地電場數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象探討分析

閆萬曉，胡子超，趙麗霞

地電場數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象探討分析

閆萬曉1，胡子超2，趙麗霞2

（1.相公莊地震臺(tái)，山東 臨沂 276000；2.臨沂市地震臺(tái)，山東 臨沂 276000）

地電場觀測是地震前兆觀測的重要手段之一，但易受降雨等多種因素的影響，以馬陵山臺(tái)和大山臺(tái)等地電場觀測為例對(duì)觀測中出現(xiàn)的漂移現(xiàn)象，結(jié)合地電場觀測的原理、觀測裝置系統(tǒng)和布極區(qū)環(huán)境等，分析數(shù)據(jù)漂移變化產(chǎn)生的原因，對(duì)一些原因造成的漂移提出解決思路。研究分析結(jié)果表明，觀測區(qū)內(nèi)降水、灌溉等會(huì)造成觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移，說明數(shù)據(jù)漂移和地表土壤濕度具有一定的關(guān)聯(lián)；通過對(duì)兩臺(tái)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在電極出現(xiàn)故障時(shí)，地電場觀測數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。

地電場；漂移；降水；灌溉

地電場（geoelectric field）即地球內(nèi)部的電場，由大地電場和自然電場所組成。前者主要是大氣層中的各種電流體系在地球內(nèi)部所產(chǎn)生的感應(yīng)電場；后者是地殼中的某些物理、化學(xué)作用引起的電場。自然電場是地球表層局部電場的一種。

1 地電場觀測方法

由于地電場強(qiáng)度矢量既有大小，又有方向，需要同時(shí)觀測兩個(gè)方向的地電場分量，并利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行矢量合成。一般情況下，選擇兩個(gè)正交的方向進(jìn)行測量，例如，選擇東向分量（x）和北向分量（y）作為觀測對(duì)象，然后計(jì)算其幅值和東偏北角度。假定x和y是通過觀測地表兩點(diǎn)（如Ａ點(diǎn)和Ｂ點(diǎn)）之間的電位差值以后，通過計(jì)算得到測點(diǎn)Ｏ（Ａ與Ｂ的中點(diǎn)）的平均電場強(qiáng)度AB：

地電場觀測系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖1所示，包括測量電極、避雷裝置、測量儀器以及通信處理系統(tǒng)等部分。

圖1 地電場觀測系統(tǒng)構(gòu)成圖

地電場觀測采用“三方向，多極距”觀測方法，即在南北（NS）、東西（EW）兩個(gè)正交方向進(jìn)行地電場矢量觀測，在北東（NE）或北西（NW）方向進(jìn)行輔助觀測，每個(gè)測量方向分別采用兩種不同極距的獨(dú)立裝置進(jìn)行對(duì)比觀測。

可以通過計(jì)算同測量方向不同裝置之間觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)性，分析觀測數(shù)據(jù)的可靠性，及時(shí)判斷觀測系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的技術(shù)故障。

2 地電場數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象分析

2.1 大地電場正常日變化特征

中國大陸地區(qū)的多數(shù)地電臺(tái)站觀測到的大地電場日變化體現(xiàn)在數(shù)據(jù)波形上主要呈“兩峰兩谷”的形態(tài)，有時(shí)也出現(xiàn)“二峰一谷”的波形，在同一個(gè)測區(qū)內(nèi)，如果地勢開闊，無明顯干擾，同一觀測方向不同觀測極距觀測到的地電場變化數(shù)據(jù)去時(shí)應(yīng)該一致，否則，說明電極不穩(wěn)定或地電場觀測數(shù)據(jù)受到干擾。

2.2 降水造成數(shù)據(jù)的漂移

分析整理馬陵山臺(tái)和大山臺(tái)近幾年的數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)降雨的當(dāng)天或以后的幾天時(shí)間內(nèi)，地電場觀測數(shù)據(jù)很大可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象。馬陵山臺(tái)地電場2009-07-12數(shù)據(jù)如圖2所示，07-11降雨后，六個(gè)測道均出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象，降雨致地表潮濕，改變了地表中的水流變化，從而影響區(qū)域電場強(qiáng)度變化，地電場觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移。

圖2 馬陵山臺(tái)地電場2009-07-12數(shù)據(jù)

2.3 灌溉造成的地電場數(shù)據(jù)的漂移

馬陵山臺(tái)2010-06-27地電場東西向和北東向數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移，對(duì)儀器運(yùn)行狀態(tài)和觀測線路進(jìn)行檢查，未見異常，對(duì)觀測場地進(jìn)行巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)在布極區(qū)內(nèi)靠近東端有農(nóng)田進(jìn)行灌溉，同時(shí)在2010-06在測區(qū)內(nèi)有農(nóng)田抗旱灌溉，數(shù)據(jù)均出現(xiàn)不同程度的漂移現(xiàn)象。

經(jīng)過分析后認(rèn)為是農(nóng)田抗旱灌溉改變了區(qū)域的電場分布環(huán)境，引起數(shù)據(jù)漂移變化。

2.4 臺(tái)址條件與漂移時(shí)間的關(guān)聯(lián)

對(duì)兩臺(tái)地電場數(shù)據(jù)受降水影響的分析發(fā)現(xiàn)，馬陵山臺(tái)受一次降水影響后數(shù)據(jù)漂移恢復(fù)正常時(shí)間一般大于大山地震臺(tái)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常日變化的時(shí)間。

對(duì)比兩臺(tái)站的儀器和裝置系統(tǒng)、測區(qū)環(huán)境后發(fā)現(xiàn)，大山臺(tái)地電場布局在較平坦的農(nóng)田中，而馬陵山臺(tái)地處山區(qū)、地電場布極區(qū)則為一片有坡度的農(nóng)田，東西向電極之間高度差較大，兩臺(tái)站地表水流的變化不同導(dǎo)致了區(qū)域電場的分布情況變化的不同，引起地電場強(qiáng)度發(fā)生變化不同，地電場臺(tái)站選址應(yīng)該更可能考慮在地勢平坦的區(qū)域。

2.5 電極故障造成地電場數(shù)據(jù)漂移

對(duì)儀器和線路等進(jìn)行檢查均無異常，測區(qū)環(huán)境排查后沒發(fā)現(xiàn)干擾，懷疑為電極被腐蝕，電極出現(xiàn)故障，2010-11-01更換新電極后，地電場日變化清晰。

固體不極化電極長時(shí)間使用后會(huì)腐蝕，造成數(shù)據(jù)漂移等，因此地電場數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)漂移現(xiàn)象時(shí)，要考慮電極的原因，與電極情況也有關(guān)。

3 漂移現(xiàn)象處理的相關(guān)建議

地電場觀測極易受各種干擾因素的影響，影響了數(shù)據(jù)在地震分析預(yù)報(bào)中的有效應(yīng)用和對(duì)異常情況的判斷分析。為有效解決數(shù)據(jù)漂移的影響，實(shí)踐證明，把所有電極均埋在水位以下的同一水平面上，數(shù)據(jù)基本無地表水流變化影響造成的數(shù)據(jù)漂移，可以更好反映地球內(nèi)部電場變化。對(duì)電極損壞造成的數(shù)據(jù)漂移，要及時(shí)更換新電極。新建地電場臺(tái)站的選址應(yīng)盡量選在地勢開闊平坦的區(qū)域。

4 結(jié)論

通過對(duì)馬陵山臺(tái)和大山等臺(tái)近幾年地電場數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，降水和觀測區(qū)內(nèi)的農(nóng)田灌溉均會(huì)造成地表的電場發(fā)生變化，造成數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象，電極埋在水位以下，可以有效減輕地表濕度變化造成的表層地電場變化對(duì)電場觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響；地電場數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象受到的影響和觀測場地的臺(tái)址條件有一定的相關(guān)性；電極長時(shí)間使用會(huì)受到腐蝕，地電場觀測數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，要及時(shí)更換電極。

［1］席繼樓，趙家騮，王燕瓊，等．地電場觀測技術(shù)研究［J］.地震，2002，22（2）：67-73.

［2］錢家棟，林云芳.地震電磁觀測技術(shù)［M］.北京：地震出版社，1995.

P315

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.033

2095－6835（2019）18－0084－02

閆萬曉（1984—），男，山東臨沂人，大學(xué)本科，助理工程師，從事數(shù)據(jù)應(yīng)用分析等相關(guān)的研究與管理工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕