滿洲里地電場地電暴特征分析

摘 要：【目的】以2023年滿洲里地電場受到的地電暴事件為例，分析其基本特征表現(xiàn)。【方法】結(jié)合地磁磁暴事件、K指數(shù)表現(xiàn)等資料數(shù)據(jù)，同時參考日差值、相對變化率、最大變幅等其他質(zhì)量參數(shù)，將該地電場正常數(shù)據(jù)變化曲線、地電暴事件下的數(shù)據(jù)變化曲線、其他典型干擾下的數(shù)據(jù)變化曲線進行綜合對比分析。【結(jié)果】地電場具有廣域性、同步性、持久性等特征，在表現(xiàn)程度上與地磁K指數(shù)存在正相關(guān)。該地電場地電暴事件頻次多于其主要場地環(huán)境事件干擾頻次，但對數(shù)據(jù)曲線的壓制程度往往不及場地環(huán)境事件。【結(jié)論】研究結(jié)果可為地電暴、地電場的進一步科學(xué)研究提供基礎(chǔ)信息資料，為其他地電場的日常數(shù)據(jù)處理提供參考。

關(guān)鍵詞：地電場；地電暴；干擾

中圖分類號：P315.722" " "文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）03-0102-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.021

Study on the Characteristics of Electrical Storm in Manzhouli

Geoelectric Field

JIN Zhihui1 ZHANG Ke2 SHEN Ying1 WU Tong1 ZOU Xinci1 DING Xiuyi1

（1.Hailaer Earthquake Monitoring Center Station， Hailar 021000， China;

2. Inner Mongolia Seismological Bureau， Hohhot 010010， China）

Abstract：[Purposes] Taking the geoelectric storm event of 2023 in Manzhouli Geoelectric field as an example， the basic characteristics of the event are analyzed.[Methods] Combined with geomagnetic storm events， K-index performance and other data， and referring to other quality parameters such as daily difference， relative rate of change， maximum amplitude of change， etc.， the change curve of the normal electric field data， the data change curve under geomagnetic storm events and the data change curve under other typical disturbances was comprehensively analyzed. [Findings] The geoelectric field has the characteristics of wide region， synchronization and persistence， and its performance degree is positively correlated with the geomagnetic K index. Meanwhile， the frequency of electrical storm events in the local electric field is higher than the interference frequency of the main environmental events in the site， but the degree of suppression of the data curve is often lower than that of the environmental events in the site. [Conclusions] This paper provides reference for the daily data processing of other geoelectric fields and basic information for further scientific research of geoelectric storm and geoelectric field.

Keywords： geoelectric field; earth electrical storm; disturbance

0 引言

地電場是地球內(nèi)部的電場，由大氣層中的各種電流體系在地球內(nèi)部所產(chǎn)生的感應(yīng)電場（大地電場）和地殼中的某些物理、化學(xué)作用引起的電場（自然電場）組成。地電場變化特征及其機理研究對地震預(yù)測工作有著重要意義。在孕震過程中，地殼介質(zhì)孕震應(yīng)力等環(huán)境因素的變化，導(dǎo)致地殼介質(zhì)的電性變化，地殼介質(zhì)的電性變化將引起地表大地電場的變化［1］。

在地電場的日常觀測中，除了場地環(huán)境引起的外在干擾外，由太陽風(fēng)引起的空間電磁場劇烈變化形成的地電暴，雖然是一種自然現(xiàn)象，但在數(shù)據(jù)曲線表現(xiàn)上會對正常數(shù)據(jù)曲線有所壓制，對地電場其他正常數(shù)據(jù)質(zhì)量參數(shù)也有所改變，因此也可視其為一種地球物理事件類型的干擾因素［2］。同時，由于地電暴是地磁暴發(fā)生期間地電場觀測中所記錄到的電擾變化［3］，因此其在影響時間、影響程度等方面也與地磁暴存在一定的相關(guān)性。

1 滿洲里地震臺地電場觀測區(qū)概況

滿洲里地震臺地電場觀測區(qū)位于呼倫貝爾草原西側(cè)腹地，滿洲里市區(qū)南郊，距離滿洲里地震臺辦公場所約2 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°26′23″，北緯49°33′16″，海拔為681.8 m，地下主要是黃土層覆蓋，地勢由東南向西北傾斜，如圖1所示。

lt;D：＼Jzianhi＼龍源＼3.21＼河南科技202503PDF＼河南科技202503＼Image＼image1_8.pnggt;圖1 滿洲里地電觀測區(qū)位置示意

該地震臺使用的地電場儀為ZD9A-Ⅱ型數(shù)字地電場儀，于2007年架設(shè)完成，電極埋設(shè)成“L”形，O點電極位于地電場觀測室北側(cè)，南北向長極距電極位于O點電極北側(cè)500 m處，短極距電極位于O點電極北側(cè)250 m處；東西向長極距位于O點電極東側(cè)500 m處，短極距電極位于O點電極東側(cè)250 m處，觀測區(qū)平坦、開闊、無遮擋。電極是蘭州所生產(chǎn)的LGB-3型固體不極化電極，每個電極坑的深度均在4.5 m以上，根據(jù)規(guī)范要求，用PVC管做電極觀測管，將電極置于其中，用長效降阻劑填充后，回填土到與PVC管平齊，然后覆蓋水泥蓋板。外線路采用2.5 m2的鍇裝兩芯銅纜、室內(nèi)線路采用2.5 m2的硬芯銅纜，型號JC22。外線路采用地埋方式鋪設(shè)，地埋深度為1 m。自架設(shè)以來，儀器運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。是由于近些年來觀測場地環(huán)境的不斷變化和儀器自身的老化，干擾因素漸有增強，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量下滑［4］。

2 地電暴干擾表現(xiàn)

在研究地電暴干擾表現(xiàn)之前，需要了解地電場的正常數(shù)據(jù)變化形態(tài)。該臺2023年7月27日至8月1日期間，地電場的正常動態(tài)如圖2所示。可見各測項分量數(shù)據(jù)曲線呈規(guī)律性正常變化，6個測項分量的最大變化幅度范圍為9.94～22.9 3 mV/km，與前期正常變化幅度基本相符，平均日相關(guān)系數(shù)為0.875，日差值平均為0.864。

下文著重對地電暴的干擾表現(xiàn)進行分析。以2023年為例，該地震臺全年共受地電暴干擾40次。從時間分布來看，一季度12次，二季度8次，三季度12次，四季度8次。該臺地電場受到地電暴干擾的典型表現(xiàn)如圖3所示。2023年2月27日至28日地電場6個測試分量數(shù)據(jù)均記錄到大幅度波動，影響了正常的日變形態(tài)。經(jīng)過計算，6個測試分量最大變化幅度范圍34.83～94.40 mV/km，北東長測道變化最為明顯，最大變化幅度為94.40 mV/km，相對變化率為321.6%。變化形態(tài)為噪聲大。檢查儀器及室內(nèi)外線路、避雷裝置，巡視外線路和測區(qū)環(huán)境等一切正常。調(diào)取地磁觀測數(shù)據(jù)，得到最大K指數(shù)為7，因此確定為地電暴事件。

2023年干擾時間最長的一次地電暴如圖4所示。由4月23日開始，共計影響時間為7天1小時58分鐘，最大K指數(shù)達到了7，屬于中烈磁暴。地電場6個測試分量數(shù)據(jù)均記錄到大幅度波動，對數(shù)據(jù)形態(tài)造成了壓制。最大變化幅度范圍為105.14～290.06 mV/km，東西長測道變化最為明顯，最大變化幅度為290.06 mV/km，相對變化率為3 018.3%。

3 地電暴干擾表現(xiàn)與場地環(huán)境干擾表現(xiàn)的不同

該地震臺地電場除了地電暴在內(nèi)的地球物理事件干擾外，近年來還存在一定程度的場地環(huán)境干擾，主要為測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾。發(fā)生時間主要集中在融雪和雨季時段，3月至11月易持續(xù)發(fā)生，單次干擾時間不一，程度不同。因布局方位等原因，重點對地電場東西向和北東向長測道造成影響，在干擾強烈時，相應(yīng)測道數(shù)據(jù)曲線往往表現(xiàn)出大幅度的突跳或階躍形態(tài)，對正常數(shù)據(jù)曲線造成壓制。

2023年5月19日至20日的一次典型的場地環(huán)境干擾事件如圖5所示。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該干擾事件是由測區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電造成。東西和北東長測道數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出大幅度階變形態(tài)，其他測道數(shù)據(jù)為突跳形態(tài)。其中東西長測道最大變化量達到226.60 mV/km，相對變化率為1 430.1%。干擾出現(xiàn)后，工作人員對儀器外線路、電極坑、室內(nèi)外線路接頭、開關(guān)、避雷裝置、配電裝置等進行檢查，檢查結(jié)果均正常，再經(jīng)進一步走訪巡查，判斷為東西長極距以東100 m處的蔬菜大棚輸電線路漏電，對該臺地電場數(shù)據(jù)造成干擾。2023年該干擾共形成場地環(huán)境干擾事件9次。

由上述情況可知，該場地環(huán)境事件對數(shù)據(jù)曲線的壓制程度要高于地電暴事件，且由于布極位置原因，對地電場東西和北東長測道數(shù)據(jù)影響程度遠大于對其他測道的影響程度。但從事件頻次來看，尚小于地電暴事件。

4 結(jié)語

太陽活動引起地球磁場的劇烈擾動，地電暴這一常見的地球物理現(xiàn)象也隨之出現(xiàn)，其往往表現(xiàn)出廣域性、同步性、持久性等特征［5］，對地電場能夠造成一定程度的影響，使各測道正常數(shù)據(jù)變化曲線受到壓制。具體表現(xiàn)為：①同一地電場，不同測道數(shù)據(jù)曲線干擾形態(tài)基本一致，變化幅度相差不大；②地電暴表現(xiàn)強烈程度與地磁K指數(shù)存在正相關(guān)，K指數(shù)越高，地電暴表現(xiàn)越強烈，對地電場的干擾程度也越高。即往往磁暴擾動強度劇烈時，地電暴可記錄到初相、主相、恢復(fù)相完整變化形態(tài)，磁暴強度較弱時，地電暴形態(tài)特征的表現(xiàn)也相對較弱［6］。③就滿洲里地電場而言，場地環(huán)境干擾事件（蔬菜大棚輸電線路干擾）強度和對地電場造成的數(shù)據(jù)壓制程度普遍高于地電暴事件。

本研究分析了滿洲里地電場地電暴特征，旨在為今后各地電場觀測數(shù)據(jù)的日常分析處理、前兆異常判別和分析預(yù)報提供基礎(chǔ)認識，對地電暴及地電場的深入研究及科學(xué)應(yīng)用提供參考。

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