影响通河地震台地电场观测干扰源的排查分析

岳 力

（通河地震台，黑龙江 哈尔滨 150900）

0 引言

地电场观测系统的观测对象是地电场强度矢量，其目的是通过观测地表的地电场强度，探索地震前地电场的变化，并通过和其他观测手段相结合，获得地下及岩石层的电性结构及其变化规律[1]。

在地震预测研究中，地电场主要研究对象为DC～0.1Hz频带内的地表电场强度及其随时间和空间的变化规律，并在此基础上探索地电场变化可能与地震孕育过程的关联性，以及将地电场观测用于地震预测研究实践的途径和方法[2]。

随着国民经济的发展和城镇化建设，使得地电场观测受到干扰现象增多，干扰明显超出了地电场观测对观测环境的技术要求（不大于1250mV/km[3]）。《地电场观测中几种常见干扰》、《特高压直流输电线路与接地极对地电场观测的干扰》提到的几种影响地电场观测的干扰原因在通河地震台地电场观测过程中记录到；本文通过对通河地震台地电场观测资料的整理判断，对地电场观测的干扰形态进行识别，排查干扰源并核实，分析干扰源对地电场观测的影响。

1 观测原理

地电场是大地电磁场的重要组成部分，也是地球物理场研究的重要内容之一，记录到了区域性和广域性地电场背景变化地电场强度矢量是重要的地球物理常量之一。公式为：VAB=VT+VSP+VP+Vr，VAB为变化地电场强度矢量值、VT为大地电场、VSP为自然电场、VP为极化电位差、Vr为环境干扰。

大地电场：由外空源产生，电离层电流变化，与地磁场有相同的场源，固体地球外部特别是电离层中的各种电流体系与地球介质相互作用，产生的分布于地球表面的感应电场，因此它们具有相同类型变化，具有广域性和区域性特征。自然电场：由地下场源的矿体、地下水和各种水系的分布而产生的电场，自然电场是具有较强的地域性和局部性特点，物理化学反应相对稳定[1]。极化电位差是指两测量电极之间的电极电位差。当金属电极与土壤中水溶液接触时，很快自动形成电极电位，两电极的电极电位差习称极化电位差。环境干扰存在不确定性，需要对干扰源进行核实。

目前在进行地电场观测时，按照分量测量、矢量合成的方法，对地表地电场强度进行测试。一般按照“多方向、多极距”观测方法布设测量线路，即在2个以上的观测方向进行测量，每个测向布设 2个以上极距的测量线路。通过对同一测向不同测道观测数据进行时域相关分析研究，可以验证观测数据的可靠性，检验观测结果的内在质量[4]。

2 资料选用

通河地震台地电场采用ZD9A-Ⅱ型数字地电场仪进行观测，使用兰州地震研究所生产的固体不极化电极6个，采用地埋电缆的传输方式，埋设在地表冻土层以下潮湿土壤中，深度3.5m，场地中心与各电极到台站观测室的外线使用1.5mm2三芯铜芯铠装电缆。地电场独立布设电极和线路，采用地电场常用L型观测装置布设（考虑到场地具体情况，采用倒L型）（图1），布极区地势开阔、平坦，同一测向的2个供电极之间的地形高差<5%，布极区没有高压输电线路、河流、水库、大型灌溉渠道通过。在同一测向上没有沟壑、崖坎地形，通河地震台地电观测场地符合地电台站建设规范技术要求。

图1通河地震台地电场观测装置布设图Fig.1 Layout of geoelectric field observation device at Tonghe Seismic Station

3 干扰源与分析结果

通河地震台地电场观测站为“十五”项目，观测系统外线路于2005年埋设。地电观测于2006年11月开始运行观测，2010年与2016年更换过固体不极化电极，所用设备工作至今，观测数据连续率为99.67%、完整率为99.45%,具有较高可靠性。

3.1雷电天气干扰

通河地震台地电场观测2019年06月13日各测项数据均出现台阶和突跳变化。经对观测环境、外线路、室内线路各接头等进行巡视和检查，当天雷电天气。

雷电干扰，雷电属于一种场电物理变化的现象。它的各种放电形式、量度取决于雷暴云电场，大气电场与地电场有对立统一性，既相互独立、又相互影响并形成一种场电变化体系。它们除了其它物理量的相互交换外，大气电场与地电场有电的交换（相互作用）。雷电就是它们相互之间作用的产物。在无雷暴云天气现象时，大气电场与地电场在场电的疏密区呈相对平衡状态，形成对立统一的自然场电动态体系。雷电天气导致大气电场瞬间畸变，在外部场电干扰下，造成形式各异的尖端放电场，这种畸变对地电场有直接影响。雷雨天气对地电场观测数据产生影响，一般会产生台阶和突跳，台阶和突跳与雷电时间成正比[5]。分析认为通河地震台地电场观测数据大幅度变化是由雷电天气造成的（图2）。

图2通河地震台地电场观测与降雨对比数据曲线图Fig.2 Curve chart of geoelectric field observation and rainfall comparison data at Tonghe Seismic Station

3.2人为抽水干扰

通河地震台地电场观测2018年7月18日13：56—15：41北南向长、短测项和东西向长、短测项数据有大幅度变化。经排查距北南向与东西向共用电极点东侧15m处地沟积水，水深1m，同时间段进行抽积水工作，抽水结束后数据恢复正常。

本文认为抽积水期间地电场观测数据在短时间内呈现大幅度的变化，该现象的具体原因可能是抽积水引起电极的极化电位变化所导致的。在电极界面上会产生极化电位，极化电位不一致，将在测量中产生一个附加的电极极化电位差，从而影响到地电场观测[6]。分析认为本次通河地震台地电场观测数据大幅度变化是由于人为抽水造成（图3）。

图3通河地震台地电场观测2018年07月17日—19日各测项数据曲线图Fig.3 Data curves of geoelectric field observation at Tonghe Seismic Station from July 17 to 19，2018

3.3高压直流输电干扰

通河地震台地电场观测2018年12月25日15：46-19：17各测项均出现台阶变化，对比同时段周边德都地震台、林甸地震台地电场观测数据，发现上述三个地电场观测台站发生台阶时间基本一致，说明各地电场观测数据受到共同干扰源影响。

高压直流供电正常工作时，电流基本上都从两条架空线路经过，电流方向相反，大小基本相等。只有很少的一部分不平衡电流入地。但一旦出现故障后，就会出现很大的不平衡电流，对线路两侧电场观测造成台阶变化。扎鲁特旗换流站距离通河地震台573km、距离林甸地震台392km、距离德都地震台566km。

本文分析认为受内蒙古自治区扎鲁特旗至山东省青州市±800千伏特高压直流输电故障影响造成通河台地电场观测各测项出现台阶现象（图 4、图 5）。

图4地震台与高压直流输电线相对位置图Fig.4 Relative position map of seismic station and HVDC transmission line

图5通河地震台、德都地震台、林甸地震台地电场观测2018年12月25日各测项数据对比曲线图Fig.5 The geoelectric field of tonghe，Dedu and Lindian Seismic Station comparing curves of observed data on December 25，2018

3.4工厂运行干扰

通河地震台地电场观测2019年2月10日—27日北南向长、短测项数据曲线呈现不定时突跳及台阶变化现象，且幅度较大与其它观测测项数据对比分析，呈现明显不一致现象。通河地震台立即组织人员对地电观测场地周边环境干扰及人为干扰情况进行排查，发现距通河地震台地电场观测O点东北向600m处，玉米烘干厂内进行生产作业。工厂生产设备漏电与地电场观测突跳及台阶变化时间段相吻合，工厂进行设备检查与用电线路更换后，地电场观测恢复正常。

区域地壳中形成的自然电场分布的状态一般比较稳定，如果组成、结构的导电性质产生了变化，从而改变了电流密度的分布，导致由此形成的电场分布状态与原先的电场分布状态不同，即引起了地电场重新分布，造成地电场观测发生变化。经分析认为工厂运行设备漏电造成通河地震台地电场观测出现突跳及台阶变化现象（图6）。

图6通河地震台地电场观测2019年02月05日—03月04日各测项数据曲线图Fig.6 Data curves of geoelectric field observation at Tonghe Seismic Station from February 5 to March 4，2019

3.5农田灌溉干扰

通河地震台地电场观测2018年5月12日—13日北南向长、短测项数据曲线呈现大幅度变化现象，且与其它观测测项数据对比分析，呈现明显不一致现象。通过对地电观测场地周边环境干扰及人为干扰情况进行排查，发现观测装置布设所在水稻田进行抽水灌溉工作，位于南北向长极距电极所在位置的东侧25m处有口农田灌溉用水井，自5月12日起为周边水稻田抽水灌溉，抽水时间与大幅度变化时间段相吻合。农田灌溉结束后，地电场观测恢复正常。

本文分析认为抽水灌溉期间地电场观测数据在短时间内呈现大幅度的变化，该现象的具体原因可能是水下渗到电极处，抽水引起电极的极化电位发生变化。经分析认为农田灌溉造成通河地震台地电场观测出现台阶变化现象（图 7）。

图7通河地震台地电场观测2018年05月12日—13日各测项数据曲线图Fig.7 Data curves of geoelectric field observation at Tonghe Seismic Station from 12 to 13 May，2018

3.6地电暴干扰

通河地震台地电场观测2017年8月31日—9月1日各测项均出现大幅变化，对比周边德都地震台、望奎地震台地电场观测数据，发现上述三个地电场观测数据均出现同时段大幅度变化，时间基本一致，说明各地电场观测数据受到共同干扰源影响。

地电暴是指在磁暴期间记录到的地电场的剧烈变化[7]。在磁暴发生期间，会在各地电场观测台站同时记录到比较大的波动异常，在各台不同极距，不同方向都能记录到同步的异常信息，而且异常形态非常相似，异常的持续时间、强度与磁暴的持续时间及强度呈很好的正相关[8]。经分析认地电暴干扰造成通河地震台地电场观测出现大幅度变化现象（图8）。

图8通河地震台、德都地震台、望奎地震台地电场观测2017年08月31日—09月01日各测项数据曲线图Fig.8 Data curves of geoelectric field observations at Tonghe，Dedu and Wangkui Seismic Station from August 31 to September 1，2017

4 结论与讨论

通过上文分析，可以看出在地电场观测过程中主要存在的干扰源有观测环境发生变化，包括：工厂运行干扰、人为抽水干扰、高压直流输电干扰、农田灌溉干扰。自然环境变化包括雷电干扰、地电暴干扰。

（1）地电场观测数据发生变化，应该分析是否受到干扰，如观测环境干扰，场地因素以及观测系统本身的变化等。对每一种变化因素，应识别数据变化形态，判断属于何种干扰，然后逐步进行落实，查明原因，以便解决和排除。数据干扰变化，最可能的是测区环境发生变化对数据产生影响。

（2）对于地电场观测数据变化，分析各测项变化是否一致，如果一致，则核实观测环境是否发生变化，例如是否发生雷电天气。是否发生地球物理事件，例如地电暴现象。是否发生观测场地发生变化，高压直流输电干扰。这需要如周边地电场观测台站进行对比分析。如果不一致，则应核实地电观测装置布设区是否存在干扰源。

（3）有些干扰源是可控的，包括：人为抽水干扰、工厂运行干扰、农田灌溉干扰，其有干扰时间较长，不易识别的，单个台站多测项不同步特点。只要第一时间发现，及时查找干扰源，是能够排除干扰，恢复正常观测。有些干扰源是不可控的，包括：雷电干扰、高压直流输电干扰、地电暴干扰，这类干扰是无法进行排查，但其有干扰时间较短，易识别的特点，多个台站多测项同步特点。分析这类干扰，要与多台站，多测项同期对比分析，能够识别。

以上通过对地电场观测干扰源排查的分析，总结出影响地电场观测的一些因素，有助于我们对地电场观测数据的认识和分析，以便提取与地震有关的地电场信息。