地震地電學前兆深井立體綜合觀測技術(shù)思路

李桂清 , 杜喜超 , 陳繼闊，賈 靖,孫新才

(1.濮陽市地震臺,河南 濮陽 457000；2.清豐縣地震臺，河南 清豐 457003)

地震地電學前兆深井立體綜合觀測技術(shù)思路

李桂清1, 杜喜超2, 陳繼闊2，賈 靖2,孫新才2

(1.濮陽市地震臺,河南 濮陽 457000；2.清豐縣地震臺，河南 清豐 457003)

提出了地震地電學前兆深井立體綜合觀測的技術(shù)思路。設(shè)計合適的觀測井深度，根據(jù)觀測井布局，采用深井鉆探技術(shù)打好鉆孔，在不同方向的位置上，按不同深度放置不同項目的測量裝置(觀測探頭)，改傳統(tǒng)的地表平面觀測為深部垂向及水平方向觀測，并實現(xiàn)地震前兆立體綜合觀測。深井觀測方法可有效避免地表觀測的干擾影響，取得更好的觀測效果，提高地震監(jiān)測預報水平。

地震前兆； 深井觀測；干擾排除；立體綜合觀測

到目前為止，地震預報還是一個世界性難題。解決地震預報這個難題，必須首先打牢地震前兆觀測這個基礎(chǔ) 。但是，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展， 地震前兆觀測受到越來越嚴重的干擾影響。為更好獲取地震前兆異常信息，要開拓新思路，研究開發(fā)地震前兆觀測的新方法、新技術(shù)，不斷提高地震監(jiān)測預報水平。

1 技術(shù)思路

地震孕育過程中，經(jīng)常伴有地下介質(zhì)電阻率的變化及大地電流和自然電場等電學性質(zhì)的變化。觀測研究這些變化，提取地震前的地電學異常信息，并探討其與地震之間的關(guān)系以進行地震預報。在地震預報的各種探索中，地電學方法是比較成熟的地震前兆觀測方法之一，也是地震前兆觀測的重要組成部分，在地震預報中發(fā)揮著重要作用[1-3]。

圖1 地震地電學前兆異常示意圖

傳統(tǒng)的地電學觀測為地表平面觀測，即在地表2米以下埋設(shè)電極，測量S、O、E點的地電學參數(shù)，如電位、電阻等(見圖1)。設(shè)震源為P點，在地震孕育發(fā)展過程中，S、O、E點的電學參數(shù)發(fā)生變化，觀測其異常變化，從而進行地震預報。既然S、O、E點的電學參數(shù)發(fā)生變化，那么，地下不同巖層的地電學參數(shù)也會發(fā)生異常變化，即a、b、c、a’、b’、c’點的地電學參數(shù)也會發(fā)生異常變化。

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，高壓線路的架設(shè)，大功率電器設(shè)備的安裝使用以及地鐵、高鐵的運行等，都對地表的地電學前兆觀測帶來越來越大的影響，干擾影響引起的異常變化覆蓋了地震前兆異常變化，使地電學觀測方法在地震監(jiān)測和預報應用中受到了極大的限制，地表的地震前兆觀測失去意義。采用深井鉆探技術(shù)，開展深井地震前兆觀測(即將測量探頭、電極埋于井下，測量a、b、c、a’、b’、c’點的地電學參數(shù))，可有效排除地表的干擾影響[4-8]。

深井觀測技術(shù)方法是目前地震前兆觀測新的觀測思路，正處于探索研究階段。提出深井地電觀測技術(shù)方法，采用深井鉆探技術(shù)，打出幾十米乃至幾百米深的鉆井，將觀測電極放置到井下幾十米或幾百米深處，可有效避開地表電、磁干擾，測量地下深處地震引起的地電前兆異常，獲得更好的地震地電前兆觀測效果[9-10]。采用深井觀測方法，可開展不同深度、不同方向的地電前兆觀測，也可在深井中放置其他前兆觀測探頭，開展不同項目的對比觀測，從而形成全方位的立體綜合觀測，提高深井利用效率和地震前兆觀測在地震預報中的效果 。根據(jù)觀測規(guī)范要求，地電場觀測采用“多方向、多極距”觀測方式。本方法采用了深井觀測技術(shù)，可開展不同深度的垂直向觀測，排除了干擾影響，因此，可不再開展多極距觀測項目。按規(guī)范要求，極距最小應達到150米。即在同一地點開展觀測時，觀測井要相距不小于150米。若開展不同地層(不同深度)的觀測，觀測井距離可不受限制。受觀測環(huán)境及地理條件限制，傳統(tǒng)的地電觀測方法在某些地區(qū)不便開展。采用深井鉆探技術(shù)，開展深井地電學前兆垂向觀測，不受區(qū)域地理環(huán)境條件限制，開辟了地震地電前兆觀測的新領(lǐng)域。

2 技術(shù)方法措施

2.1 干擾排除

地震地電、電磁輻射前兆異常具有較好的震兆關(guān)系，在地震監(jiān)測預報工作中發(fā)揮著重要作用。但是，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，大量大功率電器設(shè)備的使用，高電壓大電流的輸送與變電工程對地震地電前兆觀測產(chǎn)生了嚴重影響。因此，研發(fā)新的觀測技術(shù)方法，從而開展地電前兆正常觀測工作迫在眉睫。根據(jù)地電場基礎(chǔ)理論，地電場由大地電場和自然電場所組成。前者主要是地球高層大氣中的各種電流體系在地球內(nèi)部所產(chǎn)生的感應電場；后者是地殼中的某些物理、化學作用引起的電場。目前的干擾主要來自于大地電場。傳統(tǒng)的地電觀測電極埋設(shè)深度只有幾米(觀測規(guī)范規(guī)定大于2米)，其觀測結(jié)果受到較大干擾影響。那么，改地表觀測為深部觀測可有效排除干擾影響，已有的實驗觀測表明，深度應不小于30米，有的實驗深度達到了百米到幾百米[11-12]。為排除大地電場的干擾影響，應先期開展不同深度的觀測實驗，以確定觀測裝置安放的最淺深度?？稍O(shè)計實驗深度大于30米，鉆井深度應該越深越好，在不同深度處安放電極及測量探頭。這樣，除相同深度的水平方向觀測外，還可進行不同深度的垂直方向觀測。

2.2 立體觀測

2.2.1 單臺觀測

傳統(tǒng)的觀測方法在不同地點按東西、南北方向埋設(shè)觀測電極，電極深度相同，形成的是平面觀測。O1-O2為垂直方向，O2-A為水平方向，O2-B為水平方法，三個方向形成立體觀測模式。

圖2 全方位立體綜合觀測示意圖

采用深井鉆探技術(shù)，按L型排列方式，打鉆孔3個，可在不同深度、不同地點按東西、南北方向設(shè)置電極和觀測探頭，形成立體全方位觀測，取得更好的觀測效果，對地震預報、判斷地震三要素提供更實用的觀測數(shù)據(jù)，見圖2。

2.2.2 多臺(點)觀測

單臺采用單孔垂向觀測，在一定的區(qū)域內(nèi)，安裝多個觀測孔(點)，形成一定區(qū)域內(nèi)的立體觀測。比如，每個縣建設(shè)一個觀測點，多個縣形成區(qū)域內(nèi)的觀測網(wǎng)，從而形成全方位立體觀測。

2.3 綜合觀測

在深井鉆孔中，放入地磁觀測、電磁輻射觀測探頭，或地熱觀測探頭等，形成綜合觀測系統(tǒng)。也可在不同觀測孔的不同深度放入相同探頭，開展對比觀測，提供更為豐富的觀測資料。

3 技術(shù)關(guān)鍵及應用前景

為避免傳統(tǒng)的地表地電觀測存在的干擾影響，開展深井地電學前兆觀測實驗，關(guān)鍵是要有合適的井深以排除地表干擾，并需要適合深井使用的觀測探頭(深井測量電極)，目前已有商品電極可購買。也可自主研發(fā)觀測電極，使電極附帶其他項目探頭，可同時測量其他前兆異常，進行地電的對比觀測，既降低成本，又開展了綜合觀測，提高了觀測井的使用效率。另外，電極的安裝也特別關(guān)鍵，一旦安裝失敗，觀測井和電極就要報廢，會帶來較大的經(jīng)濟損失。深井地電學前兆觀測方法，將傳統(tǒng)的地表水平觀測改為深部垂直觀測，可有效地排除地表大地電場的影響。采用深井觀測技術(shù)，可實現(xiàn)地震前兆立體全方位觀測。開展地震前兆綜合觀測，提高深井利用效率。采用深井觀測技術(shù)可有效排除地表干擾影響，擴大地電學前兆觀測適用范圍，開辟地電學前兆觀測的新領(lǐng)域。

[1] 中國地震局監(jiān)測預報司編.地震電磁學理論基礎(chǔ)與觀測技術(shù)[M].北京：地震出版社，2010.

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Technical thought on a comprehensive measurement of seismological geo-electrics precursor observed in a deeper borehole

Li Guiqing1，Du Xichao2，Chen Jikuo2，Jia Jing2，Sun Xincai2

(1．Puyang Seismic Station, Henan Puyang 457000;2．Qingfeng Seismic Station, Henan Qingfeng 457003, China)

The technical thought on the comprehensive measurement of the seismological geo-electric precursor observed in a deep borehole are put forward. A suitable place is chosen. A deep borehole is drilled. Different measuring devices with different directions and depths are installed. Traditional measurements on the ground are replaced with that in a deep borehole. With the borehole measurements,many kinds of interferences are avoided or reduced effectively.

earthquake precursor; deep well observation; interference removing; comprehensive measurement

2015-04-20

李桂清(1963-)，男，河南清豐人，高級工程師，主要從事地震監(jiān)測預報研究、管理及地震科普宣傳工作.

P315.72

A

1001-8115(2015)04-0029-03

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.007