0 引言

国内外研究地震电磁扰动(或叫电磁辐射、电磁波)已有多年历史，通过对多种岩石样本进行压力破碎实验，证明岩石破裂前存在辐射电磁波增强现象，在多个中强地震前观测记录到电磁异常信号，引起国内外学者的广泛关注(关华平等，1995；李吾先等，2003；王继军等，2005；陈化然等，2008；李美等，2008；张建国等, 2010, 张建国2011, 张建国2012, 张建国2013)。乔子云等(2012)通过河北省电磁扰动数模对比分析，发现震前一个半月电磁扰动出现高值突跳异常。张国苓等(2014)对首都圈地区多种仪器的数字电磁波变化特征进行系统分析和总结，李菊珍等(2013)等对北京地区数字电扰动观测的干扰信号和震前异常信号的频谱特征进行分析，发现：在时间域，数字电磁波的持续型干扰信号与震前电磁波信号表现相似，为连续高值脉冲扰动信号；在频域，数字电磁波正常本底信号和干扰信号、震前信号的傅里叶谱具有不同频谱特征。大量研究表明，电磁扰动已成为一种较好的地震短临预测研究手段。

随着社会经济的快速发展和城市进程的加快，数字电扰动观测可能受到各种干扰，且表现形态容易与地震前兆异常信号混淆，给数字电扰动的异常判别和地震预测带来困难。因此，分析和研究数字电扰动干扰因素，是一项重要工作。在提取电磁扰动震前异常信息时，需深入细致地分析观测数据的变化形态特征，准确识别并排除干扰，才能准确判定异常的真实性和可靠性，为震情跟踪和异常提取提供服务。本文主要针对河北省及邻区布设的16个数字电扰动台站观测数据，结合观测日志和观测环境，对干扰的变化形态和干扰机制进行分析，并提出解决问题的措施和建议。

1 观测概况

乔子云等：河北省及邻区数字电扰动干扰分析159目前河北省及邻区布设的数字电扰动观测台站有：怀来、廊坊、三河、霸州、丰宁、高碑店、青县、宁晋、红山、广平、涉县、昌黎、文安、曹妃甸、昌平、昌平长陵中学台等，台站分布见图 1。除昌平台使用EMAOS-L进行地电观测，其余台站均使用CNEM08-Ⅰ电扰动仪。CNEM08-Ⅰ由廊坊市地震局与廊坊大地工程检测技术开发公司合作研制，采用埋地电极对作为接收传感器，对地下电场实时记录显示，真实再现地下电场波动变化。数字电扰动观测有EW和NS测道，电极间距为40 — 50 m，电极埋深约10 m，布线方式为直角平面，观测频段为0.1 — 10 Hz，采样率为20个/s，20个采样原始数据进行积分生成秒值数据。电扰动布极示意见图 2，各台信息见表 1。

2 干扰因素分析 2.1 磁暴活动

磁暴是来自外空的一种较强的扰动信号，是太阳强烈活动期间喷发粒子流作用到地球磁场上产生的一种电磁效应，是一种全球性地磁现象(李树华等，2005；张素琴等，2010)。识别磁暴的主要标志是磁情指数K的大小，当K ≥ 5时定义为磁暴，对磁场、电场观测造成较明显的影响(吴迎燕等，2007；胡小静等；2013)。本文采用对比分析方法，判断电扰动是否受到磁暴活动影响。以红山台为例，经统计，2015年6 — 8月外空磁场有15次K ≥ 5的磁暴，将磁暴发生时间和K指数大小列于表 2，与同时段红山台电扰动观测值进行对比分析，观测曲线见图 3。对比表 2和图 3可见，磁暴出现期间，红山台电扰动观测数据无明显变化，说明磁暴活动对电扰动观测影响较小。

2.2 降水、雷电

NS降水和雷电等气象因素对地电阻率观测会造成较大影响(刘允秀等，1999；张国苓等，2015；罗娜等，2016)，是否对电扰动产生干扰，以昌黎台为例进行分析。选取2015年6 — 8月昌黎台电扰动时值资料，对比分析降雨量变化与电扰动观测的相关性，观测曲线见图 4。由图 4可见，2015年6月10日和29日降雨量较大，但电扰动观测数据无明显变化，可见电扰动观测数据与降雨量相关性不大。查阅昌黎台工作日志，发现2015年6 — 8月出现雷电15次，详细情况列于表 3。把雷电出现时间与昌黎台电扰动观测值进行对比，发现雷电发生时段观测数据无明显脉冲变化。上述对比分析说明，降水和雷电等气象因素对电扰动影响较小。

2.3 供电

通过对河北省及邻区16个电扰动台站观测资料的分析和环境调查，发现多个台站均存在供电干扰，不同台站存在不同干扰源，但干扰形态相似，均为超过本底值几倍、数十倍乃至上百倍的高值脉冲变化。如：昌黎、三河、高碑店、曹妃甸台均受到供电干扰，观测曲线见图 5。

(1) 昌黎台地电阻率整点测量供电干扰。同台地电阻率观测时，需要对电极进行人工供电，即每个整点前后十几分钟固定向地下正反向多次供电，每次供电约5 min，观测场地瞬间产生幅度较大的人工电场，人工电场与自然电场叠加，造成供电时段产生短时远超过本底扰动的高值脉冲变化。图 5(a)为昌黎台地电阻率某日供电干扰变化曲线，可见供电干扰变化幅度为背景值的5 — 10倍，特点是时间固定，能量稳定。

(2) 三河台恒远自动化仪表厂工作时段供电干扰。该厂房位于三河台站院内，NS测向的北电极埋在厂房门口，每日固定时段，即北京时间6时50分至11时、12时40分至17时，该台地电阻率均产生比背景值高约10 — 40倍的高值脉冲变化，见图 5(b)，该变化与恒远自动化仪表厂工作时间一致。

(3) 高碑店台商场大型设备供电干扰。高碑店台以北100 m处为大型商场和超市，受商场大型供电设备干扰，台站数字电扰动2个测向每日上午7时— 12时、下午13时— 18时出现比较规律的高值脉冲变化，幅度大约为背景值的30 — 200倍，见图 5(c)。

(4) 曹妃甸台恒压供水变频泵供电干扰。曹妃甸台西北向有恒压供水变频泵，用于曹妃甸新港大道绿化浇水，距该台站北电极约50 m。经现场调查和浇水试验，发现台站数字电扰动出现的高值变化，与新港大道绿化浇水有关。绿化浇水时间为每日8时— 17时，从曹妃甸台电磁扰动分钟值观测曲线[ 图 5(d)]可知，在恒压供水变频泵工作时段，出现比背景值高约30 — 60倍的方波型高值脉冲变化。

2.4 漏电

通过对河北省及邻区16个电扰动台站观测资料分析和环境调查，发现昌平台存在地铁漏电干扰，广平台存在UPS交流电源漏电干扰。

(1) 昌平台地电漏电干扰。地铁为大功率直流用电设备，当列车运行时，直流电由牵引变电所供给，流经接触轨中的馈电线，向机车输送电能驱动机车前进，并经由一条钢轨流回牵引变电所，由于钢轨自身特性及轨—地绝缘技术、天气因素等，在钢轨中的杂散电流对地漏电，形成泄露电流(谢凡等，2011)，从而造成对电扰动观测的干扰。昌平台电扰动观测点距城铁13号线2.5 km，距地铁5号线0.5 km，该台受地铁干扰较严重。图 6(a)为昌平台数字电扰动分钟值变化曲线，每日北京时间5时— 23时出现远高于其本征值的扰动变化，NS测向变化幅度为10 — 60 mV/km，EW测向为6 — 20 mV/km，显然NS测向变幅较大，可能与地铁轨道方向有关。因地铁5号线为NS走向，13号线为NW走向，NS测向与地铁5号线的轨道方向一致，与13号线轨道方向的夹角较小，因此NS测向变化幅度大于EW测向。

(2) 广平台UPS交流电源漏电干扰。广平台数字电扰动2个测向于2013年1月29日至2014年3月3日出现高值变化，幅度为背景值的20 — 400倍，见图 6(b)。现场调查发现，2013年该台站改造时，把电扰动测量仪和供电UPS交流电源安放在一个机柜内，UPS交流电源漏电对电扰动产生干扰。因此，及时把电扰动测量仪搬离机柜，目前广平台此类干扰消失。

2.5 干扰特点

综上所述，河北省及邻区数字电扰动的主要干扰因素为供电和漏电干扰，将各种干扰特点列于表 4。

3 结论与讨论

通过对河北省及邻区数字电扰动观测资料进行分析和环境调查，发现雷电、降水等气象因素对电扰动观测干扰不明显，磁暴活动对电扰动观测的影响不大，电扰动主要干扰因素为供电和漏电，不同台站存在不同干扰源，但干扰形态相似，均为超过本底值几倍、数十倍乃至上百倍的高值脉冲变化。

对于地电阻率整点测量时人工电场与自然电场叠加造成的影响，昌黎台电扰动和地电阻率同台观测，地电阻率整点测量时在观测场地瞬间产生幅度较大的人工电场，人工电场与自然电场叠加造成数字电磁扰动观测数据产生突跳变化，可以采用仪器设置“握手”的方式减小干扰提高数据质量；三河、高碑店、曹妃甸等台存在大功率用电设备的供电干扰，昌平台存在地铁漏电干扰，布极方位与轨道走向一致或与其夹角较小时受到的影响较大，与轨道走向垂直或近似垂直的测向所受干扰较小。对于大功率用电设备工作产生的感应电磁场干扰，以及地铁运行时产生的漏电干扰，就现有技术无法有效排除，在进行数据分析时尽量避开干扰时段。