馬陵山地震臺地電儀的故障分析及維護措施

杜德凱 劉海剛

摘? 要：針對馬陵山地震臺地電儀，從日常工作、定期標(biāo)定及維護等方面進行探討，結(jié)合中國地震局《區(qū)域地震前兆臺網(wǎng)運行管理評比辦法》，給出維護辦法;對近年來地電場儀出現(xiàn)的故障及解決方法進行系統(tǒng)的總結(jié)分析。

關(guān)鍵詞：地電儀? 故障? 維護措施

中圖分類號：P315.722 ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0035-04

Abstract： Concerning the geoelectric instrument of Malingshan Seismostation， through exploration in the aspects including daily work， regular calibration， maintenance and so on ， the paper， combining Rating Methods of Running and Management of the Regional Earthquake Omens of Network of China Seismological Bureau， has put forward maintenance methods and systematically summarized and analyzed faults occurring in the geoelectric instrument and resolutions.

Key Words： Geoelectric instrument; Faults; Maintenance measures

電阻率觀測的物理量是地球介質(zhì)視電阻率、自然電位差以及其隨時間的變化。地電阻率是地震前兆觀測中重要的手段之一，是地震預(yù)報中較成熟的方法。幾十年來，專家們對地電阻率的數(shù)據(jù)變化進行不斷的分析與研究。維護地電儀的正常運行，歸納總結(jié)運行中遇到的各種因素，分析原因，找到高效的解決辦法，采取相應(yīng)的措施，從而提供高精度、可靠連續(xù)的觀測資料。

1? 馬陵山臺站測區(qū)情況介紹

馬陵山臺位于山東郯城縣東北20km馬陵山的西側(cè)，地處郯廬斷裂帶山東段南部沂沭帶內(nèi)，跨安丘-莒縣斷裂。臺基為破碎白堊系紅色砂巖。臺站位于山東省郯城縣泉源鄉(xiāng)楊莊村東南，海拔高度110m，遠離居民點，測區(qū)內(nèi)為開闊平坦的農(nóng)田，無大型廠礦企業(yè)、公路和高壓線路干擾，其具備的優(yōu)良環(huán)境為地電儀的運行提供了良好的平臺。

2011年12月進行背景場項目改造，2011年12月10日、11日更換電極，供電極為100cm×100cm×3mm的鉛板，測量極為80cm×80cm×3mm的鉛板，埋深均在2m;2011年12月13～28日進行外線路更新改造。之后，2013年1月1日ZD8M地電儀開始使用。

2? 故障分析

影響地電阻率觀測的因素是多方面的，但歸納起來主要有兩類：一是觀測系統(tǒng)本身，儀器、線路、電極、避雷裝置故障干擾等;二是測區(qū)環(huán)境的變化，包括自然氣象變化干擾和環(huán)境變化干擾。

觀測系統(tǒng)包括觀測裝置、測量系統(tǒng)和檢定系統(tǒng)。任何一個觀測環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大的變化，有時甚至無法觀測。比如一起故障、外線或儀器漏電、線路接觸不良、電極不穩(wěn)定等情況，這些干擾因素的存在會使記錄曲線形態(tài)出現(xiàn)明顯的畸變。在實際操作過程中，臺站地電工作人員總結(jié)歸納了以下3條分析步驟。

（1）根據(jù)觀測資料分析確定系統(tǒng)故障的性質(zhì)，是地電儀還是外線路問題，分析各個測道的變化、變化幅度等，分析問題所在。

（2）進一步分析觀測資料，確定故障的位置。如只是一個測向變化不正?？赡苁谴藴y向的外線或電極問題，兩個測向均不正常則可能為儀器問題等，初步判斷是儀器問題還是外線路問題或是電極的問題。

（3）如判斷為儀器原因，需要對儀器進行檢查維護或是維修;如判斷是外線路問題，則可以檢查外線路是否漏電、查看接線頭是否氧化、是否接牢等;判斷是電極問題，則可以埋設(shè)備用電極等方法進行驗證，觀察故障是否解決。

3? 針對不同故障的解決方法

馬陵山地震臺正在使用型號為ZD8M、ZD8BI的地電儀，該系列儀器具有準(zhǔn)確度高、動態(tài)范圍大、抗干擾能力強、長期穩(wěn)定性好、觀測程序改動方便等優(yōu)點。

測量地電阻率的專用儀器和供電電源配合能自動定時地進行3個測道的地電阻率測量，采樣間隔為每小時每通道一次，每日形成一個數(shù)據(jù)文件。

地電阻率的觀測采用4級對稱法，每個臺站應(yīng)設(shè)置2～3條取向不同的測線，實施不同方位電阻率測量，如馬陵山地震臺共設(shè)置了N5°W和N75°E向兩條測線，每條測線由兩個供電極（A、B）和兩個測量極（M、N）線性排列的裝置系統(tǒng)組成（見圖1）。

圖1中：A、B為供電極且AB=1.000km，M、N為測量極且MN=0.300km;外線路為絕緣架空線。

地電儀的測量工作流程如圖2所示。

A、B、M、N為地面上按一定規(guī)則布設(shè)的4個電極，A、B稱為供電極，M、N稱為測量極。E為供電電源，K為開關(guān)，當(dāng)K閉合時，電流I從E經(jīng)A→大地→B流回E，從而在大地內(nèi)部建立穩(wěn)定的人工電場，人工電位差ΔV是指在供電電流穩(wěn)定后在MN之間產(chǎn)生的人工電位差。

測量過程如下。

在K未閉合前，測量MN之間的電位差Vsp，Vsp被稱為自然電位差。

在K閉合后，測量MN之間的電位差ΔV;測量供電電流I。

△V=（△V+Vsp）-Vsp? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

計算地電阻率如下。

（2）

K為裝置系數(shù)，與A、B、M、N、4個電極的相對位置有關(guān)，具體公式如下：

（3）

3.1 電極腐蝕（老化）

馬陵山臺地電阻率2017年6月10日至7月1日，N75°E測道小時值數(shù)據(jù)多次出現(xiàn)突然升高現(xiàn)象。如圖3所示，出現(xiàn)問題后及時巡檢外線路、布極區(qū)內(nèi)環(huán)境、儀器工作狀態(tài)，均未發(fā)現(xiàn)異常問題，考慮馬陵山臺地電儀電極已使用多年，極可能存在電極腐蝕問題，并積極和其他地電臺站的專家分析探討，初步懷疑為電極老化，被腐蝕造成的數(shù)據(jù)變化，7月2號挖開電極坑后，發(fā)現(xiàn)電極銹蝕嚴(yán)重，7月3日更換為鉛板電極，更換電極后數(shù)據(jù)及恢復(fù)如圖4所示。

針對電極腐蝕、老化的問題，在日常工作中及時巡視、檢查電極，按規(guī)范要求測量地電儀的電極接地電阻值，及時發(fā)現(xiàn)問題，按照地電觀測規(guī)范要求，對到達規(guī)定使用年限、出現(xiàn)問題電極及時更換。

3.2 外線路漏電

觀測外線均較長，特別是架空線，處在空氣中風(fēng)吹日曬，特別是有的地方長時間和樹枝、承重線等摩擦，極易造成線路絕緣皮破損，造成漏電現(xiàn)象，在下雨時更嚴(yán)重，因此外線路漏電問題在地電阻率觀測中是一個常見問題，但是又由于外線多采用架空或地埋的形式，出現(xiàn)問題后，查找原因極其不易。如圖5所示，2016年09月馬陵山臺地電阻率N75°E測向在降雨時數(shù)據(jù)出現(xiàn)不符合客觀規(guī)律的變大現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題后臺站工作人員馬上對地電儀的工作狀態(tài)進行檢查，均未發(fā)現(xiàn)問題，分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化均是在降雨時，故懷疑是外線路漏電原因，檢查外線路漏電，發(fā)現(xiàn)外線路絕緣較低，當(dāng)時馬陵山臺外線路采用8號鐵絲作為線路的承重線，承重線和測量線長時間的摩擦造成了測量線的絕緣破損，2016年9月24～25日，將外線路承重線8號鐵絲去除，并對絕緣皮破損的地方進行了修復(fù)，修復(fù)后檢查外線路絕緣合格，數(shù)據(jù)亦恢復(fù)正常。

針對漏電問題，平時要經(jīng)常巡檢外線路，發(fā)現(xiàn)一些潛在的問題，對與測線接觸的樹枝等每年均要按照規(guī)范要求后及時清理，檢查線路接頭、瓷壺等，同時按照規(guī)范要求認真做好外線路的漏電檢查工作，發(fā)現(xiàn)線路漏電問題后及時修復(fù)。

3.3 穩(wěn)流源故障

地電儀的觀測過程中，需要一個穩(wěn)流電源向大地供電，以建立人工電場。地電儀所測得的人工電位差ΔV的穩(wěn)定性與該穩(wěn)流電源的輸出電流密切相關(guān)。如果穩(wěn)流電源輸出電流穩(wěn)定性差，則人工電位差ΔV將隨電流的變化而變化，從而使地電儀觀測到的地電阻率數(shù)值不可靠。馬陵山臺2008年2月20日，兩測道11-13時數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)流源輸出的電流穩(wěn)定性較差，對備用穩(wěn)流源WL-5N進行穩(wěn)定性檢查后，進行了更換，更換穩(wěn)流源后數(shù)據(jù)恢復(fù)穩(wěn)定。數(shù)據(jù)不穩(wěn)定是穩(wěn)流源故障原因。

低電阻率測量中發(fā)現(xiàn)穩(wěn)流源問題，發(fā)現(xiàn)后及時對備用穩(wěn)流源進行檢查，更換備用穩(wěn)流源。每半年均需對穩(wěn)流源和備用穩(wěn)流源進行檢查，確保儀器均處于正常狀態(tài)。

4? 結(jié)論與認識

（1）針對觀測系統(tǒng)的具體故障對地電儀進行了逆向分析，得出產(chǎn)生故障的原因，給出相應(yīng)的維護措施和解決的辦法，并且點出了日常工作中所需要注意的事項。

（2）文中對地電儀的觀測及觀測系統(tǒng)進行了分析，總結(jié)出了在地電儀運行觀測中的一些檢修和維護心得，對其他相關(guān)地電臺站地電儀的運行提供了寶貴的經(jīng)驗，有利于全國地電儀能夠更好地產(chǎn)出高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。

（3）報告指出了地電儀觀測中出現(xiàn)的故障，給出了解決的辦法及維護措施，但要詳盡地解決地電儀觀測中遇到的問題還需要具體情況具體對待，臺站工作人員一方面要提高自己的專業(yè)水平，恪守盡責(zé)，嚴(yán)肅對待;另一方面，要在別人研究成果的基礎(chǔ)上，趟出一條適合自己的方式方法。

參考文獻

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