都兰台地电场新旧观测场地数据对比分析

孟凡博 高慧慧 文勇

摘 要 通过对都兰台地电场新旧场地观测数据资料曲线形态、数据相关系数、差值等内在质量参数的对比分析，得出结论：1）新旧观测场地直线距离相距10千米以内，布极方式和观测系统相同，观测到的地电场资料曲线形态一致；2）从电测深曲线得出，新旧场地的地下介质电性结构、电磁环境完全相同，因此地电场观测数据没有差异；3）新搬迁地电观测场地开阔，周边无干扰源。

关键词 地电场；相关系数；布极方式；曲线形态；干扰源

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）230-0128-03

地球表面存在的天然变化电场，它是由地球外部的各种电流体系（电离层、对流层、磁层的电流体系等）与地球介质相互作用产生的地表感应电场称之为大地电场，大地电场容易受外界磁电等因素的干扰，随之观测数据中各种“噪声”信号也会增多。2007年6月在都兰台架设地电场观测。外线路为地埋，深约1.5m，测区环境主要受农田灌溉农耕拖拉机干扰。因受建高速公路建设影响，于2014年11月地电观测场地迁建。新迁建的观测场地为开阔、平坦的牧区草场，附件无灌溉，无工厂、无大型用电设备等，电磁观测环境优越，地形为荒滩、无干扰，占地面积50亩，海拔3 198m。本文对通过对前后场地数据的对比分析，讨论变更场地后的特性，分析对比地电场观测资料的可用性，将为今后更好获取地电观数据料极奠定了基础。

1 台站概况

都兰地震台位于柴达木盆地中东的腹部，由于受喜玛拉雅运动的影响，新构造运动十分强烈，是破坏性地震的多发地区。地电场测区在上庄村一队海拔3 224米。测区周围为草场、农田，山脉。O极，NS长和NS短极外线路均有一水渠低层穿过，外线路为地埋，受农田灌溉影响，数据台阶多、数据不符合规范要求。2014年11月搬迁至都兰县上庄村二队荒滩上，海拔3 198m，地形开阔，环境稳定，数据记录相关性较高。

2 观测系统

2.1 观测简述

都兰台新、旧观测场地使用仪器为ZD9A-Ⅱ，搬迁前后的仪器没有更换，使用还是原地电场观测仪器。

2.2 场地布极方式

1）相同点：电场均采用独立布设电极和线路，采用L型观测装置布设（图1）。采用正北正东布设方式，每个方向有长、短两个测道，分别为长极距300m，短极距为150m，形成6极共用。电极均为固体不极化电极。各电极面水平不超过5°，电极坑中添加饱和NaCL溶液进行导电性能处理。

2）不同点：旧场地埋设在地表冻土层以下的潮湿土壤中，深度1.5m，电极线使用的是六平方的百米铜芯线，对地绝缘电阻≥5MΩ，线路绝缘不好导致数据台阶影响记录。新场地电极埋设在深度约3米的冻土层沙质沉积物中。各电极的外线使用的双芯铠装电缆，对地绝缘电阻≥500MΩ。

3 测区环境对比

3.1 电测深曲线

1）地层及地球物理特征相同：地电场测区周围出露的地层有石炭系（C），中生代三叠系（T）、第四系（Q）。

2）曲线类型的划分及解释：所获的二条直流电测深曲线，曲线形态相似，南北向的电阻率值小于东西向的电阻率值（表1）。

3.2 测区环境

都兰台地电场原观测场地测区周围地形是农田，外线路由一水渠低层穿过，数据受农田灌溉影响严重。其一是电极线采用地埋为6平方百米铜芯线，接头处理不当导致绝缘不好，数据记录失真，台阶较多，相关系数及差值的变化较大，记录数据不符合规范要求；其二是SW测项电极线横穿灌溉渠，受农田灌溉影响；其三暴雨天气雨水流入电极坑内，淤泥沉积在电极线穿线管内造成断路，记录的数据失真。

2014年11月地电观测场地搬迁至都兰县东山根草滩上，整个地势东南高西北低，测区场地属于第四纪沙质沉积物，测区周围地形开阔，环境稳定，没有地铁等干扰源。距离地电测区一公里左右有乌都输电线铁塔，高速公路、有机化肥加工厂距电场测区均在千米以上，小型砖厂距离观测场地在1千米以上，距离地电场测区最近的有一条农牧民上山的土路（约500m左右），主要是摩托车及小型车辆偶然经过，这些目前对测区均无影响，测区观测环境干扰很小。

4 数据对比分析

4.1 日变形态对比

地电场日变与磁场变化的日变化、磁扰变化、磁暴变化等同步变化。电场变化形态在同区域具有同步性、广域区具有相关性等。大地电场具有较规则日变化，一般表现为双峰单谷，日变曲线并不是简单正弦波，其中包含多种谐波成分。新、旧观测场地观测到的数据日变形态很清晰，即每天中午12时左右会呈低值状态，两侧各有一个极大值。磁静日变化幅度约为4mV/km左右，与中低纬度地区大多数电场日变化的变化范围相同。

4.2 降雨（雪）、农田灌溉数据分析

旧场地电场观测记录，测区农田灌溉和降雨，地电场数据出现变化，持续一周后数据恢复，降雨时段与电场变化的时段在时间上同步，该变化是由外线路绝缘不好造成（图2）。其机理是极化电位不一致，将在测量回路中产生一个附加的电位差，影响到地电场观测，随着农田灌溉逐渐干涸，电极线周边水分的蒸发，一般需要持续几天观测曲线会逐步恢复到正常日变形态。

在新建地電场场地观测数据，外线采用的是双芯铠装电缆，排除了因线路接头导致的渗水绝缘不好的结果，同时观测系统稳定，降雨（雪）等天气数据未受影响。测区有降雨时，地电场数据没有变化（图3）。

得出电极渗水数据变化的特点：短时间内呈现大幅度的数据变化，往往是大幅度的突升或者突降，并且渗水时间越长引起的“台阶”时段越长，数值为正常变化值的3倍以上，并且在渗水后的数据波动变化较多。

4.3 磁扰时段数据

旧观测场地地电场磁扰时大地电场分钟值观测曲线变化形态，地磁K=5时地电场观测记录到磁暴事件（图4）及新场地观测数据（图5）。

式中，Xi、Yi为参与计算的2个测道的分钟测量数据（i=0，1，2，…），N为参加计算的数据总数，X0、Y0为每天观测数据的初始值（图7）。

新旧场地的月差值指标可以作为评价地电场观测系统工作的稳定性，相关系数可以作为观测装置稳定性和观测环境电磁干扰程度的依据之一，相关系数越高，代表着2个数据变化幅度、趋势越趋向相同，数据的可用性就越高。从图7中可明显看出新场地的地电场差值要比旧场地的地电场差值低很多，说明地电场新场地的观测系统的稳定性强于地电场旧场地，这是由于地电场旧场地外线路绝缘不好及电极老化等引起的观测数据质量下降。

5 结论

通过分析对比，得出：

1）新布极区内地形开阔、平坦，无铁、磁管线和其他铁、磁物体；无生产工业游散电流和其他电磁信号的干扰源，没有地电阻率观测干扰。测量数據及相关系数极少受降雨和地电暴等自然现象以及不明原因的影响，观测数据连续稳定，数据相关性很高，能为震前异常提供可靠数据。

2）在前兆观测数据的应用方面，通过对人工或数据挖掘方法确认仪器对环境变化的反映，排除人为等其他因素的干扰，确保资料的真实性及地震前兆异常的判断。

参考文献

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