地震地電場(chǎng)前兆觀測(cè)方法創(chuàng)新及應(yīng)用

李桂清+李紅梅

摘 要：有效獲取地震前兆異常信息是進(jìn)行地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。為了排除傳統(tǒng)的地電場(chǎng)觀測(cè)方法存在的干擾影響，提出了深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)思路。利用地震臺(tái)站現(xiàn)有條件，將深井鋼管作電極可開(kāi)展深井電極垂向地電場(chǎng)前兆觀測(cè)。濮陽(yáng)市地震臺(tái)深井鋼管電極地電場(chǎng)觀測(cè)資料異常與周圍地震活動(dòng)具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)深井鋼管電極地電場(chǎng)觀測(cè)資料異常進(jìn)行了多次地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)踐，取得了較好的效果。深井鋼管電極地電場(chǎng)前兆觀測(cè)方法值得推廣。

關(guān)鍵詞：地震地電場(chǎng)前兆；垂向地電場(chǎng)觀測(cè)；深井鋼管電極；地震預(yù)測(cè)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：P315.61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）28-0030-03

地震地電場(chǎng)前兆觀測(cè)是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中重要的短臨前兆手段之一。目前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是隨著城市化建設(shè)及各種電氣化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，各類電磁環(huán)境干擾因素對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響日益增強(qiáng)，對(duì)從地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用的地震異常信息增加了較大的難度[1～5]。

為了排除各類電磁環(huán)境對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的干擾影響，以期取得好的觀測(cè)效果，有些臺(tái)站開(kāi)展了井下電極地電場(chǎng)觀測(cè)[6-7]（圖1），取得了較好的觀測(cè)效果。在此基礎(chǔ)上，李桂清改變傳統(tǒng)的水平方向地電場(chǎng)觀測(cè)方法，提出了深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)新思路[8]（圖2），采用深井觀測(cè)方法，可在深井不同深度安放電極，開(kāi)展不同深度的垂直方向地電場(chǎng)前兆觀測(cè)，也可使用多口深井開(kāi)展深井電極水平方向的地電場(chǎng)觀測(cè)。充分利用深井條件，也可在深井中下入其他前兆觀測(cè)探頭，開(kāi)展不同項(xiàng)目的對(duì)比觀測(cè)，從而形成全方位的立體綜合觀測(cè)，提高深井利用效率和地震前兆觀測(cè)在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用效果，提高地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)水平。

1 深井鋼管作電極開(kāi)展地電場(chǎng)前兆觀測(cè)的技術(shù)途徑

深井觀測(cè)技術(shù)方法是目前地震前兆觀測(cè)的新的觀測(cè)思路，正處于探索研究階段。提出深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)方法，采用深井鉆探技術(shù)，打出幾十米乃至幾百米深的鉆井，將觀測(cè)電極下到井下幾十米或幾百米深處，可有效避開(kāi)地表電、磁干擾，測(cè)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(cè)效果。

開(kāi)展深井電極垂向地電場(chǎng)前兆觀測(cè)，打好深井是關(guān)鍵。但是，深井鉆孔費(fèi)用高，一般臺(tái)站沒(méi)有專項(xiàng)資金，無(wú)法打出深井鉆孔，從而無(wú)法開(kāi)展深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)。然而，有些老的臺(tái)站開(kāi)展有地下流體或深井?dāng)[測(cè)震等觀測(cè)項(xiàng)目，這些臺(tái)站有打好的幾百米的深井，并下了鋼管。那么，這些鋼管能否作電極開(kāi)展地電場(chǎng)前兆觀測(cè)呢？為此，李桂清利用深井鋼管作電極開(kāi)展了多個(gè)臺(tái)站的地震地電場(chǎng)前兆觀測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，取得了較好的觀測(cè)效果。

開(kāi)展地電場(chǎng)觀測(cè)時(shí)至少需要2個(gè)電極。當(dāng)有1個(gè)深井鋼管時(shí)，需安裝1個(gè)輔助電極與鋼管組成電極對(duì)，從而開(kāi)展地電場(chǎng)觀測(cè)。根據(jù)深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)思路和已有的井下電極觀測(cè)結(jié)果[6-8]，深井鋼管深度應(yīng)大于50米。輔助電極距井管5-10米，埋深5-10米。這樣，組成的電極對(duì)水平距離在10米以內(nèi)，而垂向距離大于40米，垂直深度大于水平距離，形成深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)。

當(dāng)臺(tái)站有兩個(gè)深井鋼管時(shí)，可直接將兩個(gè)鋼管作電極開(kāi)展地電場(chǎng)觀測(cè)。若兩個(gè)井管深度相當(dāng)，則可視為水平方向的地電場(chǎng)觀測(cè)；若兩個(gè)井管的深度差別較大（大于50米），又相距較近時(shí)，可視為深井電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)；當(dāng)兩井管相距較遠(yuǎn)時(shí)，可視為深井水平方向觀測(cè)。不管是看作水平方向還是垂直方向，只要電極的深度較大，可取得好的觀測(cè)效果，就達(dá)到了我們的觀測(cè)目的（圖3）。

2 觀測(cè)方法

2.1 人工模擬觀測(cè)

采用人工模擬觀測(cè)方法，安裝簡(jiǎn)單，費(fèi)用少。在有人值班的情況下，可隨時(shí)觀看數(shù)據(jù)變化，及時(shí)掌握異常動(dòng)態(tài)。具體安裝如下：

在井管上接好信號(hào)線，引入觀測(cè)室，連接數(shù)字萬(wàn)用表（直流毫伏電壓表）。要使用數(shù)字發(fā)光的或帶有背景光的數(shù)字萬(wàn)用表，以便夜間顯示數(shù)字。打開(kāi)萬(wàn)用表，選擇直流電壓毫伏檔，其顯示的數(shù)字為觀測(cè)結(jié)果。

電腦記錄方法：電腦安裝攝像頭，將攝像頭對(duì)準(zhǔn)萬(wàn)用表顯示的數(shù)字，觀測(cè)數(shù)據(jù)就出現(xiàn)在電腦屏幕上。下載攝像頭錄像程序，全程記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)?；蛳螺d使用“按鍵精靈”，設(shè)置拍照間隔時(shí)間（10分鐘），以照片形式記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)字化自動(dòng)觀測(cè)方法

在經(jīng)費(fèi)許可的情況下，可購(gòu)買數(shù)據(jù)采集器開(kāi)展觀測(cè)工作以記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。若使用帶IP的數(shù)采，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制?；蛸?gòu)買專業(yè)觀測(cè)設(shè)備。

3 濮陽(yáng)臺(tái)深井鋼管電極地電場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)及地震預(yù)測(cè)實(shí)踐

3.1 濮陽(yáng)臺(tái)深井鋼管電極垂向地電場(chǎng)觀測(cè)條件

濮陽(yáng)市地震臺(tái)位于濮陽(yáng)市區(qū)西部，在勝利中路和昆吾中路交叉口西南角昆吾中路318號(hào)，占地約8000平方米，東西長(zhǎng)100m，南北80m。臺(tái)站周圍為辦公及居住區(qū)。地處豫北平原，地下1000m左右均為黃土覆蓋層。

臺(tái)站有兩口鋼管井，其中，東邊1井井深500m，西邊2井井深250m，兩井東西向排列，相距約10m。將兩口井的鋼管作為兩個(gè)電極，按照上述深井電極地電場(chǎng)觀測(cè)思路，兩個(gè)井管組成一組電極，可開(kāi)展垂向的地震地電場(chǎng)前兆觀測(cè)。

3.2 地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)踐

2014年8月起，濮陽(yáng)市地震臺(tái)開(kāi)展了深井鋼管電極地電場(chǎng)觀測(cè)工作，取得了很好的效果，圖4。根據(jù)地電場(chǎng)觀測(cè)資料異常，濮陽(yáng)臺(tái)進(jìn)行了多次有效的地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)實(shí)踐。

地震預(yù)測(cè)實(shí)踐1：

2015年5月15日，河南省地震局召開(kāi)年中地震趨勢(shì)會(huì)商會(huì)，濮陽(yáng)臺(tái)根據(jù)深井電極垂向地電場(chǎng)異常，提出，若異常持續(xù)發(fā)展，5月15日以后的一個(gè)月或稍長(zhǎng)時(shí)間，濮陽(yáng)及臨區(qū)存在發(fā)生2.0級(jí)以上地震的可能。結(jié)果，2015年7月7日在山東菏澤發(fā)生2.0級(jí)地震，2015年7月29日，在山東巨野發(fā)生3.1級(jí)地震，8月2日山東鄒城發(fā)生2.7級(jí)地震，圖5。

地震預(yù)測(cè)實(shí)踐2：endprint

2016年7月8日，由于地電場(chǎng)異常高于正常值，異常持續(xù)發(fā)展，濮陽(yáng)臺(tái)根據(jù)垂向地電場(chǎng)異常作出如下預(yù)測(cè)：

時(shí)間，2016年7月8日-8月10日

震級(jí)：3.0-3.9

地點(diǎn)：113.7-116.6，34.7-36.7

結(jié)果，2016年7月9日，在河北贊皇發(fā)生2.7級(jí)地震。2016年7月15日在河南濮陽(yáng)發(fā)生2.1級(jí)地震（N35.6 E115.3），2016年8月7日山西高平發(fā)生2.7級(jí)地震（35.9 113.0），2016年8月15日在山東嘉祥發(fā)生2.6級(jí)地震（35.6 116.2），圖6。

實(shí)際發(fā)生的地震震級(jí)在3.0以下，預(yù)測(cè)的地震震級(jí)偏高。

地震預(yù)測(cè)實(shí)踐3：

2017年1月10日起，濮陽(yáng)臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)急劇升高，異常持續(xù)發(fā)展，2017年1月13日提出地震預(yù)測(cè)意見(jiàn)：2017年1月13日-2月28日，濮陽(yáng)及臨區(qū)存在發(fā)生3-4級(jí)地震的可能。

2017年1月10日起，濮陽(yáng)臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)急劇升高，異常持續(xù)發(fā)展，直到5月中旬基本結(jié)束。這期間，由于異常持續(xù)發(fā)展，對(duì)冀魯豫交界區(qū)地震活動(dòng)進(jìn)行了追蹤預(yù)測(cè)。結(jié)果，該區(qū)不斷發(fā)生2.0級(jí)以上地震，圖7。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)濮陽(yáng)臺(tái)深井鋼管電極地電場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，地電場(chǎng)觀測(cè)資料異常與周圍地震活動(dòng)具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用深井鋼管作電極開(kāi)展地震地電場(chǎng)前兆觀測(cè)可有效拾取地下深部地震地電場(chǎng)前兆信號(hào)，進(jìn)行地電場(chǎng)前兆觀測(cè)是可行的。對(duì)具有深井的臺(tái)站來(lái)說(shuō)，可利用深井鋼管作電極，開(kāi)展地電場(chǎng)前兆觀測(cè)，既利用了原來(lái)的深井資源開(kāi)展了新的觀測(cè)項(xiàng)目，又可取的較好的地震前兆觀測(cè)效果。利用深井鋼管電極開(kāi)展地震地電場(chǎng)前兆觀測(cè)是一種值有效的、值得推廣的觀測(cè)方法。

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