2023, Vol. 44
2) 中国大理 671000 云南省地震局下关地震监测中心站;
3) 中国云南 675000 云南省地震局楚雄地震监测中心站
2) Xiaguan Seismic Station, Yunnan Earthquake Agency, Dali 671000, China;
3) Chuxiong Seismic Station, Yunnan Earthquake Agency, Yunnan Province 675000, China
地电场是指地球表面天然存在的电场，包括大地电场和自然电场。其中，大地电场是由大气层中的各种电流体系与地球介质相互作用所产生的感应电场；自然电场是地壳中某些物理、化学作用引起的正负电荷分离产生的地电场。地电场观测数据是观测方法、技术、电磁环境及场地条件相结合的系统反应（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2004）。地电场是重要的地球物理场之一，地电场观测主要是观测地电场的地表分量及其时空变化（高玉芬，2001）。
地电场与地磁场一样，有日变、月变、年变等周期性变化，也有不规则的干扰变化。这些变化主要来自地球外部，如太阳辐射、宇宙线和大气电离层变化所引起的。大地电场观测场地范围较大，易受周围电磁环境等因素的干扰，各类干扰严重时会引起地电场正常的日变形态畸变，所以在地震前兆分析过程中，准确识别干扰数据，区分出大地电场真实变化和干扰变化尤其重要。
2 数据来源与研究内容元谋地震台地电场观测场地位于云南省元谋县黄瓜园镇苴林小村，地处元谋断陷盆地西侧，距离绿汁江大断裂30 km，往东约120 km处为小江断裂带，此观测点可监测滇中北部地区南北构造带—南北向绿汁江大断裂和小江断裂一带的地震活动情况。苴林地电场观测系统建于2014年，采用双“L”型布极方式，布设北南长、东西长、北东长、北南短、东西短、北东短6个测道（图 1）。观测仪器采用中国地震局兰州地震研究所研制的ZD9A-2B型地电场仪，采样率1次/min，电极采用自制的30 cm×40 cm×3 mm铅板卷成直径10 cm高25 cm的铅筒电极，埋深3 m。电极布设、电极引线与仪器输入连接均符合规范要求，仪器运行正常，每半年标定一次，标定结果均合格。对元谋苴林地电场观测数据进行特征分析和干扰排查，有助于促进该数据在地震分析预报中的应用，更好地服务于震情跟踪研究。
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图 1 元谋苴林地电场布极 Fig.1 Layout diagram of geoelectric observation at the Julin station in Yuanmou |
范晔等（2020）研究表明，中国大陆地电场日变化大多呈现“两峰一谷”或“两谷一峰”的变化形态。以元谋苴林地电场2015年3月26日—4月1日的分钟值原始曲线来看，其日变形态在原始数据曲线的北东长测道上清晰可见，呈现为“两峰一谷”型。
本研究利用元谋苴林地电场2015—2022年观测资料，对影响其数据变化的干扰因素进行了识别与分析，并将该场地常见的干扰细分为：观测系统故障干扰、自然环境干扰和场地环境干扰3大类。
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图 2 元谋苴林地电场数据变化曲线 Fig.2 Geoelectric field observations at the Julin station in Yuanmou |
地电场观测系统分为测量系统和装置系统2部分。测量系统主要为仪器主机，装置系统包括电极、外线路、室内配线和避雷装置。元谋苴林地电场常见观测系统故障干扰为电极故障，电极故障主要表现为数据长期出现极化飘移，如2022年6月南北、东西、北东向3个长极距测道数据出现大幅度飘移，数据无明显日变化（图 3）。
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图 3 元谋苴林地电场2022年6月观测数据 Fig.3 Geoelectric field observations at the Julin station in Yuanmou in June 2022 |
降雨、雷电等是地电场观测中最常见的干扰因素。胡小静等（2017）研究认为降雨引起地电场数据变化的原因有2种：一种是周围的地电场强度自身发生了改变，另一种是电极极化电位发生变化。2015年6月11日苴林地电场受降雨影响（图 4），观测数据在3—15时受到明显干扰，数据发生上升或下降形态的突变，影响日变形态。
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图 4 元谋苴林地电场受降雨影响的变化曲线及当日降雨量 Fig.4 Geoelectric field observation curves of the rainfall interference at the Julin station in Yuanmou and daily rainfall |
苴林地电场观测场地位于农田内，主要干扰源为农田灌溉和机械化种植。干扰数据的主要形态表现为飘移、突跳和阶变等。
3.3.1 农田灌溉干扰农田灌溉时，水下渗到电极处导致电极极化电位不一致，造成地电场观测数据发生飘移，影响数据正常日变形态。结合元谋气候和农业生产特点，此干扰主要集中在春季和秋季。如2019年11月22日测区西端电极附近农田放水灌溉，苴林地电场EW、N45°E测道长、短极距数据5:00—11:30出现大幅上升后稍缓慢的下降，影响日变化形态，变化幅度为20—60 mV/km，NS测道长、短极距均未受影响（图 5）。
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图 5 苴林地电场农田灌溉干扰曲线（2019年11月22日） Fig.5 Geoelectric field observation curves of the irrigation interference at the Julin station |
测区农田灌溉时，常使用抽水泵、发电机等生产工具，以及测区内搭建的金属大棚在一些照明设备通电时发生漏电，也会对地电场观测产生干扰。此类干扰出现时，地电场数据受其影响表现出突跳变化。2017年4月25日测区内有抽水泵漏电干扰（图 6），数据曲线出现突跳，压制曲线变化形态，17:20暂停作业后干扰消失，数据恢复正常变化。
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图 6 苴林地电场农业生产设备漏电干扰曲线（2017年4月25日） Fig.6 Geoelectric field observation curves of the leakage interference at the Julin station |
通过对元谋苴林2015年以来观测数据的分析，总结其日变化形态，对干扰数据进行特征分析，发现元谋苴林地电场有清晰稳定的日变化，呈“两峰一谷”形态；观测过程中主要存在铅电极极化、降雨、雷电、农田灌溉、农业生产设备漏电等干扰。
在进行地电场观测数据干扰核实时，应结合观测系统检查、天气情况、场地环境情况和干扰数据的方向性来确定干扰源，如有条件应尽快升级装置更换固体不极化电极，保证观测系统正常运行。
应做好场地环境的巡查，及时收集观测场地环境变化信息，加强降雨量、水位等辅助观测，记录雷雨天气等信息，将有助于地电场数据分析与干扰排除。因此建议在地电观测中加强环境信息的记录，加强气象辅助监测，为进一步提高苴林地电场数据分析的科学性提供基础。
高玉芬, 钱家栋. 地震及前兆数字观测技术规范(电磁观测)[M]. 北京: 地震出版社, 2001: 47-49.
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胡小静, 毕青, 付虹. 大地电场观测中干扰变化的特征分析[J]. 地震, 2017, 37(2): 157-166. |
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 19531.2-2004地震台站观测环境技术要求第2部分: 电磁观测[S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.
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