觀測(cè)場(chǎng)地漏電導(dǎo)致的地電場(chǎng)觀測(cè)異常變化分析*

王永安，蘇有錦，方 偉，褚金學(xué)，趙小艷，楊學(xué)慧

(1.云南省地震局，云南昆明650224;2.云南省地震局彌渡地震臺(tái)，云南彌渡675600)

0 前言

地震前兆觀測(cè)資料異常現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)是一項(xiàng)極其艱難而又非常重要的工作，由于地震前兆觀測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，有時(shí)除了觀測(cè)系統(tǒng)自身一些因素干擾影響外，更易受自身系統(tǒng)以外因素的影響，而且這些影響因素多種多樣，極其復(fù)雜，這種復(fù)雜性給引起地震前兆觀測(cè)資料異常變化的原因?qū)ふ摇⑿再|(zhì)判定帶來(lái)極大困難。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)后，對(duì)異常資料性質(zhì)判定，有時(shí)是對(duì)當(dāng)時(shí)地震形勢(shì)的判定的重要依據(jù)，因此，最終對(duì)異常資料性質(zhì)判定的準(zhǔn)確性就極為重要。

1 彌渡地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)資料

1.1 臺(tái)站概況

彌渡地震臺(tái)位于云南省大理市彌渡縣，海拔1 659 m(圖1)，屬?lài)?guó)家基本地震臺(tái)。目前彌渡地震臺(tái)已成為具有形變、流體、電磁三大觀測(cè)學(xué)科的綜合性地震觀測(cè)臺(tái)站 (云南省地震局，2005)。

彌渡盆地是堆積斷陷盆地，為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)結(jié)晶基底巖系，古生代、新生代地層均有外露，主要為玄武巖，地表覆蓋亞粘土、砂層和砂礫石層等。彌渡地震臺(tái)位于彌渡盆地東北角，在紅河斷裂帶東北盤(pán)，距紅河斷裂帶彌渡段僅幾千米，臺(tái)站以南15 km處的苴力為紅河斷裂的北端與北北向的永勝—彌渡斷裂帶的交匯處，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜①②云南省地震局.2007.彌渡地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)單位工程技術(shù)報(bào)告.(圖1)。

彌渡地電場(chǎng)觀測(cè)場(chǎng)地位于彌渡地震臺(tái)東邊彌渡縣城的東北邊的文筆山腳下，在下海子村農(nóng)田里以及彌渡一中運(yùn)動(dòng)場(chǎng)內(nèi) (圖2)。測(cè)區(qū)地形較為平整，三面被山環(huán)繞。測(cè)區(qū)內(nèi)人員及農(nóng)田灌溉活動(dòng)較為頻繁，對(duì)觀測(cè)資料有一定影響。

圖1 彌渡地震臺(tái)周邊主要斷裂分布Fig.1 Distribution of main fault around Midu Station

1.2 地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)

彌渡地電場(chǎng)主要觀測(cè)儀器采用由中國(guó)地震局預(yù)測(cè)研究所監(jiān)制、北京陸洋科技有限公司生產(chǎn)的ZD9A-II型數(shù)字電場(chǎng)儀，用于標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)儀器采用0.01級(jí)UJ25型電位差計(jì)和0.005級(jí)BC9a型飽和標(biāo)準(zhǔn)電池。地電場(chǎng)觀測(cè)沿近南北和東西兩個(gè)互相垂直的方向布設(shè)測(cè)線，選用雙L型布極方法，電場(chǎng)測(cè)量區(qū)平面圖及電場(chǎng)觀測(cè)布設(shè)線路如圖2所示，共埋設(shè)有5個(gè)電極，觀測(cè)電極埋設(shè)在地面以下約20 m處，3個(gè)觀測(cè)測(cè)道 (北南、東西，北東向)，分別進(jìn)行長(zhǎng)短極距觀測(cè)。斜邊 (北東向)長(zhǎng)、短極距觀測(cè)與南北向、東西向共用北端點(diǎn)(B1、B2)和東端點(diǎn) (A1、A2)觀測(cè)電極，中心電極 (O1、O2為同一電極)為共用電極，北端點(diǎn)電極B1、B2和東端點(diǎn)電極 A1、A2僅相距10 m，各測(cè)邊觀測(cè)電極布設(shè)參數(shù)見(jiàn)表1。外線路采用電纜架空方式①②云南省地震局.2007.彌渡地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)單位工程竣工報(bào)告.(中國(guó)地震局，2001)。

圖2 彌渡地電場(chǎng)測(cè)量測(cè)區(qū)平面圖及電場(chǎng)線路簡(jiǎn)圖Fig.2 Plan view of geoelectric field measuring area and distribution at electrode field line at Midu Station

表1 彌渡臺(tái)地電場(chǎng)各測(cè)邊參數(shù)Tab.1 The parameters of each measuring side of geoelectric field of Midu Station

圖3 2014年彌渡地電場(chǎng)各測(cè)向分鐘值數(shù)據(jù)曲線Fig.3 Minute value curves of geoelectric field in each direction at Midu station in 2014

1.3 歷史觀測(cè)資料

從2006年9月22日彌渡地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，共進(jìn)行過(guò)兩次技改工作，因地方建設(shè)發(fā)展的需要，測(cè)區(qū)及周邊建筑越來(lái)越多，為盡量減小外部干擾，經(jīng)專(zhuān)家論證分析后，分別于2009年12月和2010年9月進(jìn)行了電極埋深處理，埋深從5 m增加至20 m，并對(duì)線路進(jìn)行重新架設(shè)改造，北南、東西測(cè)道長(zhǎng)極距為200 m，短極距為190 m;2013年2月18日因觀測(cè)儀器故障無(wú)法維修，更換了ZD9A-II地電場(chǎng)儀;2010年升級(jí)改造后，系統(tǒng)抗干擾能力和內(nèi)精度得到較大提高，改造效果較好，觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)較穩(wěn)定 (褚金學(xué)，2012;中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2010)，圖3中矩形框中為本次異常數(shù)據(jù)曲線。

2 彌渡地電場(chǎng)異常調(diào)查分析

2.1 異常特征

2014年5月27日至6月9日，彌渡地電場(chǎng)觀測(cè)資料出現(xiàn)規(guī)律階性階躍異常變化，觀測(cè)曲線為n形波異常形態(tài)，其規(guī)律性表現(xiàn)為:每日的20∶19準(zhǔn)時(shí)階躍上升，穩(wěn)定在高值，至次日06∶09準(zhǔn)時(shí)階躍下降，恢復(fù)到正常值，并且每天的變化形態(tài)基本一致;突升 (或者突降)幅度也呈規(guī)律性變化，相同測(cè)道長(zhǎng)、短極距異常變化幅度大致相同，不同測(cè)道的突升 (或者突降)幅度變化有所不同，其中，南北向長(zhǎng)、短極距異常變化幅度為110 mV/km，東西向長(zhǎng)、短極距異常變化幅度約為98 mV/km，北東向長(zhǎng)、短極距異常變化幅度約為7 mV/km(圖4)。異常開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)，筆者對(duì)異常特征分析，與臺(tái)站工作人員溝通，查閱相關(guān)資料①盧軍.2013.電阻率和電磁擾動(dòng)分析與異常判定實(shí)例 (課件).，發(fā)現(xiàn)該異常特征與電場(chǎng)異常形態(tài)不同 (褚金學(xué)，2014)，與磁暴干擾形態(tài)也不同 (胡小靜，2013)，故認(rèn)為雖然暫時(shí)未找到干擾因素，但從異常的形態(tài)分析認(rèn)為存在干擾的可能。

圖4 2014-05-20～06-15彌渡地電場(chǎng)各測(cè)向異常分鐘值數(shù)據(jù)曲線Fig.4 Minute value curves of geoelectric field in each direction at Midu Station from May 20 to June.15，2014

2.2 現(xiàn)場(chǎng)異常核實(shí)

2.2.1 觀測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查

為確認(rèn)彌渡地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，2014年6月6日筆者按異常核實(shí)要求逐項(xiàng)排查核實(shí)，對(duì)外線路巡視檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況;對(duì)觀測(cè)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、布設(shè)電極區(qū)以及避雷系統(tǒng)線路逐一檢查，均符合觀測(cè)要求;對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)儀器進(jìn)行臨時(shí)標(biāo)定檢查，特別選擇跨異常開(kāi)始時(shí)間前后進(jìn)行標(biāo)定，以判斷是否觀測(cè)儀器本身引起的異常變化，所得標(biāo)定結(jié)果均符合觀測(cè)要求 (表2)(中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2000)。

2.3 環(huán)境干擾情況調(diào)查

通過(guò)實(shí)地走訪、調(diào)查測(cè)區(qū)周邊環(huán)境變化情況，結(jié)合本次數(shù)據(jù)異常規(guī)律性特征，特別對(duì)彌渡地電場(chǎng)測(cè)區(qū)及周邊有關(guān)用電及輸電線路情況進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查②中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.2014.形變、流體、電磁、測(cè)震學(xué)科觀測(cè)資料異常變化現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)工作報(bào)告編寫(xiě)要求 (修訂).(中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2000，2014)。

(1)對(duì)地電場(chǎng)觀測(cè)區(qū)及周邊走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)近期沒(méi)有新開(kāi)工或完工的工程，特別在異常起止時(shí)間段內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有施工、大型機(jī)械進(jìn)出、抽水、特殊用電等情況。

學(xué)校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)邊有一條護(hù)城河道在施工，主要是河岸加固、培土及綠化，為了施工作業(yè)方便，在中心桿附近修了一條臨時(shí)施工便道，白天有施工車(chē)輛通行，但車(chē)輛較少，工人進(jìn)行人工填土等作業(yè)，晚上施工暫停。河道規(guī)模較小，寬約3 m，深2 m，河中無(wú)水，屬季節(jié)性河流，雨季才有水流過(guò)，而且此次施工已進(jìn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)使用帶智能控制設(shè)備和大型施工機(jī)械。

(2)查看氣象日志記錄，近期無(wú)降雨，彌渡地震臺(tái)的氣象三要素觀測(cè)已壞，從距它不遠(yuǎn)的彌渡水化站氣象觀測(cè)資料可以看出2014年5月中下旬基本沒(méi)有降雨，從彌渡縣氣象局的日降雨資料分析，2014年1～5月彌渡日降雨量較少，特別是異常出現(xiàn)前的2014年5月中下旬基本沒(méi)有有效降雨 (圖5～6)，氣象因素與往年同期沒(méi)有明顯差異，排除因降雨引起的異常變化。

(3)中心電極附近有高壓線路從其上方通過(guò)，中心電極兩旁50 m范圍內(nèi)有兩座用于架設(shè)高壓線路的高架塔。經(jīng)初步調(diào)查，高壓線路在近段時(shí)間供電方式?jīng)]有變化，供電線路沒(méi)有任何變動(dòng)，也無(wú)新增架設(shè)線路、分析認(rèn)為觀測(cè)資料異常受該處高壓線路干擾引起的概率較小。

表2 儀器臨時(shí)標(biāo)定結(jié)果Tab.2 Temporary calibration results of the instrument

圖5 2014年彌渡水化站降雨量觀測(cè)資料Fig.5 Rainfall observations data at Midu Hydration Station in 2014

圖6 2014年彌渡氣象局雨量觀測(cè)資料Fig.6 Rainfall observations data in Midu Weather Bureau in 2014

(4)彌渡地電場(chǎng)測(cè)區(qū)中心電極附近分布有兩臺(tái)變壓器，一臺(tái)位于彌渡地震臺(tái)圍墻內(nèi) (距中心電極約10 m)，屬于彌渡地震臺(tái)專(zhuān)用設(shè)備，常年運(yùn)行較穩(wěn)定，無(wú)故障記錄;另一臺(tái)變壓器位于G214國(guó)道旁 (距中心電極約40 m)，該設(shè)備專(zhuān)用于附近路燈供電，此變壓器旁路燈桿上架設(shè)有路燈控制箱，臨時(shí)施工便道從些燈桿邊通過(guò) (圖7)。

圖7 彌渡地電場(chǎng)測(cè)區(qū)環(huán)境及漏電路燈位置圖Fig.7 Environment around geoelectric field measuring area at Midu Station and the location of street lights with leakage

調(diào)查了解到中心桿附近的路燈控制箱控制著路燈的開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)間，開(kāi)關(guān)時(shí)間應(yīng)較固定，測(cè)區(qū)附近的路燈漏電引起地電場(chǎng)觀測(cè)資料變化的概率較大。

為驗(yàn)證此次規(guī)律性數(shù)據(jù)異常是否因附近路燈線路漏電所致，工作人員對(duì)以后幾天路燈的開(kāi)燈、滅燈時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，同時(shí)考慮兩者的時(shí)間誤差，結(jié)果表明路燈的開(kāi)燈時(shí)間與本次觀測(cè)數(shù)據(jù)異常上升變化時(shí)間相吻合，路燈的滅燈時(shí)間與觀測(cè)數(shù)據(jù)異常下降時(shí)間相吻合 (表3)。

表3 路燈開(kāi)燈、滅燈時(shí)間與觀測(cè)數(shù)據(jù)異常對(duì)比試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistic of compartive test between the time of lights on/off and observation data anomaly changes

為進(jìn)一步確定此次規(guī)律性數(shù)據(jù)異常是因路燈控制箱附近漏電所致，臺(tái)站人員及時(shí)聯(lián)系了彌渡縣路燈管理部門(mén)，經(jīng)一致協(xié)商，2014年6月9日下午，路燈管理部門(mén)派出專(zhuān)業(yè)人員對(duì)測(cè)區(qū)附近的路燈線路進(jìn)行漏電檢查工作，確認(rèn)是地電場(chǎng)觀測(cè)中心桿附近的 (放路燈控制箱)路燈電桿下埋設(shè)的線路存在漏電情況，路燈管理部門(mén)專(zhuān)業(yè)人員及時(shí)修好了此次路燈線路漏電故障。漏電故障解決后，彌渡臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)未出現(xiàn)本次規(guī)律性異常變化，(圖4)彌渡臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

中心電極為南北和東西測(cè)道長(zhǎng)短極距觀測(cè)共用電極，漏電位置在中心電極附近，對(duì)中心電極影響較大，而且南北和東西測(cè)道長(zhǎng)短極距觀測(cè)極距只相差10 m，因此，北南和東西測(cè)道長(zhǎng)短極距觀測(cè)異常變化量相對(duì)較大(110 mV/km、98 mV/km)，且長(zhǎng)短極距觀測(cè)異常變化量基本相同;北東向測(cè)道長(zhǎng)短極距觀測(cè)電極距離漏電位置較遠(yuǎn)，受影響程度相對(duì)中心電極較小，長(zhǎng)短極距觀測(cè)極距也相差較小 (約14 m)，因此異常變化量相對(duì)較小，且長(zhǎng)短極距異常變化量也相差較小 (7 mV/km)。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)調(diào)查地電觀測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，對(duì)觀測(cè)儀器臨時(shí)標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果符合規(guī)范要求;對(duì)系統(tǒng)的外線路、電源穩(wěn)定性、布設(shè)電極區(qū)、接地系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)線路、以及觀測(cè)日志進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常情況，可初步判定彌渡地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)正常。對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查未發(fā)現(xiàn)較大異常變化，綜合分析后，可初步排除本次地電場(chǎng)觀測(cè)資料規(guī)律性異常變化是因觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)環(huán)境變化異常導(dǎo)致。

針對(duì)本次異常較有規(guī)律的特點(diǎn)，主要尋找觀測(cè)區(qū)及附近，特別是中心電極附近是否存在較有規(guī)律的干擾。在觀測(cè)環(huán)境干擾調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)測(cè)區(qū)周邊的路燈開(kāi)關(guān)較有規(guī)律，對(duì)比觀測(cè)路燈開(kāi)燈、滅燈時(shí)間與觀測(cè)數(shù)據(jù)異常情況，初步認(rèn)為異常是附近路燈漏電所致;通過(guò)與相關(guān)部門(mén)溝通對(duì)路燈線路漏電檢查與維修后，本次異常消失，可以確定彌渡地電場(chǎng)觀測(cè)資料異常變化是由于附近路燈漏電引起的，不屬于地震前兆異常。

在日常地震前兆資料跟蹤分析中，由于地震前兆觀測(cè)系統(tǒng)處于一個(gè)更大、更復(fù)雜的開(kāi)放系統(tǒng)中，除了會(huì)受自身系統(tǒng)內(nèi)部一些因素影響，更易受自身系統(tǒng)以外的因素影響。隨著社會(huì)快速發(fā)展，原來(lái)的觀測(cè)環(huán)境大多有了質(zhì)的變化，對(duì)前兆觀測(cè)資料干擾因素的判斷也更加復(fù)雜。地震前兆觀測(cè)資料干擾因素有些看得見(jiàn)，大多數(shù)是看不見(jiàn)或難于發(fā)現(xiàn)的，種類(lèi)繁多，有來(lái)自周邊環(huán)境的、有來(lái)自地下的、有來(lái)自空間的，這些復(fù)雜環(huán)境變化因素，以及觀測(cè)系統(tǒng)本身出現(xiàn)一些問(wèn)題對(duì)前兆觀測(cè)資料產(chǎn)生附加影響，這些復(fù)雜性給地震前兆觀測(cè)資料異常變化的原因?qū)ふ摇⑿再|(zhì)判定帶來(lái)極大困難。因此，在前兆異常變化分析核實(shí)過(guò)程中，初步分析是否存在干擾的可能及可能的干擾因素較為重要，一般有規(guī)律的異常變化，干擾的可能性較大，查找原因時(shí)要根據(jù)觀測(cè)物理量的屬性、原理、特性及異常形態(tài)的變化規(guī)律、特征，根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)環(huán)境情況，結(jié)合觀測(cè)點(diǎn)周邊水文地質(zhì)構(gòu)造、氣象條件等分析可能的影響因素，進(jìn)行針對(duì)性調(diào)查、查找及排除，找到可能的影響因素。由于影響因素復(fù)雜性，很多時(shí)候是很難明確找到原因的，因此也更顯出地震前兆異常核實(shí)的艱難性及重要性。

本文得到胡小靜同志幫助，在此給予感謝。

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