金志輝 王怡 陸穎哲 譚園夢(mèng) 丁修毅 郭曄 鐵樁

摘 要：【目的】依據(jù)滿洲里地震臺(tái)2020年以來(lái)的地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，識(shí)別出該臺(tái)地電場(chǎng)所受干擾因素?！痉椒ā客ㄟ^(guò)將該臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)曲線的正常變化形態(tài)，與其在不同干擾情況下所產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)曲線變化形態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)觀察和參考相對(duì)變化率、K指數(shù)等其他質(zhì)量參數(shù)的變化情況，并結(jié)合實(shí)地調(diào)查?！窘Y(jié)果】該臺(tái)地所電場(chǎng)受干擾因素主要包括：測(cè)區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾；公路養(yǎng)護(hù)站設(shè)備漏電干擾；地電暴干擾等三種主要干擾因素。【結(jié)論】相關(guān)研究可使該臺(tái)在地電場(chǎng)的日常數(shù)據(jù)分析處理上更具準(zhǔn)確性和快捷性，可為其他類(lèi)似條件下的地電場(chǎng)在數(shù)據(jù)分析處理、異常核實(shí)及地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用和相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：地電場(chǎng)；干擾因素；識(shí)別

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.7? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2024）06-0111-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.06.022

Identification of Main Interference Factors in Geoelectric Field Observation at Manzhouli Seismic Station

JIN Zhihui1 WANG Yi1 LU Yingzhe1 TAN Yuanmeng1 DING Xiuyi1 GUO Ye2 TIE Zhuang1

（1. Hailaer Earthquake Monitoring Center Station， Hailar 021000，China; 2. Xilinhot Earthquake Monitoring Center Station， Xilinhot 026000， China）

Abstract：[Purposes] Based on the geoelectric field observation data of Manzhouli Seismic Station since 2020， the interference factors of the geoelectric field are identified. [Methods] This paper compares and then analyzes the normal change pattern of the geoelectric field data curve of the station with the change pattern of various data curves generated under different interference conditions， observes and then refers to the changes of other quality parameters such as relative change rate and K index， combining with field investigation. [Findings] The interference factors of the electric field in the platform mainly include： the leakage interference of the vegetable greenhouse transmission line near the survey area; Leakage interference of highway maintenance station equipment; Three main interference factors such as geoelectric storm interference and the corresponding interference characteristics. [Conclusions] Relevant research can make the station more accurate and fast in the daily data analysis and processing of geoelectric field， which can provide reference for data application and scientific research of geoelectric field data analysis and processing， anomaly verification and geoelectric field observation data in seismic monitoring and prediction under other similar conditions.

Keywords： geoelectric field; interference factors; identification

0 引言

地電場(chǎng)是一種重要的地球物理場(chǎng)，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(chǎng)（大地電場(chǎng)）和地殼中的某些物理、化學(xué)作用引起的電場(chǎng)（自然電場(chǎng)）組成［1］。地電場(chǎng)觀測(cè)也是地震前兆觀測(cè)手段中的重要組成部分，對(duì)地震預(yù)測(cè)的分析研究具有一定的指向性意義。其通過(guò)測(cè)量地表每個(gè)測(cè)向兩點(diǎn)之間的電位差，來(lái)獲取大地電場(chǎng)和自然電場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化。在地電場(chǎng)的日常觀測(cè)中，由太陽(yáng)風(fēng)引起的空間電磁場(chǎng)劇烈變化形成的地電暴，以及觀測(cè)場(chǎng)地的地貌特征、水文條件變化等，都會(huì)對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的干擾［2］。

本研究基于滿洲里地震臺(tái)的地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，識(shí)別出該臺(tái)站地電場(chǎng)所受到的主要干擾因素，在一定程度上克服了部分工作人員因缺少識(shí)別經(jīng)驗(yàn)，而在數(shù)據(jù)處理、干擾分析等方面無(wú)法準(zhǔn)確判定的情況［3］，以期為相關(guān)科技人員在干擾識(shí)別分析及震情監(jiān)測(cè)跟蹤等方面提供參考。

1 滿洲里地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)區(qū)概況

滿洲里地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)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(tái)辦公場(chǎng)所約2 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°26′23″，北緯49°33′16″，海拔高度為681.8 m。地下主要是黃土層覆蓋，地勢(shì)由東南向西北傾斜，如圖1所示。

所使用的地電場(chǎng)儀為ZD9A-Ⅱ型數(shù)字地電場(chǎng)儀，于2007年架設(shè)完成。電極埋設(shè)成“L”形，O點(diǎn)電極位于地電場(chǎng)觀測(cè)室北側(cè)，南北向長(zhǎng)極距電極位于O點(diǎn)電極北側(cè)500 m處，短極距電極位于O點(diǎn)電極北側(cè)250 m處；東西向長(zhǎng)極距位于O點(diǎn)電極東側(cè)500 m處，短極距電極位于O點(diǎn)電極東側(cè)250 m處。觀測(cè)區(qū)平坦、開(kāi)闊，無(wú)遮擋，地電場(chǎng)布極示意如圖2所示。

電極是蘭州所生產(chǎn)的LGB-3型固體不極化電極，每個(gè)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(cè)管，將電極置于其中，用長(zhǎng)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(hào)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(lái)，儀器運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。近年來(lái)，由于觀測(cè)場(chǎng)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(qiáng)，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量出現(xiàn)下滑。

2 主要干擾因素

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)資料變化規(guī)律的分析總結(jié)及實(shí)地調(diào)查，得出滿洲里地震臺(tái)地電場(chǎng)主要受到場(chǎng)地環(huán)境和地球物理事件兩種干擾因素影響。場(chǎng)地環(huán)境干擾為測(cè)區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾和測(cè)區(qū)附近公路養(yǎng)護(hù)站及其周邊牧羊點(diǎn)設(shè)備漏電干擾，地球物理事件則為地電暴干擾。

2.1 測(cè)區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾

測(cè)區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾是滿洲里臺(tái)地電場(chǎng)近年來(lái)所受到的最為頻繁的干擾。主要集中在3月至11月期間，單次干擾持續(xù)時(shí)間有長(zhǎng)有短，對(duì)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)曲線變化特征的影響十分明顯，尤其是重點(diǎn)影響東西向和北東向長(zhǎng)測(cè)道。受其影響，相應(yīng)測(cè)道數(shù)據(jù)曲線常常表現(xiàn)出上升、下降、突跳或階躍形態(tài)。

2022年10月30日，東西向和北東向長(zhǎng)測(cè)道數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)階躍形態(tài)，最大變化量達(dá)到31.73 mv/km，相對(duì)變化率達(dá)205%。干擾出現(xiàn)后，經(jīng)對(duì)儀器外線路、電極坑、室內(nèi)外線路接頭、避雷裝置、配電裝置等逐一檢查，對(duì)周邊農(nóng)戶、牧戶等進(jìn)行走訪了解，確定為東西長(zhǎng)極距以東100 m處的蔬菜大棚輸電線路干擾，共計(jì)影響時(shí)間為7 h 45 min，如圖3所示。

2020年4月12日至18日，同樣干擾源再次導(dǎo)致地電場(chǎng)全部測(cè)道均受到干擾。除南北短測(cè)道出現(xiàn)尖峰突跳外，其他所有測(cè)道均出現(xiàn)階躍變化形態(tài)，其中北東短測(cè)道為向下階躍，其他測(cè)道為向上階躍，最大變化量達(dá)到66.16 mv/km，相對(duì)變化率達(dá)1 165.8%，如圖4所示。

2.2 測(cè)區(qū)附近公路養(yǎng)護(hù)站設(shè)備漏電干擾

此干擾頻次相較測(cè)區(qū)附近蔬菜大棚輸電線路漏電干擾較少，但所造成的干擾程度和影響仍有必要重點(diǎn)關(guān)注。單次干擾時(shí)間不固定，對(duì)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)曲線變化影響十分明顯。

2020年5月20至21日，北南短測(cè)道及北東長(zhǎng)測(cè)道出現(xiàn)階躍變化形態(tài)，其他測(cè)道未見(jiàn)明顯異常。經(jīng)儀器設(shè)備檢查和地電場(chǎng)觀測(cè)區(qū)域周邊走訪調(diào)查，確定了為北南短測(cè)道附近5 m處公路養(yǎng)護(hù)站設(shè)備漏電造成干擾，最大變化量達(dá)到1.81 mv/km，相對(duì)變化率達(dá)13.9%，如圖5所示。

2.3 地電暴干擾

在地電學(xué)中，地電暴是指地電場(chǎng)觀測(cè)記錄到的受遠(yuǎn)源空間電流體系如太陽(yáng)黑子爆發(fā)等引起的劇烈地電場(chǎng)擾動(dòng)影響。地電暴與地磁暴起源于相同的場(chǎng)源，因此，每當(dāng)?shù)仉姳┌l(fā)生時(shí)，所有的地電場(chǎng)和地磁場(chǎng)臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)均會(huì)受到不同程度的擾動(dòng)，地磁活動(dòng)指數(shù)也往往被用作量化地磁暴擾動(dòng)程度的指標(biāo)之一［4］。磁暴發(fā)生時(shí)，地磁 K 指數(shù)一般為 5 以上（學(xué)界按地磁 K 指數(shù)對(duì)磁暴進(jìn)行分類(lèi)，K=5、6 為中常磁暴；K=7、8為中烈磁暴；K=9為強(qiáng)烈磁暴），因此地磁指數(shù) K≥5 時(shí)作為認(rèn)定地電暴發(fā)生的一項(xiàng)重要參考標(biāo)準(zhǔn)［5］。

2021年3月1日01：54至4日14：00，滿洲里地震臺(tái)地電場(chǎng)日變形態(tài)有所反常（如圖6所示），結(jié)合地磁數(shù)據(jù)同步觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該時(shí)段最大K指數(shù)達(dá)到5，檢查儀器及室內(nèi)外線路、避雷裝置并巡視測(cè)區(qū)環(huán)境等一切正常，確認(rèn)為受到了典型的地電暴干擾。同一時(shí)間下，調(diào)取烏加河地震臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析（如圖7所示），可見(jiàn)兩個(gè)臺(tái)站的地電場(chǎng)數(shù)據(jù)曲線變化均表現(xiàn)為基本一致的干擾形態(tài)，再次確認(rèn)為受到了地電暴干擾。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)滿洲里地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)資料的分析研究，結(jié)合實(shí)地調(diào)查等方式，得出該臺(tái)站地電場(chǎng)主要受到測(cè)區(qū)附近蔬菜大棚、公路養(yǎng)護(hù)站和其周邊住戶的生產(chǎn)生活漏電，以及地電暴等兩類(lèi)因素帶來(lái)的干擾。其中前者帶來(lái)的干擾影響頻次較多、程度較大。受限于干擾源占地規(guī)模廣、漏電暴露點(diǎn)密集、生產(chǎn)需求重、用電體量大且操作不規(guī)范，且容易受到融雪和降雨等二次影響，盡管采取了相關(guān)防范和補(bǔ)救措施，但仍無(wú)法徹底阻斷干擾。后者則屬于地球物理?xiàng)l件因素，且具有廣域同步性，即同一地電暴事件在廣域內(nèi)地電場(chǎng)幾乎同一時(shí)段發(fā)生，所記錄到的地電暴初相幾乎同步［4］。

通過(guò)對(duì)以上主要干擾因素的識(shí)別分析，一定程度地總結(jié)和歸納出了該臺(tái)站地電場(chǎng)數(shù)據(jù)的一些變化特點(diǎn)，這對(duì)后續(xù)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)資料的日常處理、分析和應(yīng)用提供了一些基本的認(rèn)識(shí)和幫助，為地電場(chǎng)在監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)地震等研究提供了參考。

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