地電場數據漂移現象探討分析

閆萬曉，胡子超，趙麗霞

地電場數據漂移現象探討分析

閆萬曉1，胡子超2，趙麗霞2

（1.相公莊地震臺，山東 臨沂 276000；2.臨沂市地震臺，山東 臨沂 276000）

地電場觀測是地震前兆觀測的重要手段之一，但易受降雨等多種因素的影響，以馬陵山臺和大山臺等地電場觀測為例對觀測中出現的漂移現象，結合地電場觀測的原理、觀測裝置系統和布極區環境等，分析數據漂移變化產生的原因，對一些原因造成的漂移提出解決思路。研究分析結果表明，觀測區內降水、灌溉等會造成觀測數據出現漂移，說明數據漂移和地表土壤濕度具有一定的關聯；通過對兩臺數據分析發現，在電極出現故障時，地電場觀測數據也會出現漂移現象。

地電場；漂移；降水；灌溉

地電場（geoelectric field）即地球內部的電場，由大地電場和自然電場所組成。前者主要是大氣層中的各種電流體系在地球內部所產生的感應電場；后者是地殼中的某些物理、化學作用引起的電場。自然電場是地球表層局部電場的一種。

1 地電場觀測方法

由于地電場強度矢量既有大小，又有方向，需要同時觀測兩個方向的地電場分量，并利用數據處理系統進行矢量合成。一般情況下，選擇兩個正交的方向進行測量，例如，選擇東向分量（x）和北向分量（y）作為觀測對象，然后計算其幅值和東偏北角度。假定x和y是通過觀測地表兩點（如Ａ點和Ｂ點）之間的電位差值以后，通過計算得到測點Ｏ（Ａ與Ｂ的中點）的平均電場強度AB：

地電場觀測系統的主要構成如圖1所示，包括測量電極、避雷裝置、測量儀器以及通信處理系統等部分。

圖1 地電場觀測系統構成圖

地電場觀測采用“三方向，多極距”觀測方法，即在南北（NS）、東西（EW）兩個正交方向進行地電場矢量觀測，在北東（NE）或北西（NW）方向進行輔助觀測，每個測量方向分別采用兩種不同極距的獨立裝置進行對比觀測。

可以通過計算同測量方向不同裝置之間觀測數據的相關性，分析觀測數據的可靠性，及時判斷觀測系統中可能出現的技術故障。

2 地電場數據漂移現象分析

2.1 大地電場正常日變化特征

中國大陸地區的多數地電臺站觀測到的大地電場日變化體現在數據波形上主要呈“兩峰兩谷”的形態，有時也出現“二峰一谷”的波形，在同一個測區內，如果地勢開闊，無明顯干擾，同一觀測方向不同觀測極距觀測到的地電場變化數據去時應該一致，否則，說明電極不穩定或地電場觀測數據受到干擾。

2.2 降水造成數據的漂移

分析整理馬陵山臺和大山臺近幾年的數據，在出現降雨的當天或以后的幾天時間內，地電場觀測數據很大可能會出現數據漂移現象。馬陵山臺地電場2009-07-12數據如圖2所示，07-11降雨后，六個測道均出現數據漂移現象，降雨致地表潮濕，改變了地表中的水流變化，從而影響區域電場強度變化，地電場觀測數據出現漂移。

圖2 馬陵山臺地電場2009-07-12數據

2.3 灌溉造成的地電場數據的漂移

馬陵山臺2010-06-27地電場東西向和北東向數據出現漂移，對儀器運行狀態和觀測線路進行檢查，未見異常，對觀測場地進行巡查時發現在布極區內靠近東端有農田進行灌溉，同時在2010-06在測區內有農田抗旱灌溉，數據均出現不同程度的漂移現象。

經過分析后認為是農田抗旱灌溉改變了區域的電場分布環境，引起數據漂移變化。

2.4 臺址條件與漂移時間的關聯

對兩臺地電場數據受降水影響的分析發現，馬陵山臺受一次降水影響后數據漂移恢復正常時間一般大于大山地震臺數據恢復正常日變化的時間。

對比兩臺站的儀器和裝置系統、測區環境后發現，大山臺地電場布局在較平坦的農田中，而馬陵山臺地處山區、地電場布極區則為一片有坡度的農田，東西向電極之間高度差較大，兩臺站地表水流的變化不同導致了區域電場的分布情況變化的不同，引起地電場強度發生變化不同，地電場臺站選址應該更可能考慮在地勢平坦的區域。

2.5 電極故障造成地電場數據漂移

對儀器和線路等進行檢查均無異常，測區環境排查后沒發現干擾，懷疑為電極被腐蝕，電極出現故障，2010-11-01更換新電極后，地電場日變化清晰。

固體不極化電極長時間使用后會腐蝕，造成數據漂移等，因此地電場數據曲線出現漂移現象時，要考慮電極的原因，與電極情況也有關。

3 漂移現象處理的相關建議

地電場觀測極易受各種干擾因素的影響，影響了數據在地震分析預報中的有效應用和對異常情況的判斷分析。為有效解決數據漂移的影響，實踐證明，把所有電極均埋在水位以下的同一水平面上，數據基本無地表水流變化影響造成的數據漂移，可以更好反映地球內部電場變化。對電極損壞造成的數據漂移，要及時更換新電極。新建地電場臺站的選址應盡量選在地勢開闊平坦的區域。

4 結論

通過對馬陵山臺和大山等臺近幾年地電場數據的分析發現，降水和觀測區內的農田灌溉均會造成地表的電場發生變化，造成數據漂移現象，電極埋在水位以下，可以有效減輕地表濕度變化造成的表層地電場變化對電場觀測數據準確性的影響；地電場數據漂移現象受到的影響和觀測場地的臺址條件有一定的相關性；電極長時間使用會受到腐蝕，地電場觀測數據也會出現漂移現象，要及時更換電極。

［1］席繼樓，趙家騮，王燕瓊，等．地電場觀測技術研究［J］.地震，2002，22（2）：67-73.

［2］錢家棟，林云芳.地震電磁觀測技術［M］.北京：地震出版社，1995.

P315

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.033

2095－6835（2019）18－0084－02

閆萬曉（1984—），男，山東臨沂人，大學本科，助理工程師，從事數據應用分析等相關的研究與管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕