安徽地電場臺站地電暴特征淺析

尹天杰 孫亮亮 李章 趙桂寶

摘? 要：地電暴作為地電場觀測中典型的干擾類型，由于其變化機(jī)理的特殊性以及變化特征的復(fù)雜性，準(zhǔn)確地識別地電暴的變化特征以及研究其變化機(jī)制機(jī)理，對于地電場臺站的日常觀測和科學(xué)研究，具有非常重要的意義。該文主要利用安徽省地震局嘉山、蒙城兩個地電場臺站的觀測數(shù)據(jù)，對地電暴變化特征進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)地電暴具有同步性和廣域性，且相比于雷電干擾變化幅度較大持續(xù)時間較長。

關(guān)鍵詞：地電場? 地電暴? 磁暴? 雷電干擾

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（c）-0104-03

Analysis on Characteristics of Geoelectric Storms at Geoelectric Field Stations in Anhui Province

YIN Tianjie1? SUN Liangliang1? LI Zhang2? ZHAO Guibao1

（1.Jiashan Seismic Station of Anhui Earthquake Agency， Mingguang， Anhui Province， 239403? China; 2.Huangshan Seismic Station of Anhui Earthquake Agency， Huangshan， Anhui Province，

242700? China）

Abstract： Geoelectric storm is a typical interference type in geoelectric field observation. Due to the particularity of its change mechanism and the complexity of its change characteristics， it is necessary to accurately identify the change characteristics of geoelectric storm and study its mechanism of change. The daily observation and scientific research are of very important significance. This paper mainly uses the observation data of the Jiashan and Mengcheng geoelectric field stations of the Anhui Earthquake Agency to analyze the characteristics of the geoelectric storm. It is found that the geoelectric storm is synchronous and wide-area， and compared with the lightning interference， the variation range is larger and the duration is longer.

Key Words： Geoelectric field; Geoelectric storm; Magnetic storm; Lightning interference

地電暴事件是地電場觀測中發(fā)生最頻繁的地球物理事件，導(dǎo)致其發(fā)生的原因來自于磁暴，磁暴的發(fā)生源于太陽日冕中的高速等離子體攜帶日冕磁場作用于地球磁場，從而使地球磁場發(fā)生劇烈擾動。對于此類干擾目前尚無可控機(jī)制，又加上地電暴具有高頻發(fā)生的特性，因此探究其變化特征及變化機(jī)理在臺站科研工作中尤為重要。

1? 地電場臺站概況

安徽省地震局現(xiàn)有蒙城、嘉山兩個省屬地電場臺站。蒙城臺和嘉山臺分別于“九五”和“十一五”期間投入大地電場觀測項(xiàng)目，蒙城臺布極方法采用共用電極長短極距法，共有NS向長、短極距，EW向長、短極距，N45°W向長、短極距3個分向。嘉山臺外場地布設(shè)采用三角形布極，分別有NS、EW和N45°E這3個方向，每個方向共有長、短二類極距。線路均采用架空的方式[1]。蒙城、嘉山使用的地電場主機(jī)型號均為ZD9A-2B型。

2? 地電暴的識別

地電暴是指地電場受磁暴影響而產(chǎn)生的劇烈變化。當(dāng)磁暴發(fā)生時，幾乎所有地電場臺站都會記錄到大幅度的數(shù)據(jù)波動變化，且當(dāng)K值較大時，每個地電場臺站在不同方向的長短極距都能同時記錄到特征相似的異常波動。地電暴持續(xù)時間的長短與變化幅度的大小和磁暴的持續(xù)時間及強(qiáng)度呈正相關(guān)[2]。

2017年9月7～9日，磁暴期間，蒙城、嘉山分別記錄明顯的地電暴。繪制兩臺站NE長極距數(shù)據(jù)曲線如圖1所示。

由圖1可知，磁暴出現(xiàn)時，地電場數(shù)據(jù)曲線會出現(xiàn)大而尖銳的初相，同時發(fā)生劇烈的突跳變化，形態(tài)上與地震發(fā)生時的脈沖波形極其相似，磁暴結(jié)束時，地電場曲線恢復(fù)到發(fā)生前的數(shù)據(jù)曲線形態(tài)，兩個臺站地電場曲線在磁暴發(fā)生時的變化形態(tài)近乎一致[3]。此次磁暴時間持續(xù)了近3天，其中7日16時至8日13時，K指數(shù)達(dá)到最大值7。經(jīng)計算統(tǒng)計，嘉山臺的變化幅度為382 mV/km，蒙城臺的變化幅度為232 mV/km。變化幅度均達(dá)到了平靜日日變幅的2倍以上。以上分析佐證了磁暴的持久性、大幅度性以及同步廣域性的特點(diǎn)。

磁暴的發(fā)生機(jī)理是全球同時同步性的劇烈擾動，所以在一定的空間范圍內(nèi)，對于不同的地電場臺站同測向的不同極距的影響也是同步的[4]。通過大量的計算對比得出，各測道相關(guān)系數(shù)R在磁暴發(fā)生當(dāng)日會比臨近的平靜日高，特選取嘉山地電場2017年9月7～18日期間磁暴和平靜日各測道相關(guān)系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計（見表1）。發(fā)現(xiàn)尤其當(dāng)某測道在平靜日相關(guān)系數(shù)R較低時，這一現(xiàn)象會更為顯著[5]。由表1可觀察到9月13日、9月17日兩個磁暴日的NS向R值較相鄰平靜日變化幅度達(dá)到了0.288、0.157，且兩平靜日R值相對較低。

3? 地電暴與雷電干擾的區(qū)分

雷電干擾是自然環(huán)境干擾中常見類型之一。日常觀測工作中，當(dāng)雷電干擾與地電暴交替重疊出現(xiàn)時，值班人員在預(yù)處理數(shù)據(jù)或進(jìn)行前兆跟蹤分析工作中易出現(xiàn)混淆。

圖2、圖3中用紅框標(biāo)注的為嘉山臺和蒙城臺受雷電干擾時的地電場數(shù)據(jù)變化形態(tài)，可以觀察到，觀測值的突變壓制了正常的日變形態(tài)，其形態(tài)類似于地電阻率供電干擾的尖峰突跳。雷電發(fā)生時觀測數(shù)據(jù)呈離散性變化，特別是在放電瞬間，由于雷電對觀測場地附加了一股強(qiáng)電流，使數(shù)據(jù)發(fā)生畸變[6]。在不同測向的不同極距都能出現(xiàn)同趨勢變化。

根據(jù)嘉山、蒙城兩個地電場臺站在2019年7月14日和2019年8月1日的雷電干擾時段數(shù)據(jù)變化進(jìn)行計算，得到每次的雷電持續(xù)時間為15～32 min不等，在所有干擾時段中，數(shù)據(jù)最大變化幅度約126 mV/km，對比前文可知，雷電干擾引起的地電場變化最大幅度小于特大磁暴引起的地電暴一倍幅度。而在持續(xù)時間上，地電暴相對于雷電干擾持續(xù)時間更長。

4? 結(jié)語

地電暴是一種常見的地球物理事件，也是地電場觀測中主要干擾之一，當(dāng)磁暴K指數(shù)較大時，地電暴往往會表現(xiàn)出廣域性、同步性、持久性及數(shù)據(jù)變化大幅度性等特點(diǎn)。

（1）磁暴發(fā)生時，數(shù)據(jù)會發(fā)生劇烈的突跳變化，形態(tài)類似于地震脈沖波形，在同一區(qū)域內(nèi)，不同的地電場臺站、不同方向的測道的長短極距會出現(xiàn)同步同幅度變化，且變化幅度大于正常日變幅的2倍。

（2）磁暴日較平靜日相對系數(shù)R值較大。當(dāng)相鄰平靜日R值較小時，磁暴日R值可高出其0.15以上。

（3）雷電干擾出現(xiàn)時，數(shù)據(jù)變幅值小于K指數(shù)較大的地電暴對地電場造成的變幅值，且其持續(xù)時間較短，遠(yuǎn)小于地電暴持續(xù)時間。

參考文獻(xiàn)

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