)，分別進(jìn)行長短極距觀測。斜邊 (北東向)長、短極距觀測與南北向、東西向共用北端點(diǎn)(B1、B2)和東端點(diǎn) (A1、A2)觀測電極，中心電極 (O1、O2為同一電極)為共用電極，北端點(diǎn)電極B1、B2和東端點(diǎn)電極 A1、A2僅相距10 m，各測邊觀測電極布設(shè)參數(shù)見表1。外線路采用電纜架空方式①②云南省地震局.2007.彌渡地震臺地電場觀測單位工程竣工報告.(中國地震局，2001)。

圖2 彌渡地電場測量測區(qū)平面圖及電場線路簡圖Fig.2 Plan view of geoelectric field measuring area and distribution at electrode field line at Midu Station

表1 彌渡臺地電場各測邊參數(shù)Tab.1 The parameters of each measuring side of geoelectric field of Midu Station

圖3 2014年彌渡地電場各測向分鐘值數(shù)據(jù)曲線Fig.3 Minute value curves of geoelectric field in each direction at Midu station in 2014

1.3 歷史觀測資料

從2006年9月22日彌渡地電場觀測系統(tǒng)運(yùn)行以來，共進(jìn)行過兩次技改工作，因地方建設(shè)發(fā)展的需要，測區(qū)及周邊建筑越來越多，為盡量減小外部干擾，經(jīng)專家論證分析后，分別于2009年12月和2010年9月進(jìn)行了電極埋深處理，埋深從5 m增加至20 m，并對線路進(jìn)行重新架設(shè)改造，北南、東西測道長極距為200 m，短極距為190 m;2013年2月18日因觀測儀器故障無法維修，更換了ZD9A-II地電場儀;2010年升級改造后，系統(tǒng)抗干擾能力和內(nèi)精度得到較大提高，改造效果較好，觀測數(shù)據(jù)相對較穩(wěn)定 (褚金學(xué)，2012;中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2010)，圖3中矩形框中為本次異常數(shù)據(jù)曲線。

2 彌渡地電場異常調(diào)查分析

2.1 異常特征

2014年5月27日至6月9日，彌渡地電場觀測資料出現(xiàn)規(guī)律階性階躍異常變化，觀測曲線為n形波異常形態(tài)，其規(guī)律性表現(xiàn)為:每日的20∶19準(zhǔn)時階躍上升，穩(wěn)定在高值，至次日06∶09準(zhǔn)時階躍下降，恢復(fù)到正常值，并且每天的變化形態(tài)基本一致;突升 (或者突降)幅度也呈規(guī)律性變化，相同測道長、短極距異常變化幅度大致相同，不同測道的突升 (或者突降)幅度變化有所不同，其中，南北向長、短極距異常變化幅度為110 mV/km，東西向長、短極距異常變化幅度約為98 mV/km，北東向長、短極距異常變化幅度約為7 mV/km(圖4)。異常開始出現(xiàn)時，筆者對異常特征分析，與臺站工作人員溝通，查閱相關(guān)資料①盧軍.2013.電阻率和電磁擾動分析與異常判定實(shí)例 (課件).，發(fā)現(xiàn)該異常特征與電場異常形態(tài)不同 (褚金學(xué)，2014)，與磁暴干擾形態(tài)也不同 (胡小靜，2013)，故認(rèn)為雖然暫時未找到干擾因素，但從異常的形態(tài)分析認(rèn)為存在干擾的可能。

圖4 2014-05-20～06-15彌渡地電場各測向異常分鐘值數(shù)據(jù)曲線Fig.4 Minute value curves of geoelectric field in each direction at Midu Station from May 20 to June.15，2014

2.2 現(xiàn)場異常核實(shí)

2.2.1 觀測系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查

為確認(rèn)彌渡地電場觀測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，2014年6月6日筆者按異常核實(shí)要求逐項(xiàng)排查核實(shí)，對外線路巡視檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況;對觀測電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、布設(shè)電極區(qū)以及避雷系統(tǒng)線路逐一檢查，均符合觀測要求;對地電場觀測儀器進(jìn)行臨時標(biāo)定檢查，特別選擇跨異常開始時間前后進(jìn)行標(biāo)定，以判斷是否觀測儀器本身引起的異常變化，所得標(biāo)定結(jié)果均符合觀測要求 (表2)(中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2000)。

2.3 環(huán)境干擾情況調(diào)查

通過實(shí)地走訪、調(diào)查測區(qū)周邊環(huán)境變化情況，結(jié)合本次數(shù)據(jù)異常規(guī)律性特征，特別對彌渡地電場測區(qū)及周邊有關(guān)用電及輸電線路情況進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查②中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.2014.形變、流體、電磁、測震學(xué)科觀測資料異常變化現(xiàn)場核實(shí)工作報告編寫要求 (修訂).(中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2000，2014)。

(1)對地電場觀測區(qū)及周邊走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)近期沒有新開工或完工的工程，特別在異常起止時間段內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有施工、大型機(jī)械進(jìn)出、抽水、特殊用電等情況。

學(xué)校運(yùn)動場邊有一條護(hù)城河道在施工，主要是河岸加固、培土及綠化，為了施工作業(yè)方便，在中心桿附近修了一條臨時施工便道，白天有施工車輛通行，但車輛較少，工人進(jìn)行人工填土等作業(yè)，晚上施工暫停。河道規(guī)模較小，寬約3 m，深2 m，河中無水，屬季節(jié)性河流，雨季才有水流過，而且此次施工已進(jìn)行很長一段時間，未發(fā)現(xiàn)使用帶智能控制設(shè)備和大型施工機(jī)械。

(2)查看氣象日志記錄，近期無降雨，彌渡地震臺的氣象三要素觀測已壞，從距它不遠(yuǎn)的彌渡水化站氣象觀測資料可以看出2014年5月中下旬基本沒有降雨，從彌渡縣氣象局的日降雨資料分析，2014年1～5月彌渡日降雨量較少，特別是異常出現(xiàn)前的2014年5月中下旬基本沒有有效降雨 (圖5～6)，氣象因素與往年同期沒有明顯差異，排除因降雨引起的異常變化。

(3)中心電極附近有高壓線路從其上方通過，中心電極兩旁50 m范圍內(nèi)有兩座用于架設(shè)高壓線路的高架塔。經(jīng)初步調(diào)查，高壓線路在近段時間供電方式?jīng)]有變化，供電線路沒有任何變動，也無新增架設(shè)線路、分析認(rèn)為觀測資料異常受該處高壓線路干擾引起的概率較小。

表2 儀器臨時標(biāo)定結(jié)果Tab.2 Temporary calibration results of the instrument

圖5 2014年彌渡水化站降雨量觀測資料Fig.5 Rainfall observations data at Midu Hydration Station in 2014

圖6 2014年彌渡氣象局雨量觀測資料Fig.6 Rainfall observations data in Midu Weather Bureau in 2014

(4)彌渡地電場測區(qū)中心電極附近分布有兩臺變壓器，一臺位于彌渡地震臺圍墻內(nèi) (距中心電極約10 m)，屬于彌渡地震臺專用設(shè)備，常年運(yùn)行較穩(wěn)定，無故障記錄;另一臺變壓器位于G214國道旁 (距中心電極約40 m)，該設(shè)備專用于附近路燈供電，此變壓器旁路燈桿上架設(shè)有路燈控制箱，臨時施工便道從些燈桿邊通過 (圖7)。

圖7 彌渡地電場測區(qū)環(huán)境及漏電路燈位置圖Fig.7 Environment around geoelectric field measuring area at Midu Station and the location of street lights with leakage

調(diào)查了解到中心桿附近的路燈控制箱控制著路燈的開啟關(guān)閉時間，開關(guān)時間應(yīng)較固定，測區(qū)附近的路燈漏電引起地電場觀測資料變化的概率較大。

為驗(yàn)證此次規(guī)律性數(shù)據(jù)異常是否因附近路燈線路漏電所致，工作人員對以后幾天路燈的開燈、滅燈時間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，同時考慮兩者的時間誤差，結(jié)果表明路燈的開燈時間與本次觀測數(shù)據(jù)異常上升變化時間相吻合，路燈的滅燈時間與觀測數(shù)據(jù)異常下降時間相吻合 (表3)。

表3 路燈開燈、滅燈時間與觀測數(shù)據(jù)異常對比試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistic of compartive test between the time of lights on/off and observation data anomaly changes

為進(jìn)一步確定此次規(guī)律性數(shù)據(jù)異常是因路燈控制箱附近漏電所致，臺站人員及時聯(lián)系了彌渡縣路燈管理部門，經(jīng)一致協(xié)商，2014年6月9日下午，路燈管理部門派出專業(yè)人員對測區(qū)附近的路燈線路進(jìn)行漏電檢查工作，確認(rèn)是地電場觀測中心桿附近的 (放路燈控制箱)路燈電桿下埋設(shè)的線路存在漏電情況，路燈管理部門專業(yè)人員及時修好了此次路燈線路漏電故障。漏電故障解決后，彌渡臺地電場觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)本次規(guī)律性異常變化，(圖4)彌渡臺地電場觀測數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

中心電極為南北和東西測道長短極距觀測共用電極，漏電位置在中心電極附近，對中心電極影響較大，而且南北和東西測道長短極距觀測極距只相差10 m，因此，北南和東西測道長短極距觀測異常變化量相對較大(110 mV/km、98 mV/km)，且長短極距觀測異常變化量基本相同;北東向測道長短極距觀測電極距離漏電位置較遠(yuǎn)，受影響程度相對中心電極較小，長短極距觀測極距也相差較小 (約14 m)，因此異常變化量相對較小，且長短極距異常變化量也相差較小 (7 mV/km)。

3 結(jié)論與討論

通過調(diào)查地電觀測系統(tǒng)工作狀態(tài)，對觀測儀器臨時標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果符合規(guī)范要求;對系統(tǒng)的外線路、電源穩(wěn)定性、布設(shè)電極區(qū)、接地系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)線路、以及觀測日志進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常情況，可初步判定彌渡地電場觀測系統(tǒng)工作狀態(tài)正常。對觀測系統(tǒng)周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查未發(fā)現(xiàn)較大異常變化，綜合分析后，可初步排除本次地電場觀測資料規(guī)律性異常變化是因觀測系統(tǒng)和觀測環(huán)境變化異常導(dǎo)致。

針對本次異常較有規(guī)律的特點(diǎn)，主要尋找觀測區(qū)及附近，特別是中心電極附近是否存在較有規(guī)律的干擾。在觀測環(huán)境干擾調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)測區(qū)周邊的路燈開關(guān)較有規(guī)律，對比觀測路燈開燈、滅燈時間與觀測數(shù)據(jù)異常情況，初步認(rèn)為異常是附近路燈漏電所致;通過與相關(guān)部門溝通對路燈線路漏電檢查與維修后，本次異常消失，可以確定彌渡地電場觀測資料異常變化是由于附近路燈漏電引起的，不屬于地震前兆異常。

在日常地震前兆資料跟蹤分析中，由于地震前兆觀測系統(tǒng)處于一個更大、更復(fù)雜的開放系統(tǒng)中，除了會受自身系統(tǒng)內(nèi)部一些因素影響，更易受自身系統(tǒng)以外的因素影響。隨著社會快速發(fā)展，原來的觀測環(huán)境大多有了質(zhì)的變化，對前兆觀測資料干擾因素的判斷也更加復(fù)雜。地震前兆觀測資料干擾因素有些看得見，大多數(shù)是看不見或難于發(fā)現(xiàn)的，種類繁多，有來自周邊環(huán)境的、有來自地下的、有來自空間的，這些復(fù)雜環(huán)境變化因素，以及觀測系統(tǒng)本身出現(xiàn)一些問題對前兆觀測資料產(chǎn)生附加影響，這些復(fù)雜性給地震前兆觀測資料異常變化的原因?qū)ふ?、性質(zhì)判定帶來極大困難。因此，在前兆異常變化分析核實(shí)過程中，初步分析是否存在干擾的可能及可能的干擾因素較為重要，一般有規(guī)律的異常變化，干擾的可能性較大，查找原因時要根據(jù)觀測物理量的屬性、原理、特性及異常形態(tài)的變化規(guī)律、特征，根據(jù)觀測系統(tǒng)，觀測環(huán)境情況，結(jié)合觀測點(diǎn)周邊水文地質(zhì)構(gòu)造、氣象條件等分析可能的影響因素，進(jìn)行針對性調(diào)查、查找及排除，找到可能的影響因素。由于影響因素復(fù)雜性，很多時候是很難明確找到原因的，因此也更顯出地震前兆異常核實(shí)的艱難性及重要性。

本文得到胡小靜同志幫助，在此給予感謝。

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