觀測場地漏電導致的地電場觀測異常變化分析*

王永安，蘇有錦，方 偉，褚金學，趙小艷，楊學慧

(1.云南省地震局，云南昆明650224;2.云南省地震局彌渡地震臺，云南彌渡675600)

0 前言

地震前兆觀測資料異常現場核實是一項極其艱難而又非常重要的工作，由于地震前兆觀測系統是一個開放系統，有時除了觀測系統自身一些因素干擾影響外，更易受自身系統以外因素的影響，而且這些影響因素多種多樣，極其復雜，這種復雜性給引起地震前兆觀測資料異常變化的原因尋找、性質判定帶來極大困難。經過現場核實后，對異常資料性質判定，有時是對當時地震形勢的判定的重要依據，因此，最終對異常資料性質判定的準確性就極為重要。

1 彌渡地震臺地電場觀測資料

1.1 臺站概況

彌渡地震臺位于云南省大理市彌渡縣，海拔1 659 m(圖1)，屬國家基本地震臺。目前彌渡地震臺已成為具有形變、流體、電磁三大觀測學科的綜合性地震觀測臺站 (云南省地震局，2005)。

彌渡盆地是堆積斷陷盆地，為揚子準地臺結晶基底巖系，古生代、新生代地層均有外露，主要為玄武巖，地表覆蓋亞粘土、砂層和砂礫石層等。彌渡地震臺位于彌渡盆地東北角，在紅河斷裂帶東北盤，距紅河斷裂帶彌渡段僅幾千米，臺站以南15 km處的苴力為紅河斷裂的北端與北北向的永勝—彌渡斷裂帶的交匯處，地質構造比較復雜①②云南省地震局.2007.彌渡地震臺地電場觀測單位工程技術報告.(圖1)。

彌渡地電場觀測場地位于彌渡地震臺東邊彌渡縣城的東北邊的文筆山腳下，在下海子村農田里以及彌渡一中運動場內 (圖2)。測區地形較為平整，三面被山環繞。測區內人員及農田灌溉活動較為頻繁，對觀測資料有一定影響。

圖1 彌渡地震臺周邊主要斷裂分布Fig.1 Distribution of main fault around Midu Station

1.2 地電場觀測系統

彌渡地電場主要觀測儀器采用由中國地震局預測研究所監制、北京陸洋科技有限公司生產的ZD9A-II型數字電場儀，用于標定的標準儀器采用0.01級UJ25型電位差計和0.005級BC9a型飽和標準電池。地電場觀測沿近南北和東西兩個互相垂直的方向布設測線，選用雙L型布極方法，電場測量區平面圖及電場觀測布設線路如圖2所示，共埋設有5個電極，觀測電極埋設在地面以下約20 m處，3個觀測測道 (北南、東西，北東向)，分別進行長短極距觀測。斜邊 (北東向)長、短極距觀測與南北向、東西向共用北端點(B1、B2)和東端點 (A1、A2)觀測電極，中心電極 (O1、O2為同一電極)為共用電極，北端點電極B1、B2和東端點電極 A1、A2僅相距10 m，各測邊觀測電極布設參數見表1。外線路采用電纜架空方式①②云南省地震局.2007.彌渡地震臺地電場觀測單位工程竣工報告.(中國地震局，2001)。

圖2 彌渡地電場測量測區平面圖及電場線路簡圖Fig.2 Plan view of geoelectric field measuring area and distribution at electrode field line at Midu Station

表1 彌渡臺地電場各測邊參數Tab.1 The parameters of each measuring side of geoelectric field of Midu Station

圖3 2014年彌渡地電場各測向分鐘值數據曲線Fig.3 Minute value curves of geoelectric field in each direction at Midu station in 2014

1.3 歷史觀測資料

從2006年9月22日彌渡地電場觀測系統運行以來，共進行過兩次技改工作，因地方建設發展的需要，測區及周邊建筑越來越多，為盡量減小外部干擾，經專家論證分析后，分別于2009年12月和2010年9月進行了電極埋深處理，埋深從5 m增加至20 m，并對線路進行重新架設改造，北南、東西測道長極距為200 m，短極距為190 m;2013年2月18日因觀測儀器故障無法維修，更換了ZD9A-II地電場儀;2010年升級改造后，系統抗干擾能力和內精度得到較大提高，改造效果較好，觀測數據相對較穩定 (褚金學，2012;中國地震局監測預報司，2010)，圖3中矩形框中為本次異常數據曲線。

2 彌渡地電場異常調查分析

2.1 異常特征

2014年5月27日至6月9日，彌渡地電場觀測資料出現規律階性階躍異常變化，觀測曲線為n形波異常形態，其規律性表現為:每日的20∶19準時階躍上升，穩定在高值，至次日06∶09準時階躍下降，恢復到正常值，并且每天的變化形態基本一致;突升 (或者突降)幅度也呈規律性變化，相同測道長、短極距異常變化幅度大致相同，不同測道的突升 (或者突降)幅度變化有所不同，其中，南北向長、短極距異常變化幅度為110 mV/km，東西向長、短極距異常變化幅度約為98 mV/km，北東向長、短極距異常變化幅度約為7 mV/km(圖4)。異常開始出現時，筆者對異常特征分析，與臺站工作人員溝通，查閱相關資料①盧軍.2013.電阻率和電磁擾動分析與異常判定實例 (課件).，發現該異常特征與電場異常形態不同 (褚金學，2014)，與磁暴干擾形態也不同 (胡小靜，2013)，故認為雖然暫時未找到干擾因素，但從異常的形態分析認為存在干擾的可能。

圖4 2014-05-20～06-15彌渡地電場各測向異常分鐘值數據曲線Fig.4 Minute value curves of geoelectric field in each direction at Midu Station from May 20 to June.15，2014

2.2 現場異常核實

2.2.1 觀測系統工作狀態檢查

為確認彌渡地電場觀測系統的工作狀態，2014年6月6日筆者按異常核實要求逐項排查核實，對外線路巡視檢查，未發現異常情況;對觀測電源系統的穩定性、布設電極區以及避雷系統線路逐一檢查，均符合觀測要求;對地電場觀測儀器進行臨時標定檢查，特別選擇跨異常開始時間前后進行標定，以判斷是否觀測儀器本身引起的異常變化，所得標定結果均符合觀測要求 (表2)(中國地震局監測預報司，2000)。

2.3 環境干擾情況調查

通過實地走訪、調查測區周邊環境變化情況，結合本次數據異常規律性特征，特別對彌渡地電場測區及周邊有關用電及輸電線路情況進行重點調查②中國地震局監測預報司.2014.形變、流體、電磁、測震學科觀測資料異常變化現場核實工作報告編寫要求 (修訂).(中國地震局監測預報司，2000，2014)。

(1)對地電場觀測區及周邊走訪調查發現近期沒有新開工或完工的工程，特別在異常起止時間段內未發現有施工、大型機械進出、抽水、特殊用電等情況。

學校運動場邊有一條護城河道在施工，主要是河岸加固、培土及綠化，為了施工作業方便，在中心桿附近修了一條臨時施工便道，白天有施工車輛通行，但車輛較少，工人進行人工填土等作業，晚上施工暫停。河道規模較小，寬約3 m，深2 m，河中無水，屬季節性河流，雨季才有水流過，而且此次施工已進行很長一段時間，未發現使用帶智能控制設備和大型施工機械。

(2)查看氣象日志記錄，近期無降雨，彌渡地震臺的氣象三要素觀測已壞，從距它不遠的彌渡水化站氣象觀測資料可以看出2014年5月中下旬基本沒有降雨，從彌渡縣氣象局的日降雨資料分析，2014年1～5月彌渡日降雨量較少，特別是異常出現前的2014年5月中下旬基本沒有有效降雨 (圖5～6)，氣象因素與往年同期沒有明顯差異，排除因降雨引起的異常變化。

(3)中心電極附近有高壓線路從其上方通過，中心電極兩旁50 m范圍內有兩座用于架設高壓線路的高架塔。經初步調查，高壓線路在近段時間供電方式沒有變化，供電線路沒有任何變動，也無新增架設線路、分析認為觀測資料異常受該處高壓線路干擾引起的概率較小。

表2 儀器臨時標定結果Tab.2 Temporary calibration results of the instrument

圖5 2014年彌渡水化站降雨量觀測資料Fig.5 Rainfall observations data at Midu Hydration Station in 2014

圖6 2014年彌渡氣象局雨量觀測資料Fig.6 Rainfall observations data in Midu Weather Bureau in 2014

(4)彌渡地電場測區中心電極附近分布有兩臺變壓器，一臺位于彌渡地震臺圍墻內 (距中心電極約10 m)，屬于彌渡地震臺專用設備，常年運行較穩定，無故障記錄;另一臺變壓器位于G214國道旁 (距中心電極約40 m)，該設備專用于附近路燈供電，此變壓器旁路燈桿上架設有路燈控制箱，臨時施工便道從些燈桿邊通過 (圖7)。

圖7 彌渡地電場測區環境及漏電路燈位置圖Fig.7 Environment around geoelectric field measuring area at Midu Station and the location of street lights with leakage

調查了解到中心桿附近的路燈控制箱控制著路燈的開啟關閉時間，開關時間應較固定，測區附近的路燈漏電引起地電場觀測資料變化的概率較大。

為驗證此次規律性數據異常是否因附近路燈線路漏電所致，工作人員對以后幾天路燈的開燈、滅燈時間進行了統計，同時考慮兩者的時間誤差，結果表明路燈的開燈時間與本次觀測數據異常上升變化時間相吻合，路燈的滅燈時間與觀測數據異常下降時間相吻合 (表3)。

表3 路燈開燈、滅燈時間與觀測數據異常對比試驗統計表Tab.3 Statistic of compartive test between the time of lights on/off and observation data anomaly changes

為進一步確定此次規律性數據異常是因路燈控制箱附近漏電所致，臺站人員及時聯系了彌渡縣路燈管理部門，經一致協商，2014年6月9日下午，路燈管理部門派出專業人員對測區附近的路燈線路進行漏電檢查工作，確認是地電場觀測中心桿附近的 (放路燈控制箱)路燈電桿下埋設的線路存在漏電情況，路燈管理部門專業人員及時修好了此次路燈線路漏電故障。漏電故障解決后，彌渡臺地電場觀測數據未出現本次規律性異常變化，(圖4)彌渡臺地電場觀測數據恢復正常。

中心電極為南北和東西測道長短極距觀測共用電極，漏電位置在中心電極附近，對中心電極影響較大，而且南北和東西測道長短極距觀測極距只相差10 m，因此，北南和東西測道長短極距觀測異常變化量相對較大(110 mV/km、98 mV/km)，且長短極距觀測異常變化量基本相同;北東向測道長短極距觀測電極距離漏電位置較遠，受影響程度相對中心電極較小，長短極距觀測極距也相差較小 (約14 m)，因此異常變化量相對較小，且長短極距異常變化量也相差較小 (7 mV/km)。

3 結論與討論

通過調查地電觀測系統工作狀態，對觀測儀器臨時標定，標定結果符合規范要求;對系統的外線路、電源穩定性、布設電極區、接地系統、避雷系統線路、以及觀測日志進行檢查，均未發現異常情況，可初步判定彌渡地電場觀測系統工作狀態正常。對觀測系統周邊環境進行調查未發現較大異常變化，綜合分析后，可初步排除本次地電場觀測資料規律性異常變化是因觀測系統和觀測環境變化異常導致。

針對本次異常較有規律的特點，主要尋找觀測區及附近，特別是中心電極附近是否存在較有規律的干擾。在觀測環境干擾調查中，發現測區周邊的路燈開關較有規律，對比觀測路燈開燈、滅燈時間與觀測數據異常情況，初步認為異常是附近路燈漏電所致;通過與相關部門溝通對路燈線路漏電檢查與維修后，本次異常消失，可以確定彌渡地電場觀測資料異常變化是由于附近路燈漏電引起的，不屬于地震前兆異常。

在日常地震前兆資料跟蹤分析中，由于地震前兆觀測系統處于一個更大、更復雜的開放系統中，除了會受自身系統內部一些因素影響，更易受自身系統以外的因素影響。隨著社會快速發展，原來的觀測環境大多有了質的變化，對前兆觀測資料干擾因素的判斷也更加復雜。地震前兆觀測資料干擾因素有些看得見，大多數是看不見或難于發現的，種類繁多，有來自周邊環境的、有來自地下的、有來自空間的，這些復雜環境變化因素，以及觀測系統本身出現一些問題對前兆觀測資料產生附加影響，這些復雜性給地震前兆觀測資料異常變化的原因尋找、性質判定帶來極大困難。因此，在前兆異常變化分析核實過程中，初步分析是否存在干擾的可能及可能的干擾因素較為重要，一般有規律的異常變化，干擾的可能性較大，查找原因時要根據觀測物理量的屬性、原理、特性及異常形態的變化規律、特征，根據觀測系統，觀測環境情況，結合觀測點周邊水文地質構造、氣象條件等分析可能的影響因素，進行針對性調查、查找及排除，找到可能的影響因素。由于影響因素復雜性，很多時候是很難明確找到原因的，因此也更顯出地震前兆異常核實的艱難性及重要性。

本文得到胡小靜同志幫助，在此給予感謝。

褚金學.2012.地電場電極深埋試驗研究［J］.防災科技學院學報，14(1):35-38.

褚金學.2014.騰沖地電場震前的前兆異常分析［J］.地震研究，37(3):433-441.

胡小靜.2013.云南地區地電暴變化分析研究［J］.地震研究，36(4):490-495.

云南省地震局.2005.云南省地震監測志［M］.北京:地震出版社:93-106

中國地震局.2001.地震及前兆數字的觀測技術規范［M］.北京:地震出版社.

中國地震局監測預報司.2014.2013年度前兆學科異常核實優秀報告［M］.北京:地震出版社.

中國地震局監測預報司.2000.地震前兆異常落實工指南［M］.北京:地震出版社.

中國地震局監測預報司.2010.地震電磁學理論基礎與觀測技術［M］.北京:地震出版社.