都蘭臺(tái)地電場(chǎng)新舊觀測(cè)場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比分析

孟凡博 高慧慧 文勇

摘 要 通過對(duì)都蘭臺(tái)地電場(chǎng)新舊場(chǎng)地觀測(cè)數(shù)據(jù)資料曲線形態(tài)、數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)、差值等內(nèi)在質(zhì)量參數(shù)的對(duì)比分析，得出結(jié)論：1）新舊觀測(cè)場(chǎng)地直線距離相距10千米以內(nèi)，布極方式和觀測(cè)系統(tǒng)相同，觀測(cè)到的地電場(chǎng)資料曲線形態(tài)一致；2）從電測(cè)深曲線得出，新舊場(chǎng)地的地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)、電磁環(huán)境完全相同，因此地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)沒有差異；3）新搬遷地電觀測(cè)場(chǎng)地開闊，周邊無干擾源。

關(guān)鍵詞 地電場(chǎng)；相關(guān)系數(shù)；布極方式；曲線形態(tài)；干擾源

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）230-0128-03

地球表面存在的天然變化電場(chǎng)，它是由地球外部的各種電流體系（電離層、對(duì)流層、磁層的電流體系等）與地球介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的地表感應(yīng)電場(chǎng)稱之為大地電場(chǎng)，大地電場(chǎng)容易受外界磁電等因素的干擾，隨之觀測(cè)數(shù)據(jù)中各種“噪聲”信號(hào)也會(huì)增多。2007年6月在都蘭臺(tái)架設(shè)地電場(chǎng)觀測(cè)。外線路為地埋，深約1.5m，測(cè)區(qū)環(huán)境主要受農(nóng)田灌溉農(nóng)耕拖拉機(jī)干擾。因受建高速公路建設(shè)影響，于2014年11月地電觀測(cè)場(chǎng)地遷建。新遷建的觀測(cè)場(chǎng)地為開闊、平坦的牧區(qū)草場(chǎng)，附件無灌溉，無工廠、無大型用電設(shè)備等，電磁觀測(cè)環(huán)境優(yōu)越，地形為荒灘、無干擾，占地面積50畝，海拔3 198m。本文對(duì)通過對(duì)前后場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)的對(duì)比分析，討論變更場(chǎng)地后的特性，分析對(duì)比地電場(chǎng)觀測(cè)資料的可用性，將為今后更好獲取地電觀數(shù)據(jù)料極奠定了基礎(chǔ)。

1 臺(tái)站概況

都蘭地震臺(tái)位于柴達(dá)木盆地中東的腹部，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，是破壞性地震的多發(fā)地區(qū)。地電場(chǎng)測(cè)區(qū)在上莊村一隊(duì)海拔3 224米。測(cè)區(qū)周圍為草場(chǎng)、農(nóng)田，山脈。O極，NS長(zhǎng)和NS短極外線路均有一水渠低層穿過，外線路為地埋，受農(nóng)田灌溉影響，數(shù)據(jù)臺(tái)階多、數(shù)據(jù)不符合規(guī)范要求。2014年11月搬遷至都蘭縣上莊村二隊(duì)荒灘上，海拔3 198m，地形開闊，環(huán)境穩(wěn)定，數(shù)據(jù)記錄相關(guān)性較高。

2 觀測(cè)系統(tǒng)

2.1 觀測(cè)簡(jiǎn)述

都蘭臺(tái)新、舊觀測(cè)場(chǎng)地使用儀器為ZD9A-Ⅱ，搬遷前后的儀器沒有更換，使用還是原地電場(chǎng)觀測(cè)儀器。

2.2 場(chǎng)地布極方式

1）相同點(diǎn)：電場(chǎng)均采用獨(dú)立布設(shè)電極和線路，采用L型觀測(cè)裝置布設(shè)（圖1）。采用正北正東布設(shè)方式，每個(gè)方向有長(zhǎng)、短兩個(gè)測(cè)道，分別為長(zhǎng)極距300m，短極距為150m，形成6極共用。電極均為固體不極化電極。各電極面水平不超過5°，電極坑中添加飽和NaCL溶液進(jìn)行導(dǎo)電性能處理。

2）不同點(diǎn)：舊場(chǎng)地埋設(shè)在地表凍土層以下的潮濕土壤中，深度1.5m，電極線使用的是六平方的百米銅芯線，對(duì)地絕緣電阻≥5MΩ，線路絕緣不好導(dǎo)致數(shù)據(jù)臺(tái)階影響記錄。新場(chǎng)地電極埋設(shè)在深度約3米的凍土層沙質(zhì)沉積物中。各電極的外線使用的雙芯鎧裝電纜，對(duì)地絕緣電阻≥500MΩ。

3 測(cè)區(qū)環(huán)境對(duì)比

3.1 電測(cè)深曲線

1）地層及地球物理特征相同：地電場(chǎng)測(cè)區(qū)周圍出露的地層有石炭系（C），中生代三疊系（T）、第四系（Q）。

2）曲線類型的劃分及解釋：所獲的二條直流電測(cè)深曲線，曲線形態(tài)相似，南北向的電阻率值小于東西向的電阻率值（表1）。

3.2 測(cè)區(qū)環(huán)境

都蘭臺(tái)地電場(chǎng)原觀測(cè)場(chǎng)地測(cè)區(qū)周圍地形是農(nóng)田，外線路由一水渠低層穿過，數(shù)據(jù)受農(nóng)田灌溉影響嚴(yán)重。其一是電極線采用地埋為6平方百米銅芯線，接頭處理不當(dāng)導(dǎo)致絕緣不好，數(shù)據(jù)記錄失真，臺(tái)階較多，相關(guān)系數(shù)及差值的變化較大，記錄數(shù)據(jù)不符合規(guī)范要求；其二是SW測(cè)項(xiàng)電極線橫穿灌溉渠，受農(nóng)田灌溉影響；其三暴雨天氣雨水流入電極坑內(nèi)，淤泥沉積在電極線穿線管內(nèi)造成斷路，記錄的數(shù)據(jù)失真。

2014年11月地電觀測(cè)場(chǎng)地搬遷至都蘭縣東山根草灘上，整個(gè)地勢(shì)東南高西北低，測(cè)區(qū)場(chǎng)地屬于第四紀(jì)沙質(zhì)沉積物，測(cè)區(qū)周圍地形開闊，環(huán)境穩(wěn)定，沒有地鐵等干擾源。距離地電測(cè)區(qū)一公里左右有烏都輸電線鐵塔，高速公路、有機(jī)化肥加工廠距電場(chǎng)測(cè)區(qū)均在千米以上，小型磚廠距離觀測(cè)場(chǎng)地在1千米以上，距離地電場(chǎng)測(cè)區(qū)最近的有一條農(nóng)牧民上山的土路（約500m左右），主要是摩托車及小型車輛偶然經(jīng)過，這些目前對(duì)測(cè)區(qū)均無影響，測(cè)區(qū)觀測(cè)環(huán)境干擾很小。

4 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4.1 日變形態(tài)對(duì)比

地電場(chǎng)日變與磁場(chǎng)變化的日變化、磁擾變化、磁暴變化等同步變化。電場(chǎng)變化形態(tài)在同區(qū)域具有同步性、廣域區(qū)具有相關(guān)性等。大地電場(chǎng)具有較規(guī)則日變化，一般表現(xiàn)為雙峰單谷，日變曲線并不是簡(jiǎn)單正弦波，其中包含多種諧波成分。新、舊觀測(cè)場(chǎng)地觀測(cè)到的數(shù)據(jù)日變形態(tài)很清晰，即每天中午12時(shí)左右會(huì)呈低值狀態(tài)，兩側(cè)各有一個(gè)極大值。磁靜日變化幅度約為4mV/km左右，與中低緯度地區(qū)大多數(shù)電場(chǎng)日變化的變化范圍相同。

4.2 降雨（雪）、農(nóng)田灌溉數(shù)據(jù)分析

舊場(chǎng)地電場(chǎng)觀測(cè)記錄，測(cè)區(qū)農(nóng)田灌溉和降雨，地電場(chǎng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)變化，持續(xù)一周后數(shù)據(jù)恢復(fù)，降雨時(shí)段與電場(chǎng)變化的時(shí)段在時(shí)間上同步，該變化是由外線路絕緣不好造成（圖2）。其機(jī)理是極化電位不一致，將在測(cè)量回路中產(chǎn)生一個(gè)附加的電位差，影響到地電場(chǎng)觀測(cè)，隨著農(nóng)田灌溉逐漸干涸，電極線周邊水分的蒸發(fā)，一般需要持續(xù)幾天觀測(cè)曲線會(huì)逐步恢復(fù)到正常日變形態(tài)。

在新建地電場(chǎng)場(chǎng)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，外線采用的是雙芯鎧裝電纜，排除了因線路接頭導(dǎo)致的滲水絕緣不好的結(jié)果，同時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定，降雨（雪）等天氣數(shù)據(jù)未受影響。測(cè)區(qū)有降雨時(shí)，地電場(chǎng)數(shù)據(jù)沒有變化（圖3）。

得出電極滲水?dāng)?shù)據(jù)變化的特點(diǎn)：短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)大幅度的數(shù)據(jù)變化，往往是大幅度的突升或者突降，并且滲水時(shí)間越長(zhǎng)引起的“臺(tái)階”時(shí)段越長(zhǎng)，數(shù)值為正常變化值的3倍以上，并且在滲水后的數(shù)據(jù)波動(dòng)變化較多。

4.3 磁擾時(shí)段數(shù)據(jù)

舊觀測(cè)場(chǎng)地地電場(chǎng)磁擾時(shí)大地電場(chǎng)分鐘值觀測(cè)曲線變化形態(tài)，地磁K=5時(shí)地電場(chǎng)觀測(cè)記錄到磁暴事件（圖4）及新場(chǎng)地觀測(cè)數(shù)據(jù)（圖5）。

式中，Xi、Yi為參與計(jì)算的2個(gè)測(cè)道的分鐘測(cè)量數(shù)據(jù)（i=0，1，2，…），N為參加計(jì)算的數(shù)據(jù)總數(shù)，X0、Y0為每天觀測(cè)數(shù)據(jù)的初始值（圖7）。

新舊場(chǎng)地的月差值指標(biāo)可以作為評(píng)價(jià)地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，相關(guān)系數(shù)可以作為觀測(cè)裝置穩(wěn)定性和觀測(cè)環(huán)境電磁干擾程度的依據(jù)之一，相關(guān)系數(shù)越高，代表著2個(gè)數(shù)據(jù)變化幅度、趨勢(shì)越趨向相同，數(shù)據(jù)的可用性就越高。從圖7中可明顯看出新場(chǎng)地的地電場(chǎng)差值要比舊場(chǎng)地的地電場(chǎng)差值低很多，說明地電場(chǎng)新場(chǎng)地的觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)于地電場(chǎng)舊場(chǎng)地，這是由于地電場(chǎng)舊場(chǎng)地外線路絕緣不好及電極老化等引起的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。

5 結(jié)論

通過分析對(duì)比，得出：

1）新布極區(qū)內(nèi)地形開闊、平坦，無鐵、磁管線和其他鐵、磁物體；無生產(chǎn)工業(yè)游散電流和其他電磁信號(hào)的干擾源，沒有地電阻率觀測(cè)干擾。測(cè)量數(shù)據(jù)及相關(guān)系數(shù)極少受降雨和地電暴等自然現(xiàn)象以及不明原因的影響，觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)相關(guān)性很高，能為震前異常提供可靠數(shù)據(jù)。

2）在前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面，通過對(duì)人工或數(shù)據(jù)挖掘方法確認(rèn)儀器對(duì)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。

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