甘肅高臺大莊地電場異常研究

寇俊陽，鄒小波，王志棟，王必顯，胡 源，張成軍

（甘肅省地震局張掖中心地震臺,甘肅 高臺 734300）

1 異常變化描述

2017年6月12日，高臺大莊地電場長、短極距觀測數據出現不同程度的臺階，北南長極距臺階最大幅度為9.1mV/km，北南短極距最大幅度為5.6mV/km；東西長極距臺階最大幅度為9.2mV/km，東西短極距最大幅度為8.0mV/km，且北南測道長、短極距開始持續抬升，變化幅度最大為25.8mV/km和43.8mV/km(如圖1所示)；東西測道長、短極距測值出現同步變化，但抬升幅度相對較小。

圖1 高臺大莊地電場分鐘值圖（20170101-20170918）

2 臺站概況

2.1 臺站簡介

高臺大莊地電觀測站位于高臺縣大莊村，距縣城13km，屬于“十五”項目新建臺站，為無人值守臺站，觀測室占地10m2，采用220V農電供電，觀測儀器配備野外站電源。觀測站目前擁有地電場觀測、電測擾動和DSC垂直電場儀（實驗儀器）三項觀測項目。采用ADSL進行網絡監控和數據采集，采用無人值守和有人看護相結合的方式進行管理，觀測資料由高臺地震臺的觀測人員進行處理。高臺大莊地電觀測站照片位置如圖2所示。

圖2 甘肅省高臺大莊地電場構造位置圖

2.2 地質條件

高臺大莊地電觀測站地電場觀測區臺址位于合黎山-龍首山褶皺帶南緣與走廊斷陷的分界處，河西系高臺-榆木山隆起與祁呂西褶皺外緣與古北西向構造斜撞復合部位，區域地質構造以合黎山-龍首山北西西向隆起帶為主，地表為第四紀30多米的覆蓋層，測區位于紅柳荒灘（現已開發為農用耕地），土壤鹽堿性較強，地下水豐富，地下水位較淺。高臺大莊地電場的電測深曲線如圖3所示：

圖3 高臺大莊地電場電測深曲線

2.3 觀測簡述

高臺大莊地電場于2006年9月架設完成。線路架設采用空架方式, 電極為固體不極化電極。共分南北長、東西長、北東長、南北短、東西短、北東短六道測道。2015年11月23-25日對大莊地電場電極進行更換，電極埋深也由原來的1.5m加深到4.3m，更換電極之后數據質量明顯改善，相關系數和差值等指標顯示數據質量較高。表1和圖4為觀測系統參數和布極示意圖。

表格1 高臺大莊地電場布極裝置參數表

圖4 為高臺大莊地電場布極圖

3 異常核實過程

針對高臺大莊地電場北南長、短測道數據曲線持續抬升異常情況，張掖中心地震臺開會詳細討論核實方案，同時向監測中心翟瑋、預報中心高曙德請教，并將核實方案以電話形式上報給監測中心和預報中心。于2017年9月18日下午，由張掖中心地震臺臺長尹亮組織電磁組寇俊陽、鄒小波、胡源、王志棟、張成軍等人到南華大莊地電觀測站核實異常情況，并根據制定的方案對可能存在的影響因素逐步排查核實。

3.1 巡查外線路和測區環境

巡查測區環境：北南測道測區2017年年初新建滴灌裝置，滴灌采用塑料管鋪設，但滴灌運行時間為非連續性，初步判斷其可能存在的干擾為間歇性干擾，而非引起北南測道觀測數據曲線抬升的直接原因。

排查外線路：各測道電極接線盒接頭，無明顯的虛接及銹蝕現象，接線盒密封良好，外線路檢查合格，各項檢查結果均符合學科規范要求。

3.2 室內線路、接頭及避雷機箱接地

檢查室內配電線和避雷機箱各引線接頭，未發現銹蝕及虛接情況；檢查避雷機箱接地，符合規范要求；檢查儀器后航空插頭，接觸良好，未發現室內線路破損。

3.3 停測實驗儀器、配套UPS及空調

2016年7月31日高臺大莊地電場因高溫引起儀器故障，地電場儀停測3個月，故于2017年5月6日在觀測室內架設1.5P壁掛式空調一臺。

2017年5月9日，甘肅省地震局預報中心高曙德等人在高臺大莊架設實驗儀器DSC垂直電場儀，儀器采用UPS加市電供電。

2017年5月19日至2017年6月12日，儀器故障，返廠維修。2017年6月12日恢復實驗觀測。2017年9月18日向預報中心高曙德申請，停測實驗儀器，以便做對比觀測。

分析同場觀測電磁擾動低頻電擾動北南分量和低頻磁擾動東西分量2017年1月1日-2017年9月18日數據曲線，發現實驗儀器的架設運行對電磁繞動存在明顯干擾，如圖5所示。

圖5 電磁擾動分鐘值圖（20170101-20170918）

2017年5月9日-2017年5月19日 （實驗儀器架設未故障前），地電場無明顯干擾，2017年6月12日該實驗儀器維修正常并恢復觀測，地電場出現各測道測值不同程度的趨勢上升，如圖6所示。

圖6 高臺大莊地電場分鐘值圖（20170101-20170918）

3.4 觀測儀器標定檢查

2017年9月18日，按照學科規范要求，對觀測儀器做零輸入、滿刻度校準和標定測量，結果符合規范要求。標定測量結果見表2。

表2 臨時檢查標定結果

通過與并行的備用儀器對比分析認為，6月12日備用儀器數據資料正常，未出現數據臺階。現用觀測儀器數據出現的臺階，可能為觀測儀器標定產生。且9月18日對儀器進行重新標定后，各測道數據曲線也出現比較明顯的臺階，故認為6月12日數據臺階為標定產生。

而6月12日開始在各測道數據出現的趨勢性異常，在備用儀器產出數據中也可發現類似異常。但在6月12日實驗儀器也恢復觀測，且電磁擾動數據受到明顯干擾。

9月18日已經對實驗儀器進行停測，但電磁擾動數據未出現明顯變化，地電場數據下降20mV/km左右的臺階，目前數據曲線變化趨勢與標定變化不大，故認為該異常可能與恢復實驗儀器有關，但也無法排除前兆異常和測區農田滴灌影響的可能性，需要通過數據積累，來對該數據進行進一步跟蹤分析，如圖（7-8）所示。

圖7 高臺大莊地電場地電場數據對比圖（20170612）

4 分析與結論

依據異常核實和與相關學科專家討論分析認為：

1）DSC垂直電場儀，及其所配備了UPS電源架設時，對電磁擾動觀測有明顯干擾。

2）2017年6月12日恢復DSC垂直電場儀觀測后，備用和主測地電場儀均存在趨勢異常。而9月18日停測實驗儀器后，地電場觀測測值有下降趨勢。

3）對儀器進行標定檢查，發現儀器標定后產生大幅臺階，標定過程符合學科相關規范要求，產生臺階具體原因不明。

4）高臺大莊地電場的變化的是各種干擾源的綜合影響，也有可能是地下電性結構發生改變，不排除存在前兆異常的可能。根據采取措施對后續觀測的數據變化趨勢來做進一步分析判斷，目前為待定異常。