孟凡博，高慧慧

大地電場是重要的地球物理場之一。地電場監(jiān)測手段主要通過觀測地表電場強(qiáng)度及其時空變化特征，為地球物理場、地震監(jiān)測預(yù)測研究服務(wù)。不同的場源分布在地表的地電場有大地電場和自然電場，觀測的是地表分量和時空變化。大地電場是由外空源產(chǎn)生，電離層電流變化，相對變化。自然電場是由地下場源產(chǎn)生，物理化學(xué)反應(yīng)，相對穩(wěn)定。

臺站大地電場觀測的主要任務(wù)是保障觀測數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確、連續(xù)、可靠。本文通過分析青海省5個大地電場運(yùn)行評價、影響觀測質(zhì)量因素及效能評估，得出5 個地電場的數(shù)據(jù)可用性不是很高。通過分析地電場架設(shè)與觀測數(shù)據(jù)密切性進(jìn)行探討，總結(jié)出地電場架設(shè)中需要注意的問題，有效區(qū)別干擾因素和地震前兆異常信息，更好地為地震預(yù)報(bào)服務(wù)。

1 觀測情況簡介

1.1 裝置布極

青海省大地電場觀測分別是都蘭、大武、金銀灘、白水河及攔隆口，見圖1。都蘭和大武地電場外線路敷設(shè)采用地埋方式，電極埋深3.0米。白水河、金銀灘、攔隆口地電場外線路采用架空方式。5 個地震臺站地電場觀測系統(tǒng)配置參數(shù)見表1、表2。

都蘭大地電場觀測采用中國地震局地震預(yù)測研究所研制的ZD9A-II 地電場儀，大武臺和背景場三個臺采用的是ZD9A-2B 地電場數(shù)字觀測儀。電極材料均采用蘭州地震研究所生產(chǎn)的固體不極化電極。5 個臺站地電場觀測外線路敷設(shè)均采用雙“L”型布極方式，見如圖2。

圖1 青海省地電場分布圖

表1 青海省地電場觀測臺站基本信息表

圖2 青海省地電場布極圖

1.2 運(yùn)行評價

選取2015—2018 年全省5 個地電場觀測數(shù)據(jù)，對其完整性、相關(guān)性、歸零差值等內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行分析計(jì)算，初步判斷觀測系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，見表3。

從表3 可以看出，青海省5 個地電場觀測數(shù)據(jù)除都蘭臺外其余4 個觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性不好，數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量不高：其一，觀測系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)大幅度、不穩(wěn)定的漂移變化。其二，引起觀測數(shù)據(jù)變化的原因可能是降雨、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；其三，外線路絕緣性不好，造成數(shù)據(jù)臺階；其四，雷擊、數(shù)采故障等導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。觀測裝置是影響地電場觀測的重要因素之一，線路絕緣和線路接觸問題目前表現(xiàn)比較突出。

表2 青海省區(qū)域電場布極裝置參數(shù)

表3 青海省地電場數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.3 效能評估

對青海省的5 個大地電場觀測臺站分別從基礎(chǔ)資料、資料質(zhì)量、影響因素和震例評估4 個方面進(jìn)行分析，見表4。

表4 青海省地電場觀測臺站預(yù)報(bào)評估得分統(tǒng)計(jì)

從表4 統(tǒng)計(jì)的評估結(jié)果可以看出：無A 類地電場觀測臺站；B 是類都蘭臺，占總數(shù)的10%；C 類是大武和金銀灘，占總數(shù)的45%；D 類是白水河和攔隆口占總數(shù)的45%。由此可鑒，青海省的大地電場觀測整體運(yùn)行評估較差，觀測環(huán)境受干擾嚴(yán)重。

2 架設(shè)中需注意的事項(xiàng)

2.1 布極區(qū)選擇

用于觀測區(qū)域性地球電場變化的地電場觀測場地宜選在構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)。用于監(jiān)測構(gòu)造活動的地電場觀測場地宜選在地震活動帶內(nèi)或活動斷裂附近。不宜選在重鹽堿地、沼澤地和沙漠中。地形開闊，地勢平坦，地形高差不宜大于電極距的5%。深度10m 以內(nèi)表層介質(zhì)的電阻率宜大于10Ωm，不宜選在抽水漏斗區(qū)內(nèi)，邊緣避開大型水庫[1]。避開建筑物等設(shè)備和農(nóng)田灌溉影響。

2.2 電極埋設(shè)及安裝

2.2.1 電極埋設(shè)的基本要求

1）避開污水區(qū)、浮土、料石充填部位，清除坑內(nèi)樹根、草皮、腐爛植被或其它雜物；2）埋設(shè)在凍土層或地下潛水面之下，埋深大于3m；3）同一對電極埋設(shè)處的介質(zhì)盡量一致。

2.2.2 電極坑的預(yù)處理

泥土層、沙土層地區(qū)的電極坑勿需處理；卵石層、礫石層地區(qū)電極坑須要預(yù)處理。

2.2.3 電極系統(tǒng)的安裝

先挖一個≥3.0m 深的電極坑，在電極坑底部的中心再挖一∮110x500mm 的圓形孔，將電極垂直放入圓形孔中，并倒入3kg～4kg 食用鹽，保證鹽與電極引線處的穩(wěn)定劑緊密接觸。填入1m 以上清潔細(xì)土，保證土與電極穩(wěn)定劑緊密接觸，最后，將原位細(xì)土逐層回填坑中并夯實(shí)，直至地表（略高于地表）。嚴(yán)禁提拉電極引線，以防止電極松動或被拔出。整個電極管不能碰撞硬物或摔落地上，避免管子破裂。

2.3 電極引線和測線的連接

1）將電極引線與測量線焊接牢固；2）焊接點(diǎn)清潔處理干凈；3）密封接頭用小熱縮管封好焊接全部封住。

2.4 測量線路敷設(shè)

測量線路基本要求：采用抗老化絕緣導(dǎo)線線電阻不大于20/km 抗拉強(qiáng)度不小于20N/mm2測量線路，施工要求采用銅導(dǎo)線，可采用鎧裝電纜（銅芯不小于4mm2），或絕緣性能較好的定制電纜等。不能將未做絕緣防腐處理的普通或室內(nèi)用導(dǎo)線直接地埋。

3 故障判斷

3.1 電極故障

1）電極變化會引起北南、東西2 個測道在同一時間內(nèi)發(fā)生同向變化，變化幅度的大小與電極距成反比。2）電極的變化會引起北南、北西2 個測道在同一時間內(nèi)發(fā)生反向變化，變化幅度的大小與電極距成反比。電極的變化會引起東西、北西2 個測道在同一時間內(nèi)發(fā)生同向變化，變化幅度的大小與電極距成反比。3）電極異常變化有可能引起兩個相關(guān)測道朝單一方向緩慢漂移而不能自行恢復(fù)。當(dāng)懷疑某一電極有故障時，最可靠的辦法是 在其附近埋設(shè)一個完好的電極，通過短時間的對比觀測，判斷原電極的優(yōu)劣。

圖3

圖4 都蘭臺地電場2016年12月3日分鐘值

3.2 外線路漏電

測線線路出現(xiàn)漏電、接觸不良時，數(shù)據(jù)會隨時間的變化產(chǎn)生“臺階”和高頻變化。隨著水分蒸發(fā)，數(shù)據(jù)恢復(fù)原狀，見圖3。

3.3 近場源干擾

2016 年12 月3 日都蘭臺地電場測區(qū)附近布設(shè)捕獵電網(wǎng)造成干擾，見圖4。

4 結(jié)論及討論

通過以上分析，得出地電場架設(shè)需要注意事項(xiàng)及裝置系統(tǒng)故障判斷。測區(qū)環(huán)境選址、電極安裝、外線路敷設(shè)等是地電場架設(shè)中不可忽視的重要部分，與觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量也是緊密相連的，只有把儀器架設(shè)好了才能排除外界環(huán)境和一些人為的干擾，總結(jié)出地電場自身的變化規(guī)律，在觀測中才能有效的區(qū)別干擾因素和地震前兆異常信息，更好地為地震預(yù)報(bào)服務(wù)。在日常值班時，值班人員要認(rèn)真分辨是由于外線路還是儀器自身原因，及時解決，保證資料的可靠、連續(xù)。