地震地電場前兆觀測方法創新及應用

李桂清+李紅梅

摘 要：有效獲取地震前兆異常信息是進行地震預測預報的基礎。為了排除傳統的地電場觀測方法存在的干擾影響，提出了深井電極垂向地電場觀測思路。利用地震臺站現有條件，將深井鋼管作電極可開展深井電極垂向地電場前兆觀測。濮陽市地震臺深井鋼管電極地電場觀測資料異常與周圍地震活動具有較好的對應關系，根據深井鋼管電極地電場觀測資料異常進行了多次地震預測預報實踐，取得了較好的效果。深井鋼管電極地電場前兆觀測方法值得推廣。

關鍵詞：地震地電場前兆；垂向地電場觀測；深井鋼管電極；地震預測實踐

中圖分類號：P315.61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0030-03

地震地電場前兆觀測是地震監測預報中重要的短臨前兆手段之一。目前，隨著國民經濟的快速發展，特別是隨著城市化建設及各種電氣化基礎設施的建設，各類電磁環境干擾因素對地電場觀測的影響日益增強，對從地電場觀測數據中提取有用的地震異常信息增加了較大的難度[1～5]。

為了排除各類電磁環境對地電場觀測的干擾影響，以期取得好的觀測效果，有些臺站開展了井下電極地電場觀測[6-7]（圖1），取得了較好的觀測效果。在此基礎上，李桂清改變傳統的水平方向地電場觀測方法，提出了深井電極垂向地電場觀測新思路[8]（圖2），采用深井觀測方法，可在深井不同深度安放電極，開展不同深度的垂直方向地電場前兆觀測，也可使用多口深井開展深井電極水平方向的地電場觀測。充分利用深井條件，也可在深井中下入其他前兆觀測探頭，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應用效果，提高地震監測預報水平。

1 深井鋼管作電極開展地電場前兆觀測的技術途徑

深井觀測技術方法是目前地震前兆觀測的新的觀測思路，正處于探索研究階段。提出深井電極垂向地電場觀測技術方法，采用深井鉆探技術，打出幾十米乃至幾百米深的鉆井，將觀測電極下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。

開展深井電極垂向地電場前兆觀測，打好深井是關鍵。但是，深井鉆孔費用高，一般臺站沒有專項資金，無法打出深井鉆孔，從而無法開展深井電極垂向地電場觀測。然而，有些老的臺站開展有地下流體或深井擺測震等觀測項目，這些臺站有打好的幾百米的深井，并下了鋼管。那么，這些鋼管能否作電極開展地電場前兆觀測呢？為此，李桂清利用深井鋼管作電極開展了多個臺站的地震地電場前兆觀測實驗研究，取得了較好的觀測效果。

開展地電場觀測時至少需要2個電極。當有1個深井鋼管時，需安裝1個輔助電極與鋼管組成電極對，從而開展地電場觀測。根據深井電極垂向地電場觀測思路和已有的井下電極觀測結果[6-8]，深井鋼管深度應大于50米。輔助電極距井管5-10米，埋深5-10米。這樣，組成的電極對水平距離在10米以內，而垂向距離大于40米，垂直深度大于水平距離，形成深井電極垂向地電場觀測系統。

當臺站有兩個深井鋼管時，可直接將兩個鋼管作電極開展地電場觀測。若兩個井管深度相當，則可視為水平方向的地電場觀測；若兩個井管的深度差別較大（大于50米），又相距較近時，可視為深井電極垂向地電場觀測；當兩井管相距較遠時，可視為深井水平方向觀測。不管是看作水平方向還是垂直方向，只要電極的深度較大，可取得好的觀測效果，就達到了我們的觀測目的（圖3）。

2 觀測方法

2.1 人工模擬觀測

采用人工模擬觀測方法，安裝簡單，費用少。在有人值班的情況下，可隨時觀看數據變化，及時掌握異常動態。具體安裝如下：

在井管上接好信號線，引入觀測室，連接數字萬用表（直流毫伏電壓表）。要使用數字發光的或帶有背景光的數字萬用表，以便夜間顯示數字。打開萬用表，選擇直流電壓毫伏檔，其顯示的數字為觀測結果。

電腦記錄方法：電腦安裝攝像頭，將攝像頭對準萬用表顯示的數字，觀測數據就出現在電腦屏幕上。下載攝像頭錄像程序，全程記錄觀測數據。或下載使用“按鍵精靈”，設置拍照間隔時間（10分鐘），以照片形式記錄觀測數據。

2.2 數字化自動觀測方法

在經費許可的情況下，可購買數據采集器開展觀測工作以記錄觀測數據。若使用帶IP的數采，還可實現遠程控制。或購買專業觀測設備。

3 濮陽臺深井鋼管電極地電場觀測試驗及地震預測實踐

3.1 濮陽臺深井鋼管電極垂向地電場觀測條件

濮陽市地震臺位于濮陽市區西部，在勝利中路和昆吾中路交叉口西南角昆吾中路318號，占地約8000平方米，東西長100m，南北80m。臺站周圍為辦公及居住區。地處豫北平原，地下1000m左右均為黃土覆蓋層。

臺站有兩口鋼管井，其中，東邊1井井深500m，西邊2井井深250m，兩井東西向排列，相距約10m。將兩口井的鋼管作為兩個電極，按照上述深井電極地電場觀測思路，兩個井管組成一組電極，可開展垂向的地震地電場前兆觀測。

3.2 地震預測預報實踐

2014年8月起，濮陽市地震臺開展了深井鋼管電極地電場觀測工作，取得了很好的效果，圖4。根據地電場觀測資料異常，濮陽臺進行了多次有效的地震預測預報實踐。

地震預測實踐1：

2015年5月15日，河南省地震局召開年中地震趨勢會商會，濮陽臺根據深井電極垂向地電場異常，提出，若異常持續發展，5月15日以后的一個月或稍長時間，濮陽及臨區存在發生2.0級以上地震的可能。結果，2015年7月7日在山東菏澤發生2.0級地震，2015年7月29日，在山東巨野發生3.1級地震，8月2日山東鄒城發生2.7級地震，圖5。

地震預測實踐2：endprint

2016年7月8日，由于地電場異常高于正常值，異常持續發展，濮陽臺根據垂向地電場異常作出如下預測：

時間，2016年7月8日-8月10日

震級：3.0-3.9

地點：113.7-116.6，34.7-36.7

結果，2016年7月9日，在河北贊皇發生2.7級地震。2016年7月15日在河南濮陽發生2.1級地震（N35.6 E115.3），2016年8月7日山西高平發生2.7級地震（35.9 113.0），2016年8月15日在山東嘉祥發生2.6級地震（35.6 116.2），圖6。

實際發生的地震震級在3.0以下，預測的地震震級偏高。

地震預測實踐3：

2017年1月10日起，濮陽臺地電場觀測數據急劇升高，異常持續發展，2017年1月13日提出地震預測意見：2017年1月13日-2月28日，濮陽及臨區存在發生3-4級地震的可能。

2017年1月10日起，濮陽臺地電場觀測數據急劇升高，異常持續發展，直到5月中旬基本結束。這期間，由于異常持續發展，對冀魯豫交界區地震活動進行了追蹤預測。結果，該區不斷發生2.0級以上地震，圖7。

4 結束語

根據濮陽臺深井鋼管電極地電場觀測結果，地電場觀測資料異常與周圍地震活動具有較好的對應關系。利用深井鋼管作電極開展地震地電場前兆觀測可有效拾取地下深部地震地電場前兆信號，進行地電場前兆觀測是可行的。對具有深井的臺站來說，可利用深井鋼管作電極，開展地電場前兆觀測，既利用了原來的深井資源開展了新的觀測項目，又可取的較好的地震前兆觀測效果。利用深井鋼管電極開展地震地電場前兆觀測是一種值有效的、值得推廣的觀測方法。

參考文獻：

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[2]林向東，徐平，魯躍.地電場觀測中幾種常見干擾[J].華北地震科學，2007，25（1）.

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[4]史紅軍.地電場觀測過程中的干擾因素分析[J].東北地震研究，2009，25（2）.

[5]李桂清，等.濮陽臺地電波觀測的干擾因素分析[J].高原地震，2004，16（3）.

[6]李桂清，等.地震地電學前兆深井立體綜合觀測技術思路[J].四川地震，2015（4）.

[7]許忠祥，安張輝，于華，等.海安臺井下與地表地電觀測對比實驗研究[J].地球物理學進展，2014（4）.

[8]楊興悅，楊立明，康云生，等.天水地震臺井下地電觀測系統介紹及其分析[J].地震研究，2012，35（1）：92-97.endprint