0 引言

地电场是重要的地震前兆物理场，其观测数据包含自然电场、大地电场和干扰成分。自然电场源于地下介质的物理、化学过程，通常具有相对稳定性；大地电场则来源于空间电流和潮汐作用。地电场与地磁场的变化部分具有相同场源，其中地电日变化场源是分布在电离层的电流体系，但地表结构对地电场的影响比地磁场影响大，因此，二者之间应具有类似变化。引潮力是指月球和太阳对地球上单位质量物体的引力，以及地球绕地月公共质心旋转时所产生的惯性离心力，在地球上分布不均匀。各地引潮力大小、方向的差异，必然使被海水覆盖的地球发生变形。月球和太阳对海水的引潮力引起海水涨落，形成潮汐现象（国家地震局科技监测司，2010）。谭大诚等（2010）对全国100多个地电场台站资料进行统计，认为较稳定的日变形态主要表现为TGF-A、TGF-B波形。

近年来，部分学者（黄清华，2005；黄清华等，2006；张学民等，2007）对地电场潮汐变化进行较深入研究，结果表明：地电场的变化既与地球的变化磁场有关，也与月球的引潮力有关，同时对潮汐响应呈现出不同周期的活动规律进行了相关总结：既有半日波、日波，同时还具有半月波、全月波等活动特征。谭大诚等（2013）对多个地电场台站资料进行统计，获得潮汐地电场特征与机理，给出强震地电场表现结果，并对产生的差异、机理进行相关研究，亦从场源分类等方面对地电场变化特征进行分析，同时应用地电场潮汐波幅度计算场地岩石裂隙水主体渗流方向及逐日变化，并尝试用于大震前异常变化分析。

谭大诚等（2013）、李飞等(2004, 2008, 2011)、孙雷等（2013）对地电场观测资料分析发现，观测数据具有24 h、12 h和8 h周期，对应固体潮固有周期。在前人研究基础上，尝试将渗流方位角引入江苏地电台站，利用谐波振幅和峰谷值2种方法，计算地电台站渗流方位角，对所得结果进行对比分析，尝试利用渗流方位角进行映震分析。为江苏地区地震预报提供新数据。

1 台站概况

江苏地电台网由南京、新沂、高邮和海安地电台站组成，详见图 1。南京台地电观测点位于高淳东坝镇叔村农田保护区，测区地貌属于丘陵，测区内分布大小不等的多个水塘。南京台地电阻率、深井地电阻率（背景场）与地电场观测手段位于同一场地，坐落于茅山断裂带东侧断裂——茅东断裂带上。海安台地电观测场地位于拼茶断裂附近的顾庄观测点（地电场、地电阻率）。由历史地震情况分析可知，拼茶断裂为活动性断裂。新沂台位于郯庐断裂带分段断层F₁和F₄之间，F₅从EW向西端点附近穿过，其分支断层f₅从EW向电极布设线路中穿过。高邮台构造上位于苏北—南黄海盆地东台坳陷内，距NE走向的郯庐大断裂不远（约120 km），NW向无锡—宿迁断裂（又称沿湖断裂带）贯穿台址（江苏省地震局，2008）。南京、新沂、高邮和海安台地电场均采用L型布极方式，长极距均为400 m，高邮台及海安台短极距为250 m，新沂台为200 m，其中南京台第3道及第6道采用100 m多极距观测，无斜道观测。江苏地电台网电极布设见图 2。

2 资料选取

地电场观测资料易受干扰，2010年以来，江苏地电台网受电极稳定性影响较为严重，仅2011年影响较小，因此采用2011年南京、新沂、高邮和海安4个地电台同一测项且相关系数R值在0.7以上的静日长极距数据进行试验。绘制2011年9月1日南京、新沂、高邮和海安地电台地电场NS、EW长测道典型静日分钟值曲线，见图 3。

由图 3可见：①4个台地电场EW向日变化波形相似，相关系数R＞0.9。其中高邮和海安地电台EW向数据相似，新沂与南京台反向相似；②各台NS向与EW向日变幅各不相同，其中南京台NS向明显大于EW向日变幅，新沂台NS向略大于EW向，高邮和海安台接近且日变幅较小；③4个地电台站观测数据存在明显潮汐波现象，具有较明显的峰谷变化，但形态略有不同。谭大诚等（2013）将潮汐地电场分成近正弦TGF-A型（双峰双谷型）和近梯形TGF-B型（双峰单谷型），并对其形成机理进行分析，认为TGF-A型地电场与固体潮汐密切相关，基本分布在大面积水域附近，并与附近水域面积和距离、岩性结构、构造活动等因素有关。据其理论，南京、新沂台潮汐地电场NS向为TGF-B型，EW向为TGF-A型；高邮和海安台为TGF-A型；TGF-B型地电场与气潮作用产生的空间S_q电流关系密切，并与岩石饱和度、渗透率等有关；④4个台站不同项出现峰谷时间略有差异，与其地理位置有关；⑤当出现外空扰动时，4个地电台站所有测向均同步记录到相应扰动。

3 渗流方位角计算

依据地电场潮汐机理，邻近大水域的场地，潮汐力作用于岩石裂隙，易使裂隙水周期性渗流，产生周期性过滤电场，形成TGF-A波形地电场；空间电流在地表的感应电场易引起裂隙水周期性渗流，进而产生大地电流场，使地表出现TGF-B波形地电场。在岩石裂隙流管中，只有沿裂隙水主体渗流方向，水的压力梯度∆p及水中电荷渗流速度才会最大。因此，应用地电场潮汐波幅度可计算场地岩石裂隙水主体渗流方向及逐日变化，可作为大震前异常变化分析的一种新的尝试。

多年观测实践和近年研究成果表明：相对稳定的潮沙波（潮汐地电场）是大地电场日变波形的主要特征，通过FFT处理1天内正常分钟值数据，已获知周期为23—24 h、12 h、7.9 h、6 h、4.8 h、4 h、3.4 h、3 h、2.7 h、2.4 h谐波是前10阶谐波（潮汐谐波）。这些潮汐谐波振幅，尤其是前5阶，明显大于其他高阶谐波振幅，岩体裂隙、裂隙水、构造活动等因素明显影响各潮汐谐波的幅度。基于潮汐地电场的岩体裂隙水（电荷）渗流（移动）模型，结合地电场观测装置布设，可以探测岩体裂隙优势方位角等的变化（谭大诚等，2010）。

3.1 计算方法

结合各地电台站电极布设方式，给出4个地电台站渗流方位角计算公式。

$ \alpha = 180^\circ - {\rm{arctan}}\left({\frac{{\sum\nolimits_{n = 1}^6 {{A_{\left({{\rm{EW}}} \right)n}}} }}{{\sum\nolimits_{n = 1}^6 {{A_{\left({{\rm{NS}}} \right)n}}} }}} \right) $

(1)

$ \alpha = {\rm{arctan}}\left({\frac{{\sum\nolimits_{n = 1}^6 {{A_{\left({{\rm{EW}}} \right)n}}} }}{{\sum\nolimits_{n = 1}^6 {{A_{\left({{\rm{NS}}} \right)n}}} }}} \right) $

(2)

公式（1）、（2）分别为新沂和南京台及高邮和海安台渗流方位角计算公式。式中，α为北偏东角度，即岩石裂隙大致走向；A_NS和A_EW表示地电场NS和EW向观测数据的潮汐谐波值；n为阶数，表示各台优势周期个数，可通过傅里叶变化得到，一般n计算到6阶即可。

（1）静日谐波振幅计算结果。采用2011年1—11月4个地电台站观测数据，使用谐波振幅方法进行计算，结果见表 1，表明：南京台长极距渗流方位角为N94°E—N102°E，均值为N99.5°E；新沂台长极距渗流方位角为N127°E—N140°E，均值为N136.1°E；高邮台长极距渗流方位角为N55°E—N69°E，均值为N66.2°E；海安台长极距渗流方位角为N28°E—N52°E，均值为N36°E。

（2）峰谷值计算结果。用峰谷值方法计算2011年1—11月4个地电台站观测数据，结果见表 2，表明：南京台长极距渗流方位角为N95°E—N110°E，均值为N102.4°E；新沂台长极距渗流方位角为N138°E—N154°E，均值为N143.8°E；高邮台长极距渗流方位角为N47°E—N68°E，均值为N61.1°E；海安台长极距渗流方位角为N26°E—N49°E，均值为N34.7°E。

由表 1、表 2可知，使用静日谐波振幅与峰谷值方法得到的计算结果相似，由此可知，4个地电台渗流方位角真实可靠。

3.2 渗流方位角与高邮—宝应M_S 4.9地震对应关系

2012年7月20日高邮—宝应发生M_S 4.9地震，选取高邮地震台2012年5月—7月地电场观测数据，利用峰谷值与谐波振幅法，计算该台渗流方位角，结果见图 4。

由图 4可见，利用2种方法计算得到的渗流方位角，在2012年6月19日前其变化幅度比较稳定，此后变化幅度变大，7月19日产生较大幅度的向下突变，在7月20日发生高邮—宝应M_S 4.9地震后，渗流方位角变化幅度整体减小，至趋于稳定。由此可见，渗流方位角与地震具有较好的对应关系，可为地震预报研究提供新的基础数据。

4 结论和展望

利用南京、新沂、高邮和海安台2011年长极距地电场日值数据进行渗流方位角计算，由实验结果可得到以下结论：①使用峰谷值与谐波振幅法计算的渗流方位角相差不大，可用于映震分析；②渗流方位角与地震对应关系较好，开展江苏地区方位角变化特征分析等具有一定意义。

由于江苏地区地电场台站所处断裂（带）不同，局部台址构造条件、地形、电极埋深、测区环境等存在较大不同，各台渗流方位角具有较大不同。因此，开展江苏地区渗流方位角变化特征分析工作，对该区域地电场资料在地震观测与预报的应用及研究中具有一定参考意义。

由于仅采用地电场长极距数据进行试验，若使短极距数据参与计算，结果可能存在更大差异。利用地电场观测数据，可以尝试进行映震分析等工作。