羅詞建

（陜西省地震局，西安 710068）

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大，基本形成“西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電發(fā)展格局[1]。在傳輸方式上，優(yōu)點(diǎn)突出的高壓直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)被普遍應(yīng)用。然而，有研究表明，高壓直流輸電對(duì)地震觀測(cè)中電磁觀測(cè)的影響是客觀存在的。

蔣延林等[2]研究認(rèn)為，在工程試運(yùn)行階段及運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流，在輸電線及換流站周圍產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng)將影響正常的電磁觀測(cè)，尤其是對(duì)輸電線路兩側(cè)300 km內(nèi)范圍的電磁觀測(cè)影響尤為劇烈。

唐波等[3]指出，高壓直流輸電線路對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的干擾主要為線路極導(dǎo)線的合成場(chǎng)的干擾和換流站接地極入地電流的干擾；葛光祖[4]分析了直流輸電系統(tǒng)對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的干擾機(jī)理和干擾特點(diǎn)，結(jié)合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行方式和地電場(chǎng)觀測(cè)儀器的觀測(cè)原理，認(rèn)為直流輸電系統(tǒng)極導(dǎo)線合成場(chǎng)和接地極入地電流會(huì)對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)造成電磁干擾。寶德線路較短，本文不考慮合成場(chǎng)的影響，著重研究入地電流的影響。

王向陽(yáng)等[5]以山西地磁場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)站和山西、寧夏、山東部分地電場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)為例，分析其受寧夏—山東±660 kV直流輸電工程運(yùn)行的干擾情況，結(jié)果表明，高壓直流輸電工程的運(yùn)行對(duì)山西地磁場(chǎng)觀測(cè)及送受端換流站附近的寧夏、山東地電場(chǎng)觀測(cè)影響明顯。這也表明了高壓直流輸電對(duì)地磁場(chǎng)和地電場(chǎng)的干擾是同步的。也就是說(shuō)在工程試運(yùn)行調(diào)試階段或運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，線路產(chǎn)生較大的不平衡電流，從而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)或通過(guò)接地極流入大地，致使一定范圍內(nèi)的地磁觀測(cè)受到影響，一定范圍內(nèi)的地電場(chǎng)觀測(cè)也會(huì)同時(shí)受到影響。

寶雞—德陽(yáng)±500 kV高壓直流輸電工程途經(jīng)陜西、甘肅、四川三省，分布在線路兩端及周邊500 km范圍內(nèi)的陜、甘、寧、晉、豫、鄂、渝、川等?。ㄊ?、區(qū)）的20多個(gè)地電場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)站受到不同程度的影響。這些地電場(chǎng)臺(tái)站分布在多個(gè)不同的地震斷裂構(gòu)造帶附近，通過(guò)研究高壓直流輸電對(duì)線路周邊地電場(chǎng)觀測(cè)干擾的特征和規(guī)律，有助于獲得地電場(chǎng)臺(tái)站監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的地下介質(zhì)的電性參數(shù)變化，對(duì)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中震前異常判定具有極其重要的意義。

1 寶雞—德陽(yáng)±500 kV高壓直流輸電工程簡(jiǎn)介

寶雞—德陽(yáng)±500 kV高壓直流輸電工程（以下簡(jiǎn)稱寶德線）于2009年12月28日建成投入運(yùn)行。寶德線起點(diǎn)為陜西寶雞（鳳翔縣柳林鎮(zhèn)）換流站，落點(diǎn)為四川德陽(yáng)（羅江區(qū)御營(yíng)鎮(zhèn)）換流站，線路全長(zhǎng)約534 km，途經(jīng)陜西、甘肅、四川3省[6]。線路額定電壓為±500 kV，額定容量為3 000 MW，額定電流3 000 A，最大持續(xù)電流3 390 A，最大短時(shí)電流4 500 A。寶雞換流站接地極極址位于千陽(yáng)縣城北8 km處的張家塬，與換流站相距約27 km；德陽(yáng)換流站接地極極址位于綿陽(yáng)市安縣永河鎮(zhèn)梓潼村，與換流站相距約25 km[7]。

寶德線作為“南北互供”線路，其送電方向會(huì)因時(shí)因需而變。德陽(yáng)換流站作為整流站，寶雞換流站作為逆變站運(yùn)行時(shí)，稱為功率正送運(yùn)行方式；德陽(yáng)換流站作為逆變站，寶雞換流站作為整流站運(yùn)行時(shí)，稱為功率反送運(yùn)行方式。德寶直流輸電工程主要在正送方式下運(yùn)行即常規(guī)送電方向?yàn)閺乃拇ǖ牡玛?yáng)換流站至陜西的寶雞換流站。四川、陜西兩地分別利用各自的水資源和煤礦資源進(jìn)行發(fā)電，并形成“南北互供”。豐水期，將四川的“水電”通過(guò)功率正送方式輸送到陜西；枯水期，將陜西的“火電”通過(guò)功率反送方式輸送到四川，形成“水火互濟(jì)”，優(yōu)化了兩地能源資源，提高了兩地的用電水平，同時(shí)也為研究提供了更豐富的資料。

2 地電場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)站

圖1 為寶德線的線路走向及其周邊地電場(chǎng)臺(tái)站分布圖。如圖所示，在線路東北側(cè)主要分布有陜西的鳳翔、寶雞、周至、乾陵、合陽(yáng)臺(tái)及山西的臨汾、夏縣和河南的洛陽(yáng)、周口等臺(tái)；在線路西北側(cè)分布有寧夏的固原（彭堡）、中衛(wèi)、銀川臺(tái)以及甘肅的平?jīng)觯ㄡ轻迹⑻焖?、蘭州臺(tái)和天祝地電場(chǎng)臺(tái)陣；線路西南側(cè)有甘肅的漢王、四川的江油、成都、瑪曲、甘孜等臺(tái)；線路東南側(cè)有重慶的武?。ㄏ膳剑⑽紫t池壩）及湖北的應(yīng)城臺(tái)。觀測(cè)儀器型號(hào)為ZD9A型或GEF-II型大地電場(chǎng)儀，頻率范圍為：0～0.1 Hz，采樣率：1次/min。這些臺(tái)站都是多極距布設(shè)裝置系統(tǒng)，即在東西、南北、北東（或北西）方向上布設(shè)了兩道長(zhǎng)短不一的極距，以便排除噪聲，從而監(jiān)測(cè)到真正的地電場(chǎng)信號(hào)。各電場(chǎng)臺(tái)站的電極布極均采用雙“L”型，即每個(gè)臺(tái)站在兩個(gè)正交方向NS、EW和斜道方向NE（或NW）均有兩個(gè)測(cè)道，即長(zhǎng)、短極距觀測(cè)。在此需要說(shuō)明的是，鳳翔臺(tái)的電極布設(shè)雖然也為雙“L”型，但其斜道的方向?yàn)镹S，兩正交方向是NE和NW。

圖1 寶德線的線路走向及其周邊地電場(chǎng)臺(tái)站分布圖

3 地震地質(zhì)背景

馬欽忠[8-11]等研究人工源地電場(chǎng)空間變化區(qū)域性特征時(shí)，認(rèn)為在許多地電場(chǎng)臺(tái)站可以觀測(cè)到來(lái)自人工源的附加地電場(chǎng)信號(hào)，且該附加地電場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)度和變化特征與本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。本文研究區(qū)域主要涉及到鄂爾多斯地塊西南緣的斷裂帶、汾渭地震帶、秦嶺構(gòu)造帶、龍門山斷裂帶等。這些斷裂帶均屬于大尺度范圍的斷裂帶，也是電性結(jié)構(gòu)非均勻性地帶；在局部還存在小規(guī)模的活動(dòng)斷裂，如布設(shè)有多個(gè)地電場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)站的六盤山地震帶由第四紀(jì)活動(dòng)十分強(qiáng)烈的斷裂構(gòu)成，主要表現(xiàn)為擠壓逆沖和左旋走滑運(yùn)動(dòng)。歷史上發(fā)生過(guò)10多次7級(jí)以上強(qiáng)震或大震，僅20世紀(jì)以來(lái)，就先后發(fā)生了包括l920年海原8.5級(jí)地震的多次大震。其頻度之高，強(qiáng)度之大，在中國(guó)大陸實(shí)屬少見(jiàn)。地電場(chǎng)觀測(cè)規(guī)范規(guī)定臺(tái)站一般布設(shè)在地震斷裂帶附近。在寶德線北端附近的陜西省地電場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)中的鳳翔臺(tái)，地質(zhì)構(gòu)造上處于隴縣-岐山馬召斷裂附近；乾陵臺(tái)處于渭河斷陷盆地中段與陜北黃土高原分界線附近，在關(guān)山-口鎮(zhèn)斷裂以南、乾縣-富平斷裂的北側(cè)；寶雞臺(tái)處于控制渭河斷陷盆地的秦嶺北緣斷裂以北、渭河斷裂的南側(cè)，渭河EW向斷裂與虢鎮(zhèn)-固關(guān)NW向斷裂的交匯部位附近；周至臺(tái)處于隴縣-岐山-馬召斷裂與周至-余下斷裂交匯處，距離秦嶺北緣斷裂約4 km；合陽(yáng)臺(tái)處于韓城斷裂與從測(cè)區(qū)西3～5 km處通過(guò)的合陽(yáng)-蒲城隱伏斷裂之間，靠近韓城斷裂附近。甘肅平?jīng)雠_(tái)，寧夏的固原臺(tái)、銀川臺(tái)、中衛(wèi)臺(tái)都是布設(shè)在六盤山斷裂帶附近。

南端的主要斷裂帶為龍門山斷裂帶，由3條大斷裂構(gòu)成，分別是：龍門山后山大斷裂，其范圍大致是汶川—茂縣—平武—青川一線；龍門山中央大斷裂的范圍大致是映秀—北川—關(guān)莊一線；龍門山主山前邊界大斷裂的范圍大致是都江堰—漢旺—安縣一線。成都、江油臺(tái)基本都布設(shè)在上述斷裂帶附近。寶德線的走向與南北地震帶走向基本平行，且與其近年來(lái)地震頻發(fā)的中段距離非常近。

4 地電場(chǎng)變化特征分析

當(dāng)高壓直流輸電線路故障或調(diào)試時(shí)，在線路接地極附近一定范圍內(nèi)的地電場(chǎng)觀測(cè)會(huì)受到某種程度的影響，在地震觀測(cè)中將這種影響稱為“高直干擾”，其具體表現(xiàn)是在正常的地電場(chǎng)觀測(cè)曲線上疊加了高壓直流輸電線路產(chǎn)生的附加電場(chǎng)。本文研究的來(lái)自寶德線的高直干擾實(shí)際就是一種人工源附加電場(chǎng)，只不過(guò)這種人工源產(chǎn)生的入地電流不是人為刻意注入的，而是高壓直流輸電線路調(diào)試和運(yùn)行出故障時(shí)產(chǎn)生的，在全國(guó)范圍地電場(chǎng)和地磁場(chǎng)觀測(cè)中高直干擾是普遍存在的。蔣延林等在分析高壓直流輸電對(duì)地磁觀測(cè)影響的特征時(shí)指出，位于高壓直流輸電線路兩側(cè)的地磁臺(tái)站受高直干擾時(shí)，其Z分量變化方向相反，基本滿足右手螺旋定則[2]。因此，可以通過(guò)高直干擾產(chǎn)生時(shí)地磁場(chǎng)Z分量的變化方向來(lái)判斷線路的電流方向。來(lái)自寶德線的高直干擾每年次數(shù)并不固定，有的年份多，有的年份少。但從總體上看，在每年春夏之交、秋冬之交，也就是上半年4—5月、下半年11—12月，因改變供電方向時(shí)需要調(diào)試系統(tǒng)，干擾次數(shù)較其他時(shí)段多得多。寶德線隨季節(jié)而調(diào)整的特殊供電方式，為判斷線路的電流方向提供了參考，同時(shí)也為本文研究地電場(chǎng)觀測(cè)受高直干擾時(shí)的附加電場(chǎng)變化特征提供了更多的基本資料。下面分別分析3次典型的附加電場(chǎng)的變化特征。

4.1 四川德陽(yáng)向陜西寶雞供電時(shí)產(chǎn)生附加電場(chǎng)的特征

2015年6月14日，寶德線從四川德陽(yáng)向陜西寶雞方向供電，北京時(shí)間2時(shí)1分至3時(shí)29分線路周邊多個(gè)地電場(chǎng)臺(tái)記錄到其附加電場(chǎng)。圖2給出了這些地電場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)到的附加地電場(chǎng)波形圖，表1計(jì)算了各臺(tái)各分量附加地電場(chǎng)變化幅值。在表1中，為了表述方便將NE方向的數(shù)據(jù)填寫在表格EW欄內(nèi)；分別表示NS方向地電場(chǎng)長(zhǎng)、短極距電場(chǎng)分量，其他方向均如此表示。表1給出了能夠觀測(cè)到該附加地電場(chǎng)的各臺(tái)站每個(gè)分量最大幅值的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

由圖2和表1可以看出，當(dāng)附加電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)，測(cè)區(qū)地電場(chǎng)的變化特征表現(xiàn)為以下4個(gè)方面。

表1 2015年6月14日寶德線周邊地電場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)到的地電場(chǎng)信號(hào)特征

圖2 2015年6月14日寶德線周邊地電場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)到的附加電場(chǎng)波形圖

1）高直干擾的影響范圍特征。產(chǎn)生干擾時(shí)，在距離信號(hào)源（寶雞或德陽(yáng)換流站）28～412 km范圍內(nèi)的多個(gè)臺(tái)記錄到附加電場(chǎng)。從記錄到的附加電場(chǎng)變化幅值來(lái)看，隨著與信號(hào)源距離的增加，附加地電場(chǎng)變化幅值隨之減小，但存在遠(yuǎn)距離臺(tái)站的觀測(cè)幅值大于近距離臺(tái)站觀測(cè)幅值的現(xiàn)象。鳳翔臺(tái)距離信號(hào)源僅28 km，記錄到的信號(hào)幅值最大，距離信號(hào)源100 km處的乾陵臺(tái)觀測(cè)到的幅值比距離信號(hào)源51 km寶雞臺(tái)的大，與乾陵臺(tái)到信號(hào)源距離相當(dāng)?shù)闹苤僚_(tái)記錄的附加電場(chǎng)變化幅值反而比乾陵臺(tái)記錄到的小很多，甚至與距離376 km的夏縣臺(tái)、412 km的臨汾臺(tái)記錄的變化幅值相當(dāng)。

2）附加電場(chǎng)變化形態(tài)和極化方向特征（變化方向）。當(dāng)附加電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)，在距離較近的鳳翔臺(tái)、乾陵臺(tái)、成都臺(tái)觀測(cè)到了完整的方波，其他臺(tái)站觀測(cè)到的波形均發(fā)生了不同程度的畸變。附加電場(chǎng)極化方向特征是指地電場(chǎng)觀測(cè)中異常信號(hào)的增長(zhǎng)方式，即正增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)。如圖2所示，在寶雞端有的臺(tái)站記錄的是正向附加電場(chǎng)，如鳳翔臺(tái)、平?jīng)雠_(tái)的6個(gè)分量附加電場(chǎng)全部為正；有的臺(tái)站記錄的是負(fù)向附加電場(chǎng)，如寶雞臺(tái)、合陽(yáng)臺(tái)的6個(gè)分量附加電場(chǎng)全部為負(fù)。在德陽(yáng)端武隆臺(tái)6個(gè)分量記錄的是正向附加電場(chǎng)，無(wú)臺(tái)站記錄到6個(gè)分量全為負(fù)向的附加電場(chǎng)。其余臺(tái)站三個(gè)分量記錄的附加電場(chǎng)中有的是正向，有的是負(fù)向，各臺(tái)站并不一致，但各臺(tái)站同方向上長(zhǎng)、短極距記錄的附加電場(chǎng)方向是一致的，要么都為正向，要么都為負(fù)向。

3）記錄到本次附加電場(chǎng)的臺(tái)站中最近的臺(tái)是28 km（即表1中的r值）處的鳳翔臺(tái)，其長(zhǎng)極距NS分量幅值達(dá)236.04 mV?km-1，最遠(yuǎn)的臺(tái)是r為412 km的臨汾臺(tái)。但也存在距離較近而未記錄到附加電場(chǎng)的臺(tái)站，如r分別為116 km的天水臺(tái)、335 km的蘭州臺(tái)、362 km的中衛(wèi)臺(tái)、399 km的銀川臺(tái)均未記錄到附加電場(chǎng)；處在線路中段且距寶雞換流站249 km、距德陽(yáng)換流站221 km的漢王臺(tái)到線路的垂直距離約為115 km，未記錄到附加電場(chǎng)。最為特殊的是距離寶雞換流站僅116 km的天水臺(tái)也未記錄到附加電場(chǎng)。距離寶雞換流站400～500 km范圍內(nèi)的天祝地電場(chǎng)臺(tái)陣均未觀測(cè)到該信號(hào)。另外，距離寶雞換流站480 km、距離德陽(yáng)換流站367 km的瑪曲臺(tái)當(dāng)時(shí)記錄到的電場(chǎng)波形畸變程度大，且變化幅度小，很難判斷是本次干擾，在此不作深入分析。

4）從附加電場(chǎng)信號(hào)衰減速度看，寶雞端東側(cè)記錄到信號(hào)最遠(yuǎn)的是412 km處的臨汾臺(tái)，寶雞端西側(cè)記錄到信號(hào)最遠(yuǎn)的是176 km處的固原臺(tái)。德陽(yáng)端西側(cè)221 km處的漢王臺(tái)未記錄到附加電場(chǎng)，而在東側(cè)386 km處的武隆臺(tái)記錄到的附加電場(chǎng)非常清晰。

5）在地電場(chǎng)均勻度，即長(zhǎng)、短極距信號(hào)幅值比方面，臨汾臺(tái)最大可達(dá)4.1，鳳翔臺(tái)最大為4.2，其余臺(tái)站附加地電場(chǎng)的均勻度均較好，即長(zhǎng)、短極距信號(hào)幅值比約為1。

4.2 陜西寶雞向四川德陽(yáng)供電時(shí)產(chǎn)生附加電場(chǎng)的特征

2016年11月22日，寶德線從陜西寶雞向四川德陽(yáng)方向供電，北京時(shí)間11時(shí)52分至16時(shí)22分，線路周邊多個(gè)地電場(chǎng)臺(tái)記錄到附加電場(chǎng)。圖3給出了各地電場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)到的附加地電場(chǎng)波形圖，表2計(jì)算了各臺(tái)各分量附加地電場(chǎng)變化幅值。

由圖3和表2可以看出，當(dāng)附加電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)，測(cè)區(qū)地電場(chǎng)的變化特征表現(xiàn)為以下5部分。

表2 2016年11月22日各臺(tái)站觀測(cè)到的地電場(chǎng)信號(hào)特征

圖3 2016年11月22日寶德線周邊地電場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)到的附加電場(chǎng)波形圖

1）高直干擾的影響范圍。此次干擾產(chǎn)生時(shí)，在距離信號(hào)源（寶雞或德陽(yáng)換流站）28～376 km范圍內(nèi)的多個(gè)臺(tái)記錄到附加電場(chǎng)，相比2015年6月14日記錄的情況，能夠記錄到附加電場(chǎng)的范圍似乎更小，而實(shí)際情況是因?yàn)楫?dāng)時(shí)正常的大地電場(chǎng)變化幅度較大造成的。

2）附加電場(chǎng)變化形態(tài)和變化方向。如圖3所示，變化形態(tài)與2015年6月14日的情況一致，在距離信號(hào)源較近的鳳翔臺(tái)、乾陵臺(tái)、成都臺(tái)、江油臺(tái)均觀測(cè)到了完整的方波，其他臺(tái)站觀測(cè)到的波形均發(fā)生了不同程度的畸變。無(wú)論在北端還是在南端，各臺(tái)各分量的變化方向正好與2015年6月14日的方向相反，在此不再贅述。

3）記錄到本次附加電場(chǎng)的臺(tái)站中最近的臺(tái)是28 km處的鳳翔臺(tái)，其長(zhǎng)極距NS分量幅值達(dá)-235.27 mV·km?1，最遠(yuǎn)的是376 km處的夏縣臺(tái)。但也存在記錄波形不清晰和未記錄到的臺(tái)站，如r分別為386 km的武隆臺(tái)、399 km的銀川臺(tái)、105 km的平?jīng)雠_(tái)記錄的附加電場(chǎng)與當(dāng)時(shí)變化幅度較大的正常背景疊加在一起，附加電場(chǎng)波形難以區(qū)分，變化幅值讀取不準(zhǔn)（相應(yīng)附加電場(chǎng)信息量與天然電場(chǎng)噪聲相當(dāng)，而無(wú)法識(shí)別）；r值分別為116 km的天水臺(tái)、221 km的漢王臺(tái)、335 km的蘭州臺(tái)、362 km的中衛(wèi)臺(tái)、412 km的臨汾臺(tái)、447 km的巫溪臺(tái)均未記錄到附加電場(chǎng)。

4）從附加電場(chǎng)信號(hào)衰減速度看，也與2015年6月14日的情況一致，這通過(guò)對(duì)比表1和表2的附加電場(chǎng)幅度值的絕對(duì)值就可以看出來(lái)。無(wú)論在寶雞端還是在德陽(yáng)端，其附加電場(chǎng)在線路東側(cè)傳輸距離都比西側(cè)傳輸距離遠(yuǎn)，說(shuō)明在西側(cè)衰減快，在東側(cè)衰減慢。

5）在地電場(chǎng)均勻度方面，鳳翔臺(tái)最大為4.1，其余臺(tái)站附加地電場(chǎng)的均勻度均較好，各臺(tái)的均勻度與2015年6月14日的基本相同。如2016年11月22日鳳翔臺(tái)長(zhǎng)極距3個(gè)分量變化幅度值差異較大，EW分量其長(zhǎng)短極距變化幅度差異也較大。

4.3 2018年4月28—29日記錄的附加電場(chǎng)特征

2018年4月28—29日，寶德線由四川德陽(yáng)向陜西寶雞供電，線路周邊較大范圍的地電場(chǎng)臺(tái)站記錄到了附加電場(chǎng)。由圖4可見(jiàn)，分別處于線路北、南兩端的鳳翔、江油臺(tái)長(zhǎng)極距各分量記錄到的附加電場(chǎng)實(shí)際分為兩部分，即兩個(gè)時(shí)段。其第一個(gè)時(shí)段是4月28日10時(shí)20分至4月29日10時(shí)17分，第二個(gè)時(shí)段是4月29日11時(shí)32分至12時(shí)26分。兩個(gè)時(shí)段的變化幅度明顯不同，如鳳翔臺(tái)NS分量第一 時(shí) 段 變 化 幅 度 為99.48 mV·km?1，第 二 時(shí) 段為201.51 mV·km?1。鳳翔臺(tái)其他分量和江油臺(tái)的各分量記錄的兩次附加電場(chǎng)變化幅度也不一致。通過(guò)對(duì)比多個(gè)臺(tái)站記錄情況，發(fā)現(xiàn)鳳翔、乾陵、江油等臺(tái)均能記錄到兩個(gè)時(shí)段的附加電場(chǎng)，除此之外的臺(tái)站只能記錄到第二個(gè)時(shí)段的附加電場(chǎng)。線路北端能記錄到附加電場(chǎng)的較遠(yuǎn)臺(tái)站分別是甘肅天祝地電場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)陣中的松山、古豐臺(tái)以及寧夏的銀川臺(tái)，南端能記錄到附加電場(chǎng)的較遠(yuǎn)臺(tái)站有重慶武隆仙女山臺(tái)、巫溪紅池壩臺(tái)以及湖北的應(yīng)城臺(tái)（應(yīng)城臺(tái)的r為853 km，由于其分辨率低、可信度有限，本文不予考慮）。結(jié)合線路兩邊地磁臺(tái)Z分量干擾變化幅度可以看出，兩個(gè)時(shí)段來(lái)自信號(hào)源的信號(hào)強(qiáng)度大小明顯不同。根據(jù)地磁場(chǎng)所和地電場(chǎng)受高壓直流干擾的機(jī)理可知，兩個(gè)時(shí)段從接地極進(jìn)入大地的電流大小不同是導(dǎo)致兩個(gè)時(shí)段記錄的附加電場(chǎng)幅值產(chǎn)生差異的直接原因。

圖4 2018年4月28—29日多個(gè)地電場(chǎng)臺(tái)長(zhǎng)極距NS分量附加電場(chǎng)波形圖

4.4 比值曲線變化特征

以距離最近、變化幅度最大的鳳翔臺(tái)長(zhǎng)極距NS分量的附加電場(chǎng)值為準(zhǔn)，其他臺(tái)站附加電場(chǎng)值與之相比，得出比值曲線如圖5所示。圖中，黑色線為2015年6月14日的比值曲線；紅色線為2016年11月22日的比值曲線。可以看出，兩次高直干擾產(chǎn)生的附加電場(chǎng)比值曲線基本重合。經(jīng)計(jì)算分析，多次干擾時(shí)各臺(tái)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)變化幅值比值曲線也基本重合。由此可推出，當(dāng)某臺(tái)的比值出現(xiàn)較大偏差時(shí)，說(shuō)明幅值變化異常，產(chǎn)生的原因可能是觀測(cè)系統(tǒng)故障或其他干擾，也可能是臺(tái)站位置電性參數(shù)發(fā)生改變。

圖5 多臺(tái)長(zhǎng)極距NS分量附加電場(chǎng)變化幅度比值曲線

5 討論與結(jié)論

附加電場(chǎng)的變化主要體現(xiàn)在幅值、變化形態(tài)和變化方向3個(gè)方面。

1）附加電場(chǎng)的幅值。各臺(tái)記錄的附加電場(chǎng)的幅值大小決定了高直干擾的影響范圍。歸結(jié)起來(lái)，附加電場(chǎng)的幅值大小主要受信號(hào)源和傳輸介質(zhì)兩個(gè)方面的因素影響。

據(jù)方煒等[12]研究，高壓直流輸電對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)的影響與入地電流成正比，與地電場(chǎng)觀測(cè)場(chǎng)地到換流站接地極的距離的平方和影響區(qū)域的電導(dǎo)率成反比。也就是說(shuō)，對(duì)于同一個(gè)地電臺(tái)來(lái)說(shuō)，當(dāng)入地電流增大時(shí)，地電場(chǎng)受影響的幅度也隨之增大；在入地電流不變時(shí)，距離接地極越近的地電臺(tái)受影響幅度也越大，與接地極距離相等的地電臺(tái)受影響幅度取決于臺(tái)站所在區(qū)域的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率越大的臺(tái)站受影響的幅度越小，符合歐姆定律揭示的電場(chǎng)與電導(dǎo)率的關(guān)系。

馬欽忠等[8-11]在對(duì)比研究陜甘寧晉地區(qū)、川滇地區(qū)、山東半島等處的附加電場(chǎng)信號(hào)特征時(shí)，認(rèn)為這些區(qū)域中的斷裂帶均屬于大尺度范圍的電性結(jié)構(gòu)非均勻性地帶，對(duì)地下電流的傳播有一定影響。不同地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、斷裂帶的分布規(guī)模和走向及地下電性結(jié)構(gòu)均相差很大，導(dǎo)致不同地區(qū)地電場(chǎng)的空間變化特征存在差異。

本文研究顯示：

①在距離信號(hào)源（寶雞或德陽(yáng)換流站）28 ～412 km范圍內(nèi)的多個(gè)地電場(chǎng)臺(tái)記錄到附加電場(chǎng)，總體上看，附加電場(chǎng)幅值大小與線路中供電電流的大小有關(guān)，且隨著與信號(hào)源距離的增加附加地電場(chǎng)變化幅值隨之減小，但存在遠(yuǎn)距離臺(tái)站變化幅值大于近距離臺(tái)站變化幅值和近距離臺(tái)站記錄不到的現(xiàn)象。

②比較多個(gè)臺(tái)站記錄的附加電場(chǎng)，可看出附加電場(chǎng)信號(hào)在不同區(qū)域傳播的距離遠(yuǎn)近也不同，似乎顯示一定的方向性分布特征，揭示各地區(qū)的地電場(chǎng)變化的區(qū)域性差異。這與馬欽忠等研究的結(jié)果類似，寶德線高壓直流輸電線路產(chǎn)生的附加電場(chǎng)信號(hào)在地震斷裂帶（如鄂爾多斯地塊的西南緣的斷裂帶、汾渭地震帶）走向傳輸較遠(yuǎn)，在垂直（跨越）斷裂帶走向的方向傳輸較近，甚至記錄不到的情況。也就是說(shuō)，地震斷裂帶對(duì)電場(chǎng)信號(hào)的傳輸在垂直走向上具有阻隔作用，在沿走向方向上有傳導(dǎo)作用。

③同一臺(tái)站不同分量記錄的附加電場(chǎng)變化幅度存在較大差異，相同分量不同極距記錄的附加電場(chǎng)變化幅度比即均勻度差別也較大，即同一方位上，長(zhǎng)短不同的極距所測(cè)得的附加電場(chǎng)值呈現(xiàn)比較復(fù)雜的情況。供電方向和大小相同時(shí)，多臺(tái)相同分量多次記錄的附加電場(chǎng)變化幅度比值基本保持不變。

2）附加電場(chǎng)變化形態(tài)和變化方向。

通過(guò)對(duì)上述3次典型附加電場(chǎng)變化情況的研究可以看出：

①附加電場(chǎng)信號(hào)存在方向性。附加電場(chǎng)的變化方向主要取決于線路供電方向（即入地電流的方向）。對(duì)于同一個(gè)臺(tái)站同一個(gè)分量來(lái)說(shuō)，兩次不同方向供電時(shí)，產(chǎn)生的附加電場(chǎng)方向正好相反；兩次相同方向供電時(shí)，產(chǎn)生的附加電場(chǎng)方向也一致。這種一致性可以用來(lái)對(duì)線路影響范圍內(nèi)地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)接線正確與否進(jìn)行判斷[13]。

②附加電場(chǎng)信號(hào)的波形主要表現(xiàn)為方波，但存在著隨臺(tái)站與信號(hào)源距離的增加畸變程度增大的現(xiàn)象。一些臺(tái)站只能記錄到大電流開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的尖峰脈沖信息。由高壓直流輸電線路產(chǎn)生的附加電場(chǎng)形成機(jī)理可知，在接地極附近一定范圍內(nèi)的臺(tái)站均會(huì)受到入地電流的影響。對(duì)于像寶德線這樣全長(zhǎng)僅約為534 km（兩極球面距離為446 km）的線路，處在其中段附近的臺(tái)站將會(huì)同時(shí)受到兩個(gè)接地極入地電流的影響，兩個(gè)極的電流方向相反。本研究中，唯一處在線路中段的臺(tái)站是距寶雞換流站249 km、距德陽(yáng)換流站221 km的漢王臺(tái)，其到線路的垂直距離約為115 km，但未記錄到附加電場(chǎng)。除此之外，再無(wú)合適臺(tái)站資料來(lái)研究本條線路中段臺(tái)站記錄附加電場(chǎng)波形特征。

③對(duì)于某次附加電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，同一個(gè)地電場(chǎng)臺(tái)相同分量的長(zhǎng)、短極距記錄到的附加電場(chǎng)變化方向總是一致的，但不同分量記錄到的附加電場(chǎng)變化方向并不完全一致；不同臺(tái)站相同分量的變化方向有的一致，也有不一致的，還有反向的。各臺(tái)站地下電性結(jié)構(gòu)的差異性是導(dǎo)致其觀測(cè)到的電磁信號(hào)存在差異性的重要原因，臺(tái)站測(cè)區(qū)下方的電性結(jié)構(gòu)非均勻性對(duì)附加地電場(chǎng)在某個(gè)方向上的均勻程度有很大影響。