肥鄉(xiāng)地震臺地電場勘選結(jié)果研究分析

賈華，吳鵬，白燕

(河北省地震局邯鄲中心地震臺，河北邯鄲　056002)

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肥鄉(xiāng)地震臺地電場勘選結(jié)果研究分析

賈華，吳鵬，白燕

(河北省地震局邯鄲中心地震臺，河北邯鄲056002)

根據(jù)背景場探測項目要求及全國地電臺站規(guī)劃，在肥鄉(xiāng)地震臺新建大地電場觀測項目，對該臺進行了非工頻干擾測試、工頻干擾測試和電測深測試，結(jié)果顯示，該臺具備新建地電場觀測項目的條件。

地電場；勘選；測試

0　引　言

“十五”數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)工程子項目“中國地震前兆臺站”建設(shè)完成后，我國數(shù)字地電臺網(wǎng)的建設(shè)取得巨大的進步，臺站數(shù)量和監(jiān)測能力明顯提高。但仍存在著臺站分布不均衡的情況，尤其是西部地區(qū)和南北地震帶，還存在相當數(shù)量的空白監(jiān)視區(qū)，監(jiān)測能力明顯不足。

根據(jù)背景場探測項目要求及全國地電臺站規(guī)劃，在河北省邯鄲市肥鄉(xiāng)縣新建大地電場觀測項目，建設(shè)任務(wù)隸屬背景場新建臺站。通過這次項目建設(shè)的實施，使得全省地電觀測網(wǎng)密度進一步加強，電磁觀測布局進一步優(yōu)化。地電觀測數(shù)據(jù)將直接服務(wù)于地震趨勢預(yù)測意見，觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)、完整、準確、可靠使對地方的地震預(yù)測更加科學合理。

1　臺址勘選

肥鄉(xiāng)地電臺站位于肥鄉(xiāng)縣城西馬寨村東，距肥鄉(xiāng)縣城直線距離約10 km。勘選場地位于臺站西南側(cè)。臺站地處冀南平原漳河古道沉積黃土覆蓋層，是黃河、漳河攜帶沉積而成的扇形湖沖擊平原的中下部，地勢平緩，地面坡降在萬分之三。臺站位于第四系覆蓋層上，表面為土層?？边x場地位于太行山斷塊、冀魯斷塊、皖豫斷塊的交匯部位，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，是華北平原地震帶僅次于京津唐地區(qū)的又一個多震區(qū)。測區(qū)內(nèi)主要為農(nóng)田，無深大溝壑穿過，觀測環(huán)境較好，無明顯的干擾。因此，肥鄉(xiāng)臺具備新建地電場觀測項目的條件。

2　場地電磁環(huán)境干擾測試

根據(jù)《地震臺站建設(shè)規(guī)范》(DB/T 18.2-2006)[1]的規(guī)定，對肥鄉(xiāng)地電觀測選址進行了非工頻和工頻干擾背景測試，測試方法按《地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求》(GB/T 19531.2-2004)[2]進行。根據(jù)場地狀況，采用L型布極方式，中心點采用共用電極的方式，布極方法如圖1所示。其中，OB為電極S和N間的距離LNS，OA為電極W和E間的距離LEW。LNS=LEW=400 m，O為SN極與WE極的中心點。

圖1　肥鄉(xiāng)臺非工頻與工頻測試布極圖

2.1非工頻測試

非工頻測試采用中國地震局分析預(yù)報中心ZD9A-Ⅱ型電場儀對場地進行秒鐘值采樣，連續(xù)觀測48小時，并將所采集數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件保存。采集后對數(shù)據(jù)分析，2011年7月21日南北向和東西向的時間序列見圖2。

圖22015年7月21日南北向和東西向的時間序列

從圖2中可以看到，2015年7月21日2時與6時開始有臺階出現(xiàn)，根據(jù)GB/T 19531.2-2004的相關(guān)技術(shù)要求,將變化作為有規(guī)律騷擾，通過估算騷擾幅度，計算出觀測值的平均值E0和均方差σn-1，得出此處為騷擾，根據(jù)現(xiàn)場排查，判斷在測區(qū)內(nèi)，除有農(nóng)作物澆灌外，無其他改變觀測環(huán)境的事件，分析認為，觀測數(shù)據(jù)變化是由于農(nóng)田澆地，影響數(shù)據(jù)。由于全天觀測場地內(nèi)都在澆地，數(shù)據(jù)變化基本穩(wěn)定，但數(shù)據(jù)線條明顯加粗。同時仍出現(xiàn)高頻信號擾動，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在20時至24時期間無高頻信號出現(xiàn)，分析認為該場地在該時段觀測環(huán)境良好，觀測數(shù)據(jù)真實可靠。

從2011年7月21日全天觀測數(shù)據(jù)可以看出，雖然伴有高頻信號的出現(xiàn)，但是該觀測點日變化清晰，波峰與波谷較為明顯，非工頻測試效果良好。

2.2工頻測試

工頻干擾測試和非工頻干擾測試同時進行。使用的儀器為雙蹤示波器，該設(shè)備測量頻率范圍為DC-20 MHz、分辨力優(yōu)于10 mv/格、最大測量范圍10 V。每隔2小時觀測1次南北向與東西向，根據(jù)Eind=VP/L計算南北向和東西向的干擾幅度Eind。其中，南北向最大的Eind值是150.61mv/km，東西向最大的Eind值是115.26 mv/km，兩者均小于GB/T19531.2-2004規(guī)定的地電場工頻干擾幅度小于1225 mV/km的要求，因此工頻測試合格。

3　地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)測試

3.1電測深測試

電測深測試采用對稱四極測深法[3]，即供電電極AB和測量電極MN均對稱于測點布設(shè)，每改變一次供電極距，便可按公式(1)計算該極距的視電阻率，即：

ρs=KΔUMN/I

(1)

布設(shè)1個激電十字電測深測點，測試方向為南北、東西，測點位于肥鄉(xiāng)臺站西，南北和東西測線最大供電極距AB/2為1 000 m，最小AB/2為3 m，符合DB/T18.2-2006關(guān)于地電場臺站觀測場地電測深工作的AB/2的要求。

用羅盤量定布極方向并做好記錄，連接儀器與電源、供電和測量電極的連線，分別讀取供電電流I值和測量電位差ΔUMN值，確認信號有效方可記錄AB/2、MN/2、I和ΔUMN值，同一點連續(xù)2次觀測值偏差不大于5%做為合格。通過現(xiàn)場試驗，為獲取有效的測深異常信號，供電電壓50 V～720 V(隨供電極距增大而增大)，采樣寬度為5 ms，保持自然電壓不小于0.25 mV。測量次數(shù)為2次，即2次讀數(shù)取均值為測量值。為了減少電磁耦合效應(yīng)對測量結(jié)果的影響，始終保持供電導線與測線間距不小于AB長度的2%。

3.2電測深資料的定性解釋

電測深觀測結(jié)果南北向和東西向曲線見圖3和圖4。該曲線反映了某一測點不同深度電性的變化情況。圖3為南北方向電測深曲線，該曲線為KH型，當極距較小時，表現(xiàn)為低阻層，隨著電極距增加，視電阻率曲線逐漸上升，電阻率隨AB/2增大到26 m后，電阻率逐漸下降。視電阻率變化范圍5.39 Ω·m～16.37 Ω·m。

圖4為東西方向電測深曲線，該曲線為KH型。當極距較小時，表現(xiàn)為低阻層，隨著電極距增加，視電阻率曲線逐漸上升，視電阻率變化范圍5.41 Ω·m～13.56 Ω·m。

圖3肥鄉(xiāng)臺電測深曲線(南北向)

圖4　肥鄉(xiāng)臺電測深曲線(東西向)

3.3電測深資料的定量解釋

對上述2條電測深曲線進行反演計算，以電阻率反演確定其層位，反演結(jié)果詳見表1。

表1 肥鄉(xiāng)地電臺觀測場地電性層參數(shù)

由表1可見，應(yīng)用2個正交測線的電測深曲線反演的層參數(shù)基本吻合，說明測深點附近地下介質(zhì)橫向比較均勻，縱向電阻率變化不大。因此，表2給出了2個電測深曲線反演的平均層參數(shù)。通過表2可以得出結(jié)論：肥鄉(xiāng)地電臺觀測場地電性條件符合DB/T18.2-2006規(guī)定的地電場觀測的電性結(jié)構(gòu)要求。

表2肥鄉(xiāng)地電臺觀測場地電性層平均層參數(shù)

層厚度(h/m)層電阻率(ρ/Ω·m)層底埋深(H/m)4.366.354.369.925.7314.26148.824.79163.0814.91

4　勘選結(jié)論

(1)肥鄉(xiāng)地震臺地電場非工頻干擾測試雖然伴有高頻信號的出現(xiàn)，但日變化清晰，波峰與波谷較為明顯，滿足非功頻電磁環(huán)境要求；工頻干擾測試結(jié)果均小于1 225 mV/km，也滿足工頻干擾測試規(guī)范要求。該臺地電新觀測場地符合地電場觀測的非工頻和工頻干擾背景的要求。

(2)肥鄉(xiāng)地電場南北向和東西向電測深曲線均為KH型，隨著電極距的增大視電阻率變化趨勢和范圍相似，觀測場地的縱向電性變化不大，電性橫向均勻，且電測深曲線反演解釋與定性解釋吻合?？梢哉J定，該臺新地電觀測場地符合地電場觀測臺站臺址電性條件的技術(shù)要求。

5　儀器安裝與外線路敷設(shè)

測試結(jié)果合格后，嚴格按照中國地震局頒布的地震臺站建設(shè)規(guī)范地電臺站第1部分，設(shè)計實施肥鄉(xiāng)地電場項目。

肥鄉(xiāng)臺地電場觀測采用“三方向，多極距”的觀測方法[4]，即在東西和南北2個正交方向進行地電場矢量觀測，在北西方向進行輔助觀測，每個測量方向分別布設(shè)2種不同極距的測道，長極距為360 m，短極距為180 m，布極中心距觀察室50 m，布極圖見圖5。觀測儀器為ZD9A-2B地電場儀，電極采用蘭州產(chǎn)LGB-3固體不極化電極，電極坑深約3.5 m，外線路均采用鍍鋅鎧裝電纜地埋敷設(shè)，電纜埋深在1.2 m以下，所有測量線均采用整條導線引到觀測室內(nèi)，以防止中間接線處出現(xiàn)漏電現(xiàn)象[5]。

圖5肥鄉(xiāng)臺地電場布極示意圖(比例尺：1∶5000)

6　結(jié)束語

肥鄉(xiāng)地震臺地電場儀器在2013年4月7日正式開始運行，到目前為止儀器運行正常。地電場3個測道的長短極距相關(guān)系數(shù)為：RNS>0.95,REW>0.95,RNE>0.95，資料數(shù)據(jù)可靠，事件干擾形態(tài)清晰，產(chǎn)出數(shù)據(jù)符合地電場觀測規(guī)范的要求；設(shè)備安裝、供電、避雷、基礎(chǔ)運行環(huán)境等符合相關(guān)的技術(shù)標準；軟、硬件系統(tǒng)均按相應(yīng)功能進行安裝集成和調(diào)試，具有較好的可維護性。目前此臺站已通過了中國地震局組織的項目驗收，為今后地電場臺站建設(shè)起到了一定的示范作用。

[1]杜學彬，趙家騮，譚大誠，等.地震臺站觀測技術(shù)規(guī)范—地電臺站(第2部分：地電場)(DB/T 18.2-2006)[M].北京：地震出版社，2006:831-843.

[2]錢家棟，顧左文，趙家騮,等.地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求(第2部分：電磁觀測)(GB/T 19531.2-2004)[M].北京：中國標準出版社，2004:14-29.

[3]中國地震局.地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范—電磁觀測(試行)[M].北京：地震出版社，2001:3-10,19-55.

[4]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.

[5]李偉，沈紅會，皇普德銀,等.地電場布極方式研究[J].地震地磁觀測與研究，2010,31(6):87-92.

THE SURVEY AND CONSTRUCTION OF THE CEOELECTRIC FIELD IN FEIXIANG SEISMIC STATION

JIA Hua，WU Peng，BAI Yan

(HandanSeismicStation，EarthquakeAdministrationOfHebeiProvince,Handan056000，China)

According to the background field detection project requirements and the national geoelectric station planning, a new geoelectric field observation project in Feixiang seismic station is constructed. The non power frequency interference, power frequency interference and electric sounding are tested. The results show that this station has the conditions for new geoelectric field observation project.

Geoelectric field; Survey; Test

2015-10-20

賈華(1983—)，女，河北邯鄲人，碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測工作。E-mail：jiahua0311@163.com。

吳鵬(1982—)，男，河北邯鄲人，碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事地震觀測與儀器維護工作。E-mail：wup67551@163.com。

P319.1

A

1005-586X(2016)03-0033-05