都蘭臺(tái)地電場觀測資料干擾排查

孟凡博 高慧慧

摘 要 本文對都蘭地震臺(tái)2009—2016年地電干擾進(jìn)行分析，認(rèn)為地電觀測中目前存在的干擾為外線路絕緣、測量電極和觀測環(huán)境干擾。觀測環(huán)境干擾主要有城市建設(shè)、直流輸電、供電等。分析了觀測環(huán)境對觀測數(shù)據(jù)記錄的影響，論述了地震觀測環(huán)境對地震數(shù)據(jù)記錄的重要性，在地震前兆異常排查過程中，充分考慮可能存在的各類干擾，是十分必要的。

關(guān)鍵詞 地電觀測；環(huán)境干擾；重要性

中圖分類號 P5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1674-6708（2018）212-0078-02

都蘭地震臺(tái)站（以下簡稱都蘭臺(tái)）建設(shè)于1994年，前身為香日德地震臺(tái)，1994年因條件及其艱苦由香日德遷至位于青海省柴達(dá)木盆地的腹部都蘭縣縣城，距離都蘭縣城500m，地理位置北緯36°16′、東經(jīng)98°07′，海拔高度為3？100m。地處柴達(dá)木盆地邊緣，臺(tái)基巖性為火成巖，巖層產(chǎn)狀平緩而完整。西面緊鄰西部的重要城市格爾木，北面緊鄰海西蒙古族藏族自治州府德令哈市，區(qū)域內(nèi)平均海拔約2？900m～3？200m。都蘭縣屬典型的高原高寒大陸性氣候。該地區(qū)風(fēng)多風(fēng)大，平均氣溫2.7℃，年溫差±20℃。由于受喜瑪拉雅運(yùn)動(dòng)的影響新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，深大活動(dòng)性斷裂規(guī)模大，地處可可西里——巴顏克拉、柴達(dá)木兩個(gè)大地震帶之間，地震活動(dòng)不但頻繁，而且強(qiáng)度高，是破壞性地震的多發(fā)地區(qū)。

1 臺(tái)站背景資料

1）觀測儀器：數(shù)字地電場儀，型號ZD9A-Ⅱ。標(biāo)準(zhǔn)儀器：UJ34A型直流高電勢電位差計(jì)。長短極距的測量線全部用鎧裝電纜并且全部采用地埋方式，徹底解決了風(fēng)擾對地電觀測的影響，對提高觀測質(zhì)量起到了很好的作用，相關(guān)系數(shù)均在0.99以上。

2）布極方式：都蘭臺(tái)地電場采用L型觀測裝置布設(shè)。具體為：從測線中心O點(diǎn)（東經(jīng)98°07′40.9″，北緯36°18′15.6″）采用正北正東布設(shè)方式，每個(gè)方向均有長短兩個(gè)測道，其中長極距為300m，短極距為150m，形成6極共用。室內(nèi)分線組合成12個(gè)輸入端口進(jìn)入儀器，形成6個(gè)測道。采用甘肅地震局生產(chǎn)的固體不極化專用電極6個(gè)，埋設(shè)在地表凍土層以下的沙質(zhì)沉積物中，深度3m。各電極基本處于同一平面，電極坑中土質(zhì)相同并進(jìn)行導(dǎo)電性能處理（添加飽和NaCL溶液）。中心點(diǎn)到各電極的外線使用青海省地震局統(tǒng)一訂制的雙芯鎧裝電纜，對地絕緣電阻≥200MΩ。裝置系統(tǒng)穩(wěn)定，運(yùn)行正常。

2 異常調(diào)查分析

2.1 現(xiàn)場工作前對異常產(chǎn)生原因初步判斷

2016年12月1日之前都蘭臺(tái)地電場正常曲線沒有太大變化，就日變而言，即每天中午11時(shí)左右會(huì)呈低值狀態(tài)出現(xiàn)，兩側(cè)各有一個(gè)極大值。

都蘭臺(tái)2016年觀測資料年連續(xù)率為99.97%，年完整率為99.97%，NS向的相關(guān)系數(shù)年平均值為0.998，EW向的相關(guān)系數(shù)年平均值為0.996，N45oE向的相關(guān)系數(shù)年平均值為1.00。NS向的差值年平均值為0.08，EW向的差值年平均值為0.06，N45oE向的差值年平均值為0.04。我臺(tái)地電觀測資料數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)，對地震前兆的監(jiān)測、預(yù)報(bào)有很好的使用價(jià)值。

2016年12月02日地電場所有測道大約在17時(shí)39分至03日08時(shí)37分出現(xiàn)突跳，N45E向長極距幅度約3.89？mV/km，東西測道干擾較大。2日相關(guān)系數(shù)降低至0.885，差值升高到0.107。值班人員通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控對儀器工作狀態(tài)及觀測環(huán)境進(jìn)行了巡視，沒發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象。

2016年12月03日臺(tái)長及值班人員上山巡視觀測場地及周邊環(huán)境，沒發(fā)現(xiàn)干擾源。從觀測資料受干擾時(shí)間段初步判斷為日照時(shí)間短，電瓶供電不足。隨后開始發(fā)電給電瓶（充電），同時(shí)觀測地電場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否有變化，于09時(shí)02分開始發(fā)電至17時(shí)55分停止發(fā)電，發(fā)電期間數(shù)據(jù)正常。數(shù)據(jù)記錄正常至04日00分，期間22時(shí)10分記錄到的是地磁擾動(dòng)（所有臺(tái)站均記錄到此曲線形態(tài)），其NS向日變形態(tài)應(yīng)與地磁水平分量EW向的日變形態(tài)基本一致；EW向日變形態(tài)應(yīng)與地磁水平分量NS向的日變形態(tài)基本一致，二者相位存在差異。

2016年12月04日00時(shí)55分開始地電場記錄的曲線又開始出現(xiàn)不規(guī)則突跳，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至03時(shí)突跳依然持續(xù)，08時(shí)17分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)正常。又是夜間干擾出現(xiàn)，日出干擾消失。

如果是電極問題，則應(yīng)該是處于緩變狀態(tài)恢復(fù)。如果是外線路問題，則應(yīng)出現(xiàn)在雨雪融化時(shí)，而不是日出正常，日落干擾出現(xiàn)。進(jìn)入冬季外界氣溫最低零下17℃，判斷還是電瓶因氣溫過低掉電嚴(yán)重，供電不穩(wěn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄突跳，但整體數(shù)據(jù)記錄的形態(tài)正常。經(jīng)與省局監(jiān)測技術(shù)中心沙城寧主任溝通，認(rèn)為與直流供電無關(guān)，讓我們主要查找儀器自身原因。從12月1-3日地電分鐘值曲線圖看出，干擾發(fā)生在夜間，白天正常，這種現(xiàn)象我們還從沒遇見過。

2.2 觀測系統(tǒng)工作狀態(tài)檢測

1）經(jīng)過排查，數(shù)據(jù)采集器傳輸系統(tǒng)等工作正常；如果觀測系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的相關(guān)性較差。觀測系統(tǒng)不穩(wěn)定原因可能為大地電場觀測系統(tǒng)的不極化電極使用期限短，觀測資料會(huì)出現(xiàn)大幅度、不穩(wěn)定的漂移變化。從觀測資料分析看，不存在大幅度、不穩(wěn)定漂移變化現(xiàn)象，故排除觀測系統(tǒng)不穩(wěn)定原因。

2）NS向觀測曲線變化不大，觀測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，WX向長短及斜道的干擾嚴(yán)重，與多臺(tái)對比整體曲線形態(tài)一致；引起觀測數(shù)據(jù)變化的原因可能是降雨（雪）、澆地干擾，雨（雪）水下滲到電極處，引起電極極化電位變化所導(dǎo)致；如果電極處滲水，引起數(shù)據(jù)變化的特征是：地電場觀測數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)大幅度的變化，往往是大幅度的上升或者下降，并且滲水量越多引起的“臺(tái)階”也就越大，為正常值的數(shù)倍以上，并且在滲水后的一段時(shí)間內(nèi)地電場數(shù)據(jù)仍舊是不穩(wěn)定的趨勢變化。此變化曲線形態(tài)不一樣，沒有形成臺(tái)階。

3）對地電觀測場地做了巡視（電極坑、外線路、避雷、接地），如果外線路絕緣性不好，會(huì)造成數(shù)據(jù)臺(tái)階，這次干擾也沒有發(fā)生數(shù)據(jù)臺(tái)階變化。

4）通過對直流電源供電歷史記錄查看，電瓶記錄數(shù)據(jù)是正常的。

2.3 觀測環(huán)境干擾情況調(diào)查

1）觀測環(huán)境周圍無任何施工單位，經(jīng)核實(shí)電極線無破壞，判斷認(rèn)為還是供電故障。

2）2016年12月04日臺(tái)長帶領(lǐng)2名臺(tái)站人員，一起去了地電場觀測場地附近的磚廠、有機(jī)肥加工廠進(jìn)行調(diào)查，詳細(xì)詢問了他們的具體工作時(shí)間，檢查了用電設(shè)備，變壓器、線路等用電情況。磚廠已停產(chǎn)近1個(gè)月了，沒有生產(chǎn)和施工，只留2人在看守停工的設(shè)備，變壓器也停用，用電設(shè)施除了電褥子（用電最多4小時(shí)左右）外就是60W的電燈，而且用電時(shí)間與我們記錄數(shù)據(jù)受干擾時(shí)間段不符。

3）有機(jī)肥加工廠也在11月18日停產(chǎn)，工人已放假回家，就留守看大門的一人，沒有大型電器及任何供電干擾。

4）在距離EW向約1？000m之處發(fā)現(xiàn)了藏民捕抓獵物布設(shè)的電網(wǎng)，鐵絲沿著低洼的地勢如蜘蛛網(wǎng)般覆蓋著大片荒灘，鐵絲纏在相互隔著十米的鋼筋頂端，并用橡膠，塑料殼和廢棄的注射器做的絕緣。

2.4 異常分析和性質(zhì)判定

2016年12月02日17時(shí)39分開始，地電場所有測道出現(xiàn)突跳，N45E向長極距幅度約3.89？mV/ km，東西測道干擾較大。經(jīng)過3天現(xiàn)場落實(shí)并綜合分析認(rèn)為：該異常是由于電流電源干擾所致，干擾源來自當(dāng)?shù)赜文撩癫荚O(shè)的土地電網(wǎng)，而并非工廠用電及民用電、變壓器等漏電產(chǎn)生。因此，該異常為人為因素導(dǎo)致的干擾異常。

3 結(jié)論和建議

1）地電場受到不明原因的電流干擾，周邊沒有設(shè)備漏電現(xiàn)象，地電場能檢測到測區(qū)外很遠(yuǎn)的微小電流，這與儀器觀測靈敏度的提高有很大關(guān)系。

2）由于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)落后，沒有生態(tài)環(huán)境保護(hù)觀念，執(zhí)法力度不強(qiáng)，也是導(dǎo)致事件發(fā)生的原因。

3）建議在地電場觀測點(diǎn)架設(shè)警示牌給予警示，避免以后再出現(xiàn)類似事件的發(fā)生。

4）今后我們?nèi)绾蝸肀Ｗo(hù)觀測環(huán)境，最大限度減低人為因素，是以后新的課題。

5）提高前兆觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面，應(yīng)該通過確認(rèn)儀器對環(huán)境變化的反映，排除人為等其他因素的干擾，確保資料的真實(shí)性及地震前兆異常的判斷。

參考文獻(xiàn)

[1]中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.地震電磁學(xué)理論基礎(chǔ)與觀測技術(shù)[M].北京：地震出版社，2010：1-180.

[2]錢家棟，趙玉林，桂燮泰，等.國內(nèi)外地電預(yù)報(bào)地震研究動(dòng)態(tài)與展望[C]//中國地震預(yù)報(bào)方法研究.北京：地震出版社，1991：266-276.

[3]楊德賀，袁靜，王秀英，等.2017.形變觀測數(shù)據(jù)的多異常形態(tài)統(tǒng)一識(shí)別[J].地球物理學(xué)報(bào)，2017（12）：4623-4632.