地震地电场前兆观测方法创新及应用

李桂清+李红梅

摘 要：有效获取地震前兆异常信息是进行地震预测预报的基础。为了排除传统的地电场观测方法存在的干扰影响，提出了深井电极垂向地电场观测思路。利用地震台站现有条件，将深井钢管作电极可开展深井电极垂向地电场前兆观测。濮阳市地震台深井钢管电极地电场观测资料异常与周围地震活动具有较好的对应关系，根据深井钢管电极地电场观测资料异常进行了多次地震预测预报实践，取得了较好的效果。深井钢管电极地电场前兆观测方法值得推广。

关键词：地震地电场前兆；垂向地电场观测；深井钢管电极；地震预测实践

中图分类号：P315.61 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0030-03

地震地电场前兆观测是地震监测预报中重要的短临前兆手段之一。目前，随着国民经济的快速发展，特别是随着城市化建设及各种电气化基础设施的建设，各类电磁环境干扰因素对地电场观测的影响日益增强，对从地电场观测数据中提取有用的地震异常信息增加了較大的难度[1～5]。

为了排除各类电磁环境对地电场观测的干扰影响，以期取得好的观测效果，有些台站开展了井下电极地电场观测[6-7]（图1），取得了较好的观测效果。在此基础上，李桂清改变传统的水平方向地电场观测方法，提出了深井电极垂向地电场观测新思路[8]（图2），采用深井观测方法，可在深井不同深度安放电极，开展不同深度的垂直方向地电场前兆观测，也可使用多口深井开展深井电极水平方向的地电场观测。充分利用深井条件，也可在深井中下入其他前兆观测探头，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应用效果，提高地震监测预报水平。

1 深井钢管作电极开展地电场前兆观测的技术途径

深井观测技术方法是目前地震前兆观测的新的观测思路，正处于探索研究阶段。提出深井电极垂向地电场观测技术方法，采用深井钻探技术，打出几十米乃至几百米深的钻井，将观测电极下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。

开展深井电极垂向地电场前兆观测，打好深井是关键。但是，深井钻孔费用高，一般台站没有专项资金，无法打出深井钻孔，从而无法开展深井电极垂向地电场观测。然而，有些老的台站开展有地下流体或深井摆测震等观测项目，这些台站有打好的几百米的深井，并下了钢管。那么，这些钢管能否作电极开展地电场前兆观测呢？为此，李桂清利用深井钢管作电极开展了多个台站的地震地电场前兆观测实验研究，取得了较好的观测效果。

开展地电场观测时至少需要2个电极。当有1个深井钢管时，需安装1个辅助电极与钢管组成电极对，从而开展地电场观测。根据深井电极垂向地电场观测思路和已有的井下电极观测结果[6-8]，深井钢管深度应大于50米。辅助电极距井管5-10米，埋深5-10米。这样，组成的电极对水平距离在10米以内，而垂向距离大于40米，垂直深度大于水平距离，形成深井电极垂向地电场观测系统。

当台站有两个深井钢管时，可直接将两个钢管作电极开展地电场观测。若两个井管深度相当，则可视为水平方向的地电场观测；若两个井管的深度差别较大（大于50米），又相距较近时，可视为深井电极垂向地电场观测；当两井管相距较远时，可视为深井水平方向观测。不管是看作水平方向还是垂直方向，只要电极的深度较大，可取得好的观测效果，就达到了我们的观测目的（图3）。

2 观测方法

2.1 人工模拟观测

采用人工模拟观测方法，安装简单，费用少。在有人值班的情况下，可随时观看数据变化，及时掌握异常动态。具体安装如下：

在井管上接好信号线，引入观测室，连接数字万用表（直流毫伏电压表）。要使用数字发光的或带有背景光的数字万用表，以便夜间显示数字。打开万用表，选择直流电压毫伏档，其显示的数字为观测结果。

电脑记录方法：电脑安装摄像头，将摄像头对准万用表显示的数字，观测数据就出现在电脑屏幕上。下载摄像头录像程序，全程记录观测数据。或下载使用“按键精灵”，设置拍照间隔时间（10分钟），以照片形式记录观测数据。

2.2 数字化自动观测方法

在经费许可的情况下，可购买数据采集器开展观测工作以记录观测数据。若使用带IP的数采，还可实现远程控制。或购买专业观测设备。

3 濮阳台深井钢管电极地电场观测试验及地震预测实践

3.1 濮阳台深井钢管电极垂向地电场观测条件

濮阳市地震台位于濮阳市区西部，在胜利中路和昆吾中路交叉口西南角昆吾中路318号，占地约8000平方米，东西长100m，南北80m。台站周围为办公及居住区。地处豫北平原，地下1000m左右均为黄土覆盖层。

台站有两口钢管井，其中，东边1井井深500m，西边2井井深250m，两井东西向排列，相距约10m。将两口井的钢管作为两个电极，按照上述深井电极地电场观测思路，两个井管组成一组电极，可开展垂向的地震地电场前兆观测。

3.2 地震预测预报实践

2014年8月起，濮阳市地震台开展了深井钢管电极地电场观测工作，取得了很好的效果，图4。根据地电场观测资料异常，濮阳台进行了多次有效的地震预测预报实践。

地震预测实践1：

2015年5月15日，河南省地震局召开年中地震趋势会商会，濮阳台根据深井电极垂向地电场异常，提出，若异常持续发展，5月15日以后的一个月或稍长时间，濮阳及临区存在发生2.0级以上地震的可能。结果，2015年7月7日在山东菏泽发生2.0级地震，2015年7月29日，在山东巨野发生3.1级地震，8月2日山东邹城发生2.7级地震，图5。

地震预测实践2：endprint

2016年7月8日，由于地电场异常高于正常值，异常持续发展，濮阳台根据垂向地电场异常作出如下预测：

时间，2016年7月8日-8月10日

震级：3.0-3.9

地点：113.7-116.6，34.7-36.7

结果，2016年7月9日，在河北赞皇发生2.7级地震。2016年7月15日在河南濮阳发生2.1级地震（N35.6 E115.3），2016年8月7日山西高平发生2.7级地震（35.9 113.0），2016年8月15日在山东嘉祥发生2.6级地震（35.6 116.2），图6。

实际发生的地震震级在3.0以下，预测的地震震级偏高。

地震预测实践3：

2017年1月10日起，濮阳台地电场观测数据急剧升高，异常持续发展，2017年1月13日提出地震预测意见：2017年1月13日-2月28日，濮阳及临区存在发生3-4级地震的可能。

2017年1月10日起，濮阳台地电场观测数据急剧升高，异常持续发展，直到5月中旬基本结束。这期间，由于异常持续发展，对冀鲁豫交界区地震活动进行了追踪预测。结果，该区不断发生2.0级以上地震，图7。

4 结束语

根据濮阳台深井钢管电极地电场观测结果，地电场观测资料异常与周围地震活动具有较好的对应关系。利用深井钢管作电极开展地震地电场前兆观测可有效拾取地下深部地震地电场前兆信号，进行地电场前兆观测是可行的。对具有深井的臺站来说，可利用深井钢管作电极，开展地电场前兆观测，既利用了原来的深井资源开展了新的观测项目，又可取的较好的地震前兆观测效果。利用深井钢管电极开展地震地电场前兆观测是一种值有效的、值得推广的观测方法。

参考文献：

[1]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（04）.

[2]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，2007，25（1）.

[3]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（03）.

[4]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）.

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

[6]李桂清，等.地震地电学前兆深井立体综合观测技术思路[J].四川地震，2015（4）.

[7]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（4）.

[8]杨兴悦，杨立明，康云生，等.天水地震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.endprint