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        都蘭臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)資料干擾排查

        2018-07-02 22:35:42孟凡博高慧慧
        科技傳播 2018年11期

        孟凡博 高慧慧

        摘 要 本文對(duì)都蘭地震臺(tái)2009—2016年地電干擾進(jìn)行分析,認(rèn)為地電觀測(cè)中目前存在的干擾為外線路絕緣、測(cè)量電極和觀測(cè)環(huán)境干擾。觀測(cè)環(huán)境干擾主要有城市建設(shè)、直流輸電、供電等。分析了觀測(cè)環(huán)境對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄的影響,論述了地震觀測(cè)環(huán)境對(duì)地震數(shù)據(jù)記錄的重要性,在地震前兆異常排查過程中,充分考慮可能存在的各類干擾,是十分必要的。

        關(guān)鍵詞 地電觀測(cè);環(huán)境干擾;重要性

        中圖分類號(hào) P5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2018)212-0078-02

        都蘭地震臺(tái)站(以下簡(jiǎn)稱都蘭臺(tái))建設(shè)于1994年,前身為香日德地震臺(tái),1994年因條件及其艱苦由香日德遷至位于青海省柴達(dá)木盆地的腹部都蘭縣縣城,距離都蘭縣城500m,地理位置北緯36°16′、東經(jīng)98°07′,海拔高度為3?100m。地處柴達(dá)木盆地邊緣,臺(tái)基巖性為火成巖,巖層產(chǎn)狀平緩而完整。西面緊鄰西部的重要城市格爾木,北面緊鄰海西蒙古族藏族自治州府德令哈市,區(qū)域內(nèi)平均海拔約2?900m~3?200m。都蘭縣屬典型的高原高寒大陸性氣候。該地區(qū)風(fēng)多風(fēng)大,平均氣溫2.7℃,年溫差±20℃。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,深大活動(dòng)性斷裂規(guī)模大,地處可可西里——巴顏克拉、柴達(dá)木兩個(gè)大地震帶之間,地震活動(dòng)不但頻繁,而且強(qiáng)度高,是破壞性地震的多發(fā)地區(qū)。

        1 臺(tái)站背景資料

        1)觀測(cè)儀器:數(shù)字地電場(chǎng)儀,型號(hào)ZD9A-Ⅱ。標(biāo)準(zhǔn)儀器:UJ34A型直流高電勢(shì)電位差計(jì)。長(zhǎng)短極距的測(cè)量線全部用鎧裝電纜并且全部采用地埋方式,徹底解決了風(fēng)擾對(duì)地電觀測(cè)的影響,對(duì)提高觀測(cè)質(zhì)量起到了很好的作用,相關(guān)系數(shù)均在0.99以上。

        2)布極方式:都蘭臺(tái)地電場(chǎng)采用L型觀測(cè)裝置布設(shè)。具體為:從測(cè)線中心O點(diǎn)(東經(jīng)98°07′40.9″,北緯36°18′15.6″)采用正北正東布設(shè)方式,每個(gè)方向均有長(zhǎng)短兩個(gè)測(cè)道,其中長(zhǎng)極距為300m,短極距為150m,形成6極共用。室內(nèi)分線組合成12個(gè)輸入端口進(jìn)入儀器,形成6個(gè)測(cè)道。采用甘肅地震局生產(chǎn)的固體不極化專用電極6個(gè),埋設(shè)在地表凍土層以下的沙質(zhì)沉積物中,深度3m。各電極基本處于同一平面,電極坑中土質(zhì)相同并進(jìn)行導(dǎo)電性能處理(添加飽和NaCL溶液)。中心點(diǎn)到各電極的外線使用青海省地震局統(tǒng)一訂制的雙芯鎧裝電纜,對(duì)地絕緣電阻≥200MΩ。裝置系統(tǒng)穩(wěn)定,運(yùn)行正常。

        2 異常調(diào)查分析

        2.1 現(xiàn)場(chǎng)工作前對(duì)異常產(chǎn)生原因初步判斷

        2016年12月1日之前都蘭臺(tái)地電場(chǎng)正常曲線沒有太大變化,就日變而言,即每天中午11時(shí)左右會(huì)呈低值狀態(tài)出現(xiàn),兩側(cè)各有一個(gè)極大值。

        都蘭臺(tái)2016年觀測(cè)資料年連續(xù)率為99.97%,年完整率為99.97%,NS向的相關(guān)系數(shù)年平均值為0.998,EW向的相關(guān)系數(shù)年平均值為0.996,N45oE向的相關(guān)系數(shù)年平均值為1.00。NS向的差值年平均值為0.08,EW向的差值年平均值為0.06,N45oE向的差值年平均值為0.04。我臺(tái)地電觀測(cè)資料數(shù)據(jù)穩(wěn)定,可靠性強(qiáng),對(duì)地震前兆的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)有很好的使用價(jià)值。

        2016年12月02日地電場(chǎng)所有測(cè)道大約在17時(shí)39分至03日08時(shí)37分出現(xiàn)突跳,N45E向長(zhǎng)極距幅度約3.89?mV/km,東西測(cè)道干擾較大。2日相關(guān)系數(shù)降低至0.885,差值升高到0.107。值班人員通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控對(duì)儀器工作狀態(tài)及觀測(cè)環(huán)境進(jìn)行了巡視,沒發(fā)現(xiàn)有異?,F(xiàn)象。

        2016年12月03日臺(tái)長(zhǎng)及值班人員上山巡視觀測(cè)場(chǎng)地及周邊環(huán)境,沒發(fā)現(xiàn)干擾源。從觀測(cè)資料受干擾時(shí)間段初步判斷為日照時(shí)間短,電瓶供電不足。隨后開始發(fā)電給電瓶(充電),同時(shí)觀測(cè)地電場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否有變化,于09時(shí)02分開始發(fā)電至17時(shí)55分停止發(fā)電,發(fā)電期間數(shù)據(jù)正常。數(shù)據(jù)記錄正常至04日00分,期間22時(shí)10分記錄到的是地磁擾動(dòng)(所有臺(tái)站均記錄到此曲線形態(tài)),其NS向日變形態(tài)應(yīng)與地磁水平分量EW向的日變形態(tài)基本一致;EW向日變形態(tài)應(yīng)與地磁水平分量NS向的日變形態(tài)基本一致,二者相位存在差異。

        2016年12月04日00時(shí)55分開始地電場(chǎng)記錄的曲線又開始出現(xiàn)不規(guī)則突跳,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至03時(shí)突跳依然持續(xù),08時(shí)17分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)正常。又是夜間干擾出現(xiàn),日出干擾消失。

        如果是電極問題,則應(yīng)該是處于緩變狀態(tài)恢復(fù)。如果是外線路問題,則應(yīng)出現(xiàn)在雨雪融化時(shí),而不是日出正常,日落干擾出現(xiàn)。進(jìn)入冬季外界氣溫最低零下17℃,判斷還是電瓶因氣溫過低掉電嚴(yán)重,供電不穩(wěn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄突跳,但整體數(shù)據(jù)記錄的形態(tài)正常。經(jīng)與省局監(jiān)測(cè)技術(shù)中心沙城寧主任溝通,認(rèn)為與直流供電無關(guān),讓我們主要查找儀器自身原因。從12月1-3日地電分鐘值曲線圖看出,干擾發(fā)生在夜間,白天正常,這種現(xiàn)象我們還從沒遇見過。

        2.2 觀測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)檢測(cè)

        1)經(jīng)過排查,數(shù)據(jù)采集器傳輸系統(tǒng)等工作正常;如果觀測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定,導(dǎo)致數(shù)據(jù)的相關(guān)性較差。觀測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定原因可能為大地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)的不極化電極使用期限短,觀測(cè)資料會(huì)出現(xiàn)大幅度、不穩(wěn)定的漂移變化。從觀測(cè)資料分析看,不存在大幅度、不穩(wěn)定漂移變化現(xiàn)象,故排除觀測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定原因。

        2)NS向觀測(cè)曲線變化不大,觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定,WX向長(zhǎng)短及斜道的干擾嚴(yán)重,與多臺(tái)對(duì)比整體曲線形態(tài)一致;引起觀測(cè)數(shù)據(jù)變化的原因可能是降雨(雪)、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;如果電極處滲水,引起數(shù)據(jù)變化的特征是:地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)大幅度的變化,往往是大幅度的上升或者下降,并且滲水量越多引起的“臺(tái)階”也就越大,為正常值的數(shù)倍以上,并且在滲水后的一段時(shí)間內(nèi)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)仍舊是不穩(wěn)定的趨勢(shì)變化。此變化曲線形態(tài)不一樣,沒有形成臺(tái)階。

        3)對(duì)地電觀測(cè)場(chǎng)地做了巡視(電極坑、外線路、避雷、接地),如果外線路絕緣性不好,會(huì)造成數(shù)據(jù)臺(tái)階,這次干擾也沒有發(fā)生數(shù)據(jù)臺(tái)階變化。

        4)通過對(duì)直流電源供電歷史記錄查看,電瓶記錄數(shù)據(jù)是正常的。

        2.3 觀測(cè)環(huán)境干擾情況調(diào)查

        1)觀測(cè)環(huán)境周圍無任何施工單位,經(jīng)核實(shí)電極線無破壞,判斷認(rèn)為還是供電故障。

        2)2016年12月04日臺(tái)長(zhǎng)帶領(lǐng)2名臺(tái)站人員,一起去了地電場(chǎng)觀測(cè)場(chǎng)地附近的磚廠、有機(jī)肥加工廠進(jìn)行調(diào)查,詳細(xì)詢問了他們的具體工作時(shí)間,檢查了用電設(shè)備,變壓器、線路等用電情況。磚廠已停產(chǎn)近1個(gè)月了,沒有生產(chǎn)和施工,只留2人在看守停工的設(shè)備,變壓器也停用,用電設(shè)施除了電褥子(用電最多4小時(shí)左右)外就是60W的電燈,而且用電時(shí)間與我們記錄數(shù)據(jù)受干擾時(shí)間段不符。

        3)有機(jī)肥加工廠也在11月18日停產(chǎn),工人已放假回家,就留守看大門的一人,沒有大型電器及任何供電干擾。

        4)在距離EW向約1?000m之處發(fā)現(xiàn)了藏民捕抓獵物布設(shè)的電網(wǎng),鐵絲沿著低洼的地勢(shì)如蜘蛛網(wǎng)般覆蓋著大片荒灘,鐵絲纏在相互隔著十米的鋼筋頂端,并用橡膠,塑料殼和廢棄的注射器做的絕緣。

        2.4 異常分析和性質(zhì)判定

        2016年12月02日17時(shí)39分開始,地電場(chǎng)所有測(cè)道出現(xiàn)突跳,N45E向長(zhǎng)極距幅度約3.89?mV/ km,東西測(cè)道干擾較大。經(jīng)過3天現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)并綜合分析認(rèn)為:該異常是由于電流電源干擾所致,干擾源來自當(dāng)?shù)赜文撩癫荚O(shè)的土地電網(wǎng),而并非工廠用電及民用電、變壓器等漏電產(chǎn)生。因此,該異常為人為因素導(dǎo)致的干擾異常。

        3 結(jié)論和建議

        1)地電場(chǎng)受到不明原因的電流干擾,周邊沒有設(shè)備漏電現(xiàn)象,地電場(chǎng)能檢測(cè)到測(cè)區(qū)外很遠(yuǎn)的微小電流,這與儀器觀測(cè)靈敏度的提高有很大關(guān)系。

        2)由于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)落后,沒有生態(tài)環(huán)境保護(hù)觀念,執(zhí)法力度不強(qiáng),也是導(dǎo)致事件發(fā)生的原因。

        3)建議在地電場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)架設(shè)警示牌給予警示,避免以后再出現(xiàn)類似事件的發(fā)生。

        4)今后我們?nèi)绾蝸肀Wo(hù)觀測(cè)環(huán)境,最大限度減低人為因素,是以后新的課題。

        5)提高前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面,應(yīng)該通過確認(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。

        參考文獻(xiàn)

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