滿洲里地震臺地電場觀測中的主要干擾因素識別

金志輝 王怡 陸穎哲 譚園夢 丁修毅 郭曄 鐵樁

摘 要：【目的】依據(jù)滿洲里地震臺2020年以來的地電場觀測數(shù)據(jù)資料，識別出該臺地電場所受干擾因素?！痉椒ā客ㄟ^將該臺地電場數(shù)據(jù)曲線的正常變化形態(tài)，與其在不同干擾情況下所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)曲線變化形態(tài)進行對比分析，同時觀察和參考相對變化率、K指數(shù)等其他質(zhì)量參數(shù)的變化情況，并結(jié)合實地調(diào)查?！窘Y(jié)果】該臺地所電場受干擾因素主要包括：測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾；公路養(yǎng)護站設備漏電干擾；地電暴干擾等三種主要干擾因素?！窘Y(jié)論】相關研究可使該臺在地電場的日常數(shù)據(jù)分析處理上更具準確性和快捷性，可為其他類似條件下的地電場在數(shù)據(jù)分析處理、異常核實及地電場觀測數(shù)據(jù)在地震監(jiān)測預報中的應用和相關研究提供參考。

關鍵詞：地電場；干擾因素；識別

中圖分類號：P315.7? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1003-5168（2024）06-0111-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.06.022

Identification of Main Interference Factors in Geoelectric Field Observation at Manzhouli Seismic Station

JIN Zhihui1 WANG Yi1 LU Yingzhe1 TAN Yuanmeng1 DING Xiuyi1 GUO Ye2 TIE Zhuang1

（1. Hailaer Earthquake Monitoring Center Station， Hailar 021000，China; 2. Xilinhot Earthquake Monitoring Center Station， Xilinhot 026000， China）

Abstract：[Purposes] Based on the geoelectric field observation data of Manzhouli Seismic Station since 2020， the interference factors of the geoelectric field are identified. [Methods] This paper compares and then analyzes the normal change pattern of the geoelectric field data curve of the station with the change pattern of various data curves generated under different interference conditions， observes and then refers to the changes of other quality parameters such as relative change rate and K index， combining with field investigation. [Findings] The interference factors of the electric field in the platform mainly include： the leakage interference of the vegetable greenhouse transmission line near the survey area; Leakage interference of highway maintenance station equipment; Three main interference factors such as geoelectric storm interference and the corresponding interference characteristics. [Conclusions] Relevant research can make the station more accurate and fast in the daily data analysis and processing of geoelectric field， which can provide reference for data application and scientific research of geoelectric field data analysis and processing， anomaly verification and geoelectric field observation data in seismic monitoring and prediction under other similar conditions.

Keywords： geoelectric field; interference factors; identification

0 引言

地電場是一種重要的地球物理場，由大氣層中的各種電流體系在地球內(nèi)部所產(chǎn)生的感應電場（大地電場）和地殼中的某些物理、化學作用引起的電場（自然電場）組成［1］。地電場觀測也是地震前兆觀測手段中的重要組成部分，對地震預測的分析研究具有一定的指向性意義。其通過測量地表每個測向兩點之間的電位差，來獲取大地電場和自然電場及其隨時間的變化。在地電場的日常觀測中，由太陽風引起的空間電磁場劇烈變化形成的地電暴，以及觀測場地的地貌特征、水文條件變化等，都會對地電場觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的干擾［2］。

本研究基于滿洲里地震臺的地電場觀測數(shù)據(jù)，識別出該臺站地電場所受到的主要干擾因素，在一定程度上克服了部分工作人員因缺少識別經(jīng)驗，而在數(shù)據(jù)處理、干擾分析等方面無法準確判定的情況［3］，以期為相關科技人員在干擾識別分析及震情監(jiān)測跟蹤等方面提供參考。

1 滿洲里地震臺地電場觀測區(qū)概況

滿洲里地震臺地電場觀測區(qū)位于呼倫貝爾草原西側(cè)腹地，滿洲里市區(qū)南郊，距離滿洲里地震臺辦公場所約2 km。地理坐標為東經(jīng)117°26′23″，北緯49°33′16″，海拔高度為681.8 m。地下主要是黃土層覆蓋，地勢由東南向西北傾斜，如圖1所示。

所使用的地電場儀為ZD9A-Ⅱ型數(shù)字地電場儀，于2007年架設完成。電極埋設成“L”形，O點電極位于地電場觀測室北側(cè)，南北向長極距電極位于O點電極北側(cè)500 m處，短極距電極位于O點電極北側(cè)250 m處；東西向長極距位于O點電極東側(cè)500 m處，短極距電極位于O點電極東側(cè)250 m處。觀測區(qū)平坦、開闊，無遮擋，地電場布極示意如圖2所示。

電極是蘭州所生產(chǎn)的LGB-3型固體不極化電極，每個電極坑的深度均在4.5 m以上。根據(jù)規(guī)范要求，用pvc管做電極觀測管，將電極置于其中，用長效降阻劑填充后，回填土到與pvc管平齊，然后覆蓋水泥蓋板。外線路采用2.5 m2的鍇裝兩芯銅纜、室內(nèi)線路采用2.5 m2的硬芯銅纜，型號JC22。外線路采用地埋方式鋪設，地埋深度為1 m。自架設以來，儀器運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。近年來，由于觀測場地環(huán)境的不斷變化和儀器自身的老化，干擾因素漸有增強，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量出現(xiàn)下滑。

2 主要干擾因素

通過對數(shù)據(jù)資料變化規(guī)律的分析總結(jié)及實地調(diào)查，得出滿洲里地震臺地電場主要受到場地環(huán)境和地球物理事件兩種干擾因素影響。場地環(huán)境干擾為測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾和測區(qū)附近公路養(yǎng)護站及其周邊牧羊點設備漏電干擾，地球物理事件則為地電暴干擾。

2.1 測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾

測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾是滿洲里臺地電場近年來所受到的最為頻繁的干擾。主要集中在3月至11月期間，單次干擾持續(xù)時間有長有短，對地電場數(shù)據(jù)曲線變化特征的影響十分明顯，尤其是重點影響東西向和北東向長測道。受其影響，相應測道數(shù)據(jù)曲線常常表現(xiàn)出上升、下降、突跳或階躍形態(tài)。

2022年10月30日，東西向和北東向長測道數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)階躍形態(tài)，最大變化量達到31.73 mv/km，相對變化率達205%。干擾出現(xiàn)后，經(jīng)對儀器外線路、電極坑、室內(nèi)外線路接頭、避雷裝置、配電裝置等逐一檢查，對周邊農(nóng)戶、牧戶等進行走訪了解，確定為東西長極距以東100 m處的蔬菜大棚輸電線路干擾，共計影響時間為7 h 45 min，如圖3所示。

2020年4月12日至18日，同樣干擾源再次導致地電場全部測道均受到干擾。除南北短測道出現(xiàn)尖峰突跳外，其他所有測道均出現(xiàn)階躍變化形態(tài)，其中北東短測道為向下階躍，其他測道為向上階躍，最大變化量達到66.16 mv/km，相對變化率達1 165.8%，如圖4所示。

2.2 測區(qū)附近公路養(yǎng)護站設備漏電干擾

此干擾頻次相較測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾較少，但所造成的干擾程度和影響仍有必要重點關注。單次干擾時間不固定，對地電場數(shù)據(jù)曲線變化影響十分明顯。

2020年5月20至21日，北南短測道及北東長測道出現(xiàn)階躍變化形態(tài)，其他測道未見明顯異常。經(jīng)儀器設備檢查和地電場觀測區(qū)域周邊走訪調(diào)查，確定了為北南短測道附近5 m處公路養(yǎng)護站設備漏電造成干擾，最大變化量達到1.81 mv/km，相對變化率達13.9%，如圖5所示。

2.3 地電暴干擾

在地電學中，地電暴是指地電場觀測記錄到的受遠源空間電流體系如太陽黑子爆發(fā)等引起的劇烈地電場擾動影響。地電暴與地磁暴起源于相同的場源，因此，每當?shù)仉姳┌l(fā)生時，所有的地電場和地磁場臺站觀測數(shù)據(jù)均會受到不同程度的擾動，地磁活動指數(shù)也往往被用作量化地磁暴擾動程度的指標之一［4］。磁暴發(fā)生時，地磁 K 指數(shù)一般為 5 以上（學界按地磁 K 指數(shù)對磁暴進行分類，K=5、6 為中常磁暴；K=7、8為中烈磁暴；K=9為強烈磁暴），因此地磁指數(shù) K≥5 時作為認定地電暴發(fā)生的一項重要參考標準［5］。

2021年3月1日01：54至4日14：00，滿洲里地震臺地電場日變形態(tài)有所反常（如圖6所示），結(jié)合地磁數(shù)據(jù)同步觀測，發(fā)現(xiàn)該時段最大K指數(shù)達到5，檢查儀器及室內(nèi)外線路、避雷裝置并巡視測區(qū)環(huán)境等一切正常，確認為受到了典型的地電暴干擾。同一時間下，調(diào)取烏加河地震臺地電場數(shù)據(jù)進行對比分析（如圖7所示），可見兩個臺站的地電場數(shù)據(jù)曲線變化均表現(xiàn)為基本一致的干擾形態(tài)，再次確認為受到了地電暴干擾。

3 結(jié)論

通過對滿洲里地震臺地電場觀測數(shù)據(jù)資料的分析研究，結(jié)合實地調(diào)查等方式，得出該臺站地電場主要受到測區(qū)附近蔬菜大棚、公路養(yǎng)護站和其周邊住戶的生產(chǎn)生活漏電，以及地電暴等兩類因素帶來的干擾。其中前者帶來的干擾影響頻次較多、程度較大。受限于干擾源占地規(guī)模廣、漏電暴露點密集、生產(chǎn)需求重、用電體量大且操作不規(guī)范，且容易受到融雪和降雨等二次影響，盡管采取了相關防范和補救措施，但仍無法徹底阻斷干擾。后者則屬于地球物理條件因素，且具有廣域同步性，即同一地電暴事件在廣域內(nèi)地電場幾乎同一時段發(fā)生，所記錄到的地電暴初相幾乎同步［4］。

通過對以上主要干擾因素的識別分析，一定程度地總結(jié)和歸納出了該臺站地電場數(shù)據(jù)的一些變化特點，這對后續(xù)地電場觀測數(shù)據(jù)資料的日常處理、分析和應用提供了一些基本的認識和幫助，為地電場在監(jiān)測和預報地震等研究提供了參考。

參考文獻：

［1］孫正江，王華俊.地電概論［M］.北京：地震出版社，1984：23-28.

［2］王秋寧，李媛媛.陜西地區(qū)地電場典型干擾研究［J］.山西地震，2022（2）：22-26，32.

［3］郭建芳，周劍青，佟鑫，等.地電場觀測中的干擾分析［J］.華北地震科學，2011，29（4）：38-43，48.

［4］范曄，葉青，劉高川.地電暴事件判別方法及特征分析［J］.地震工程學報，2020，42（1）：107-115.

［5］龔永儉，程立康，張長軒，等.天津地區(qū)地電暴與磁暴的對比分析［J］.華南地震，2019，39（4）：75-83.