杜德凱 劉海剛

摘? 要：針對(duì)馬陵山地震臺(tái)地電儀，從日常工作、定期標(biāo)定及維護(hù)等方面進(jìn)行探討，結(jié)合中國(guó)地震局《區(qū)域地震前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行管理評(píng)比辦法》，給出維護(hù)辦法;對(duì)近年來(lái)地電場(chǎng)儀出現(xiàn)的故障及解決方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)分析。

關(guān)鍵詞：地電儀? 故障? 維護(hù)措施

中圖分類號(hào)：P315.722 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（c）-0035-04

Abstract： Concerning the geoelectric instrument of Malingshan Seismostation， through exploration in the aspects including daily work， regular calibration， maintenance and so on ， the paper， combining Rating Methods of Running and Management of the Regional Earthquake Omens of Network of China Seismological Bureau， has put forward maintenance methods and systematically summarized and analyzed faults occurring in the geoelectric instrument and resolutions.

Key Words： Geoelectric instrument; Faults; Maintenance measures

電阻率觀測(cè)的物理量是地球介質(zhì)視電阻率、自然電位差以及其隨時(shí)間的變化。地電阻率是地震前兆觀測(cè)中重要的手段之一，是地震預(yù)報(bào)中較成熟的方法。幾十年來(lái)，專家們對(duì)地電阻率的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行不斷的分析與研究。維護(hù)地電儀的正常運(yùn)行，歸納總結(jié)運(yùn)行中遇到的各種因素，分析原因，找到高效的解決辦法，采取相應(yīng)的措施，從而提供高精度、可靠連續(xù)的觀測(cè)資料。

1? 馬陵山臺(tái)站測(cè)區(qū)情況介紹

馬陵山臺(tái)位于山東郯城縣東北20km馬陵山的西側(cè)，地處郯廬斷裂帶山東段南部沂沭帶內(nèi)，跨安丘-莒縣斷裂。臺(tái)基為破碎白堊系紅色砂巖。臺(tái)站位于山東省郯城縣泉源鄉(xiāng)楊莊村東南，海拔高度110m，遠(yuǎn)離居民點(diǎn)，測(cè)區(qū)內(nèi)為開(kāi)闊平坦的農(nóng)田，無(wú)大型廠礦企業(yè)、公路和高壓線路干擾，其具備的優(yōu)良環(huán)境為地電儀的運(yùn)行提供了良好的平臺(tái)。

2011年12月進(jìn)行背景場(chǎng)項(xiàng)目改造，2011年12月10日、11日更換電極，供電極為100cm×100cm×3mm的鉛板，測(cè)量極為80cm×80cm×3mm的鉛板，埋深均在2m;2011年12月13～28日進(jìn)行外線路更新改造。之后，2013年1月1日Z(yǔ)D8M地電儀開(kāi)始使用。

2? 故障分析

影響地電阻率觀測(cè)的因素是多方面的，但歸納起來(lái)主要有兩類：一是觀測(cè)系統(tǒng)本身，儀器、線路、電極、避雷裝置故障干擾等;二是測(cè)區(qū)環(huán)境的變化，包括自然氣象變化干擾和環(huán)境變化干擾。

觀測(cè)系統(tǒng)包括觀測(cè)裝置、測(cè)量系統(tǒng)和檢定系統(tǒng)。任何一個(gè)觀測(cè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大的變化，有時(shí)甚至無(wú)法觀測(cè)。比如一起故障、外線或儀器漏電、線路接觸不良、電極不穩(wěn)定等情況，這些干擾因素的存在會(huì)使記錄曲線形態(tài)出現(xiàn)明顯的畸變。在實(shí)際操作過(guò)程中，臺(tái)站地電工作人員總結(jié)歸納了以下3條分析步驟。

（1）根據(jù)觀測(cè)資料分析確定系統(tǒng)故障的性質(zhì)，是地電儀還是外線路問(wèn)題，分析各個(gè)測(cè)道的變化、變化幅度等，分析問(wèn)題所在。

（2）進(jìn)一步分析觀測(cè)資料，確定故障的位置。如只是一個(gè)測(cè)向變化不正?？赡苁谴藴y(cè)向的外線或電極問(wèn)題，兩個(gè)測(cè)向均不正常則可能為儀器問(wèn)題等，初步判斷是儀器問(wèn)題還是外線路問(wèn)題或是電極的問(wèn)題。

（3）如判斷為儀器原因，需要對(duì)儀器進(jìn)行檢查維護(hù)或是維修;如判斷是外線路問(wèn)題，則可以檢查外線路是否漏電、查看接線頭是否氧化、是否接牢等;判斷是電極問(wèn)題，則可以埋設(shè)備用電極等方法進(jìn)行驗(yàn)證，觀察故障是否解決。

3? 針對(duì)不同故障的解決方法

馬陵山地震臺(tái)正在使用型號(hào)為ZD8M、ZD8BI的地電儀，該系列儀器具有準(zhǔn)確度高、動(dòng)態(tài)范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、觀測(cè)程序改動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)。

測(cè)量地電阻率的專用儀器和供電電源配合能自動(dòng)定時(shí)地進(jìn)行3個(gè)測(cè)道的地電阻率測(cè)量，采樣間隔為每小時(shí)每通道一次，每日形成一個(gè)數(shù)據(jù)文件。

地電阻率的觀測(cè)采用4級(jí)對(duì)稱法，每個(gè)臺(tái)站應(yīng)設(shè)置2～3條取向不同的測(cè)線，實(shí)施不同方位電阻率測(cè)量，如馬陵山地震臺(tái)共設(shè)置了N5°W和N75°E向兩條測(cè)線，每條測(cè)線由兩個(gè)供電極（A、B）和兩個(gè)測(cè)量極（M、N）線性排列的裝置系統(tǒng)組成（見(jiàn)圖1）。

圖1中：A、B為供電極且AB=1.000km，M、N為測(cè)量極且MN=0.300km;外線路為絕緣架空線。

地電儀的測(cè)量工作流程如圖2所示。

A、B、M、N為地面上按一定規(guī)則布設(shè)的4個(gè)電極，A、B稱為供電極，M、N稱為測(cè)量極。E為供電電源，K為開(kāi)關(guān)，當(dāng)K閉合時(shí)，電流I從E經(jīng)A→大地→B流回E，從而在大地內(nèi)部建立穩(wěn)定的人工電場(chǎng)，人工電位差ΔV是指在供電電流穩(wěn)定后在MN之間產(chǎn)生的人工電位差。

測(cè)量過(guò)程如下。

在K未閉合前，測(cè)量MN之間的電位差Vsp，Vsp被稱為自然電位差。

在K閉合后，測(cè)量MN之間的電位差ΔV;測(cè)量供電電流I。

△V=（△V+Vsp）-Vsp? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

計(jì)算地電阻率如下。

（2）

K為裝置系數(shù)，與A、B、M、N、4個(gè)電極的相對(duì)位置有關(guān)，具體公式如下：

（3）

3.1 電極腐蝕（老化）

馬陵山臺(tái)地電阻率2017年6月10日至7月1日，N75°E測(cè)道小時(shí)值數(shù)據(jù)多次出現(xiàn)突然升高現(xiàn)象。如圖3所示，出現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)巡檢外線路、布極區(qū)內(nèi)環(huán)境、儀器工作狀態(tài)，均未發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，考慮馬陵山臺(tái)地電儀電極已使用多年，極可能存在電極腐蝕問(wèn)題，并積極和其他地電臺(tái)站的專家分析探討，初步懷疑為電極老化，被腐蝕造成的數(shù)據(jù)變化，7月2號(hào)挖開(kāi)電極坑后，發(fā)現(xiàn)電極銹蝕嚴(yán)重，7月3日更換為鉛板電極，更換電極后數(shù)據(jù)及恢復(fù)如圖4所示。

針對(duì)電極腐蝕、老化的問(wèn)題，在日常工作中及時(shí)巡視、檢查電極，按規(guī)范要求測(cè)量地電儀的電極接地電阻值，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，按照地電觀測(cè)規(guī)范要求，對(duì)到達(dá)規(guī)定使用年限、出現(xiàn)問(wèn)題電極及時(shí)更換。

3.2 外線路漏電

觀測(cè)外線均較長(zhǎng)，特別是架空線，處在空氣中風(fēng)吹日曬，特別是有的地方長(zhǎng)時(shí)間和樹(shù)枝、承重線等摩擦，極易造成線路絕緣皮破損，造成漏電現(xiàn)象，在下雨時(shí)更嚴(yán)重，因此外線路漏電問(wèn)題在地電阻率觀測(cè)中是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，但是又由于外線多采用架空或地埋的形式，出現(xiàn)問(wèn)題后，查找原因極其不易。如圖5所示，2016年09月馬陵山臺(tái)地電阻率N75°E測(cè)向在降雨時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)不符合客觀規(guī)律的變大現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后臺(tái)站工作人員馬上對(duì)地電儀的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化均是在降雨時(shí)，故懷疑是外線路漏電原因，檢查外線路漏電，發(fā)現(xiàn)外線路絕緣較低，當(dāng)時(shí)馬陵山臺(tái)外線路采用8號(hào)鐵絲作為線路的承重線，承重線和測(cè)量線長(zhǎng)時(shí)間的摩擦造成了測(cè)量線的絕緣破損，2016年9月24～25日，將外線路承重線8號(hào)鐵絲去除，并對(duì)絕緣皮破損的地方進(jìn)行了修復(fù)，修復(fù)后檢查外線路絕緣合格，數(shù)據(jù)亦恢復(fù)正常。

針對(duì)漏電問(wèn)題，平時(shí)要經(jīng)常巡檢外線路，發(fā)現(xiàn)一些潛在的問(wèn)題，對(duì)與測(cè)線接觸的樹(shù)枝等每年均要按照規(guī)范要求后及時(shí)清理，檢查線路接頭、瓷壺等，同時(shí)按照規(guī)范要求認(rèn)真做好外線路的漏電檢查工作，發(fā)現(xiàn)線路漏電問(wèn)題后及時(shí)修復(fù)。

3.3 穩(wěn)流源故障

地電儀的觀測(cè)過(guò)程中，需要一個(gè)穩(wěn)流電源向大地供電，以建立人工電場(chǎng)。地電儀所測(cè)得的人工電位差ΔV的穩(wěn)定性與該穩(wěn)流電源的輸出電流密切相關(guān)。如果穩(wěn)流電源輸出電流穩(wěn)定性差，則人工電位差ΔV將隨電流的變化而變化，從而使地電儀觀測(cè)到的地電阻率數(shù)值不可靠。馬陵山臺(tái)2008年2月20日，兩測(cè)道11-13時(shí)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)流源輸出的電流穩(wěn)定性較差，對(duì)備用穩(wěn)流源WL-5N進(jìn)行穩(wěn)定性檢查后，進(jìn)行了更換，更換穩(wěn)流源后數(shù)據(jù)恢復(fù)穩(wěn)定。數(shù)據(jù)不穩(wěn)定是穩(wěn)流源故障原因。

低電阻率測(cè)量中發(fā)現(xiàn)穩(wěn)流源問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)后及時(shí)對(duì)備用穩(wěn)流源進(jìn)行檢查，更換備用穩(wěn)流源。每半年均需對(duì)穩(wěn)流源和備用穩(wěn)流源進(jìn)行檢查，確保儀器均處于正常狀態(tài)。

4? 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）針對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的具體故障對(duì)地電儀進(jìn)行了逆向分析，得出產(chǎn)生故障的原因，給出相應(yīng)的維護(hù)措施和解決的辦法，并且點(diǎn)出了日常工作中所需要注意的事項(xiàng)。

（2）文中對(duì)地電儀的觀測(cè)及觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，總結(jié)出了在地電儀運(yùn)行觀測(cè)中的一些檢修和維護(hù)心得，對(duì)其他相關(guān)地電臺(tái)站地電儀的運(yùn)行提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，有利于全國(guó)地電儀能夠更好地產(chǎn)出高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）報(bào)告指出了地電儀觀測(cè)中出現(xiàn)的故障，給出了解決的辦法及維護(hù)措施，但要詳盡地解決地電儀觀測(cè)中遇到的問(wèn)題還需要具體情況具體對(duì)待，臺(tái)站工作人員一方面要提高自己的專業(yè)水平，恪守盡責(zé)，嚴(yán)肅對(duì)待;另一方面，要在別人研究成果的基礎(chǔ)上，趟出一條適合自己的方式方法。

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