安徽地电场台站地电暴特征浅析

尹天杰 孙亮亮 李章 赵桂宝

摘  要：地电暴作为地电场观测中典型的干扰类型，由于其变化机理的特殊性以及变化特征的复杂性，准确地识别地电暴的变化特征以及研究其变化机制机理，对于地电场台站的日常观测和科学研究，具有非常重要的意义。该文主要利用安徽省地震局嘉山、蒙城两个地电场台站的观测数据，对地电暴变化特征进行分析。发现地电暴具有同步性和广域性，且相比于雷电干扰变化幅度较大持续时间较长。

关键词：地电场  地电暴  磁暴  雷电干扰

中图分类号：P315                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（c）-0104-03

Analysis on Characteristics of Geoelectric Storms at Geoelectric Field Stations in Anhui Province

YIN Tianjie1  SUN Liangliang1  LI Zhang2  ZHAO Guibao1

（1.Jiashan Seismic Station of Anhui Earthquake Agency， Mingguang， Anhui Province， 239403  China; 2.Huangshan Seismic Station of Anhui Earthquake Agency， Huangshan， Anhui Province，

242700  China）

Abstract： Geoelectric storm is a typical interference type in geoelectric field observation. Due to the particularity of its change mechanism and the complexity of its change characteristics， it is necessary to accurately identify the change characteristics of geoelectric storm and study its mechanism of change. The daily observation and scientific research are of very important significance. This paper mainly uses the observation data of the Jiashan and Mengcheng geoelectric field stations of the Anhui Earthquake Agency to analyze the characteristics of the geoelectric storm. It is found that the geoelectric storm is synchronous and wide-area， and compared with the lightning interference， the variation range is larger and the duration is longer.

Key Words： Geoelectric field; Geoelectric storm; Magnetic storm; Lightning interference

地電暴事件是地电场观测中发生最频繁的地球物理事件，导致其发生的原因来自于磁暴，磁暴的发生源于太阳日冕中的高速等离子体携带日冕磁场作用于地球磁场，从而使地球磁场发生剧烈扰动。对于此类干扰目前尚无可控机制，又加上地电暴具有高频发生的特性，因此探究其变化特征及变化机理在台站科研工作中尤为重要。

1  地电场台站概况

安徽省地震局现有蒙城、嘉山两个省属地电场台站。蒙城台和嘉山台分别于“九五”和“十一五”期间投入大地电场观测项目，蒙城台布极方法采用共用电极长短极距法，共有NS向长、短极距，EW向长、短极距，N45°W向长、短极距3个分向。嘉山台外场地布设采用三角形布极，分别有NS、EW和N45°E这3个方向，每个方向共有长、短二类极距。线路均采用架空的方式[1]。蒙城、嘉山使用的地电场主机型号均为ZD9A-2B型。

2  地电暴的识别

地电暴是指地电场受磁暴影响而产生的剧烈变化。当磁暴发生时，几乎所有地电场台站都会记录到大幅度的数据波动变化，且当K值较大时，每个地电场台站在不同方向的长短极距都能同时记录到特征相似的异常波动。地电暴持续时间的长短与变化幅度的大小和磁暴的持续时间及强度呈正相关[2]。

2017年9月7～9日，磁暴期间，蒙城、嘉山分别记录明显的地电暴。绘制两台站NE长极距数据曲线如图1所示。

由图1可知，磁暴出现时，地电场数据曲线会出现大而尖锐的初相，同时发生剧烈的突跳变化，形态上与地震发生时的脉冲波形极其相似，磁暴结束时，地电场曲线恢复到发生前的数据曲线形态，两个台站地电场曲线在磁暴发生时的变化形态近乎一致[3]。此次磁暴时间持续了近3天，其中7日16时至8日13时，K指数达到最大值7。经计算统计，嘉山台的变化幅度为382 mV/km，蒙城台的变化幅度为232 mV/km。变化幅度均达到了平静日日变幅的2倍以上。以上分析佐证了磁暴的持久性、大幅度性以及同步广域性的特点。

磁暴的发生机理是全球同时同步性的剧烈扰动，所以在一定的空间范围内，对于不同的地电场台站同测向的不同极距的影响也是同步的[4]。通过大量的计算对比得出，各测道相关系数R在磁暴发生当日会比临近的平静日高，特选取嘉山地电场2017年9月7～18日期间磁暴和平静日各测道相关系数进行统计（见表1）。发现尤其当某测道在平静日相关系数R较低时，这一现象会更为显著[5]。由表1可观察到9月13日、9月17日两个磁暴日的NS向R值较相邻平静日变化幅度达到了0.288、0.157，且两平静日R值相对较低。

3  地电暴与雷电干扰的区分

雷电干扰是自然环境干扰中常见类型之一。日常观测工作中，当雷电干扰与地电暴交替重叠出现时，值班人员在预处理数据或进行前兆跟踪分析工作中易出现混淆。

图2、图3中用红框标注的为嘉山台和蒙城台受雷电干扰时的地电场数据变化形态，可以观察到，观测值的突变压制了正常的日变形态，其形态类似于地电阻率供电干扰的尖峰突跳。雷电发生时观测数据呈离散性变化，特别是在放电瞬间，由于雷电对观测场地附加了一股强电流，使数据发生畸变[6]。在不同测向的不同极距都能出现同趋势变化。

根据嘉山、蒙城两个地电场台站在2019年7月14日和2019年8月1日的雷电干扰时段数据变化进行计算，得到每次的雷电持续时间为15～32 min不等，在所有干扰时段中，数据最大变化幅度约126 mV/km，对比前文可知，雷电干扰引起的地电场变化最大幅度小于特大磁暴引起的地电暴一倍幅度。而在持续时间上，地电暴相对于雷电干扰持续时间更长。

4  结语

地电暴是一种常见的地球物理事件，也是地电场观测中主要干扰之一，当磁暴K指数较大时，地电暴往往会表现出广域性、同步性、持久性及数据变化大幅度性等特点。

（1）磁暴发生时，数据会发生剧烈的突跳变化，形态类似于地震脉冲波形，在同一区域内，不同的地电场台站、不同方向的测道的长短极距会出现同步同幅度变化，且變化幅度大于正常日变幅的2倍。

（2）磁暴日较平静日相对系数R值较大。当相邻平静日R值较小时，磁暴日R值可高出其0.15以上。

（3）雷电干扰出现时，数据变幅值小于K指数较大的地电暴对地电场造成的变幅值，且其持续时间较短，远小于地电暴持续时间。

参考文献

[1] 罗文韬，易江.仙女山台地电场干扰因素及分析[J].山东工业技术，2017（7）：228.

[2] 张彩艳，雷功明，赵月梅，等.甘肃嘉峪关、瓜州地电场日变化与地电暴差异机理分析[J].地震工程学报，2020（3）：671-679.

[3] 鲍海英，蒋延林，樊晓春，等.江苏地区地电暴特征及差异性[J].地震地磁观测与研究，2018（5）：55-61.

[4] 吴一凡.磁暴感应地电场波形反演[J].地震地磁观测与研究，2018（3）：76-80.

[5] 章鑫，杜学彬，刘君.华北地区地电暴时GIC及涡旋电流响应分析[J].地球物理学报，2017（5）：1800-1810.

[6] 文勇，张敏，张程，等.青海省地电场观测典型干扰识别与分析[J].高原地震，2020（3）：56-63.