地震地电学前兆深井立体综合观测技术思路

李桂清 , 杜喜超 , 陈继阔，贾 靖,孙新才

(1.濮阳市地震台,河南 濮阳 457000；2.清丰县地震台，河南 清丰 457003)

地震地电学前兆深井立体综合观测技术思路

李桂清1, 杜喜超2, 陈继阔2，贾 靖2,孙新才2

(1.濮阳市地震台,河南 濮阳 457000；2.清丰县地震台，河南 清丰 457003)

提出了地震地电学前兆深井立体综合观测的技术思路。设计合适的观测井深度，根据观测井布局，采用深井钻探技术打好钻孔，在不同方向的位置上，按不同深度放置不同项目的测量装置(观测探头)，改传统的地表平面观测为深部垂向及水平方向观测，并实现地震前兆立体综合观测。深井观测方法可有效避免地表观测的干扰影响，取得更好的观测效果，提高地震监测预报水平。

地震前兆； 深井观测；干扰排除；立体综合观测

到目前为止，地震预报还是一个世界性难题。解决地震预报这个难题，必须首先打牢地震前兆观测这个基础 。但是，随着社会经济的发展， 地震前兆观测受到越来越严重的干扰影响。为更好获取地震前兆异常信息，要开拓新思路，研究开发地震前兆观测的新方法、新技术，不断提高地震监测预报水平。

1 技术思路

地震孕育过程中，经常伴有地下介质电阻率的变化及大地电流和自然电场等电学性质的变化。观测研究这些变化，提取地震前的地电学异常信息，并探讨其与地震之间的关系以进行地震预报。在地震预报的各种探索中，地电学方法是比较成熟的地震前兆观测方法之一，也是地震前兆观测的重要组成部分，在地震预报中发挥着重要作用[1-3]。

图1 地震地电学前兆异常示意图

传统的地电学观测为地表平面观测，即在地表2米以下埋设电极，测量S、O、E点的地电学参数，如电位、电阻等(见图1)。设震源为P点，在地震孕育发展过程中，S、O、E点的电学参数发生变化，观测其异常变化，从而进行地震预报。既然S、O、E点的电学参数发生变化，那么，地下不同岩层的地电学参数也会发生异常变化，即a、b、c、a’、b’、c’点的地电学参数也会发生异常变化。

随着社会经济的快速发展，高压线路的架设，大功率电器设备的安装使用以及地铁、高铁的运行等，都对地表的地电学前兆观测带来越来越大的影响，干扰影响引起的异常变化覆盖了地震前兆异常变化，使地电学观测方法在地震监测和预报应用中受到了极大的限制，地表的地震前兆观测失去意义。采用深井钻探技术，开展深井地震前兆观测(即将测量探头、电极埋于井下，测量a、b、c、a’、b’、c’点的地电学参数)，可有效排除地表的干扰影响[4-8]。

深井观测技术方法是目前地震前兆观测新的观测思路，正处于探索研究阶段。提出深井地电观测技术方法，采用深井钻探技术，打出几十米乃至几百米深的钻井，将观测电极放置到井下几十米或几百米深处，可有效避开地表电、磁干扰，测量地下深处地震引起的地电前兆异常，获得更好的地震地电前兆观测效果[9-10]。采用深井观测方法，可开展不同深度、不同方向的地电前兆观测，也可在深井中放置其他前兆观测探头，开展不同项目的对比观测，从而形成全方位的立体综合观测，提高深井利用效率和地震前兆观测在地震预报中的效果 。根据观测规范要求，地电场观测采用“多方向、多极距”观测方式。本方法采用了深井观测技术，可开展不同深度的垂直向观测，排除了干扰影响，因此，可不再开展多极距观测项目。按规范要求，极距最小应达到150米。即在同一地点开展观测时，观测井要相距不小于150米。若开展不同地层(不同深度)的观测，观测井距离可不受限制。受观测环境及地理条件限制，传统的地电观测方法在某些地区不便开展。采用深井钻探技术，开展深井地电学前兆垂向观测，不受区域地理环境条件限制，开辟了地震地电前兆观测的新领域。

2 技术方法措施

2.1 干扰排除

地震地电、电磁辐射前兆异常具有较好的震兆关系，在地震监测预报工作中发挥着重要作用。但是，随着经济社会的快速发展，大量大功率电器设备的使用，高电压大电流的输送与变电工程对地震地电前兆观测产生了严重影响。因此，研发新的观测技术方法，从而开展地电前兆正常观测工作迫在眉睫。根据地电场基础理论，地电场由大地电场和自然电场所组成。前者主要是地球高层大气中的各种电流体系在地球内部所产生的感应电场；后者是地壳中的某些物理、化学作用引起的电场。目前的干扰主要来自于大地电场。传统的地电观测电极埋设深度只有几米(观测规范规定大于2米)，其观测结果受到较大干扰影响。那么，改地表观测为深部观测可有效排除干扰影响，已有的实验观测表明，深度应不小于30米，有的实验深度达到了百米到几百米[11-12]。为排除大地电场的干扰影响，应先期开展不同深度的观测实验，以确定观测装置安放的最浅深度。可设计实验深度大于30米，钻井深度应该越深越好，在不同深度处安放电极及测量探头。这样，除相同深度的水平方向观测外，还可进行不同深度的垂直方向观测。

2.2 立体观测

2.2.1 单台观测

传统的观测方法在不同地点按东西、南北方向埋设观测电极，电极深度相同，形成的是平面观测。O1-O2为垂直方向，O2-A为水平方向，O2-B为水平方法，三个方向形成立体观测模式。

图2 全方位立体综合观测示意图

采用深井钻探技术，按L型排列方式，打钻孔3个，可在不同深度、不同地点按东西、南北方向设置电极和观测探头，形成立体全方位观测，取得更好的观测效果，对地震预报、判断地震三要素提供更实用的观测数据，见图2。

2.2.2 多台(点)观测

单台采用单孔垂向观测，在一定的区域内，安装多个观测孔(点)，形成一定区域内的立体观测。比如，每个县建设一个观测点，多个县形成区域内的观测网，从而形成全方位立体观测。

2.3 综合观测

在深井钻孔中，放入地磁观测、电磁辐射观测探头，或地热观测探头等，形成综合观测系统。也可在不同观测孔的不同深度放入相同探头，开展对比观测，提供更为丰富的观测资料。

3 技术关键及应用前景

为避免传统的地表地电观测存在的干扰影响，开展深井地电学前兆观测实验，关键是要有合适的井深以排除地表干扰，并需要适合深井使用的观测探头(深井测量电极)，目前已有商品电极可购买。也可自主研发观测电极，使电极附带其他项目探头，可同时测量其他前兆异常，进行地电的对比观测，既降低成本，又开展了综合观测，提高了观测井的使用效率。另外，电极的安装也特别关键，一旦安装失败，观测井和电极就要报废，会带来较大的经济损失。深井地电学前兆观测方法，将传统的地表水平观测改为深部垂直观测，可有效地排除地表大地电场的影响。采用深井观测技术，可实现地震前兆立体全方位观测。开展地震前兆综合观测，提高深井利用效率。采用深井观测技术可有效排除地表干扰影响，扩大地电学前兆观测适用范围，开辟地电学前兆观测的新领域。

[1] 中国地震局监测预报司编.地震电磁学理论基础与观测技术[M].北京：地震出版社，2010.

[2] 田山，张磊，王建国，等.汶川、玉树大地震前的地电场异常[J].地球物理进展，2012， 27(3):878-887.

[3] 李桂清, 刘兆友. 濮阳台地电波异常与地震的关系研究[J].河南科学，2000, 18(2):206-209.

[4] 郭建芳，周剑青，佟鑫，等.地电场观测中的干扰因素分析[J].华北地震科学，2011(4).

[5] 林向东，徐平，鲁跃.地电场观测中几种常见干扰[J].华北地震科学，2007,3.

[6] 王峰，李伟，王菲.南京地震台地电场观测干扰分析[J].高原地震，2014(3).

[7] 史红军.地电场观测过程中的干扰因素分析[J].东北地震研究，2009, 25(2).

[8] 李桂清,厉天琴，彭淑丽，等，濮阳台地电波观测的干扰因素分析[J]. 高原地震,2004,16(3).

[9] 孟庆武,阎红鹏.临沂台深井电阻率异常变化与地震的关系[J].西北地震学报， 1991,13(44):70-74.

[10] 刘君，杜学彬，谭大诚， 等.地表与井下地电阻率观测数据分析[J].地震，2015, 35(1)，112-122.

[11] 杨兴悦，杨立明，康云生，等.天水台井下地电观测系统介绍及其分析[J].地震研究， 2012,35(1)，92-97.

[12] 许忠祥, 安张辉,于华，等.海安台井下与地表地电观测对比实验研究[J].地球物理学进展,2014,29 (4): 1588-1596 .

Technical thought on a comprehensive measurement of seismological geo-electrics precursor observed in a deeper borehole

Li Guiqing1，Du Xichao2，Chen Jikuo2，Jia Jing2，Sun Xincai2

(1．Puyang Seismic Station, Henan Puyang 457000;2．Qingfeng Seismic Station, Henan Qingfeng 457003, China)

The technical thought on the comprehensive measurement of the seismological geo-electric precursor observed in a deep borehole are put forward. A suitable place is chosen. A deep borehole is drilled. Different measuring devices with different directions and depths are installed. Traditional measurements on the ground are replaced with that in a deep borehole. With the borehole measurements,many kinds of interferences are avoided or reduced effectively.

earthquake precursor; deep well observation; interference removing; comprehensive measurement

2015-04-20

李桂清(1963-)，男，河南清丰人，高级工程师，主要从事地震监测预报研究、管理及地震科普宣传工作.

P315.72

A

1001-8115(2015)04-0029-03

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.007