尹天杰 孙亮亮 袁勇 张明明 李章
摘 要：该文对安徽地电场台站的基本情况做了简要介绍，利用蒙城、嘉山两个地电场台站近年来的观测数据，对地电场观测干扰进行调研分析，对各类干扰进行归纳总结。结果发现，日常观测中主要受到降雨、雷电、电极老化、地电阻率同台观测与高压直流输电等干扰影响。根据各类干扰对数据曲线造成的变化，分析各类干扰机理以提出改进应对方法，可为地电场观测的干扰识别提供参照依据。
关键词：地电场 干扰 场地环境 观测系统
中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2021）02（c）-0064-04
Investigation and Analysis of Observation Interference of Anhui Geoelectric Field Station
YIN Tianjie1 SUN Liangliang1 YUAN Yong1 ZHANG Mingming2 Li Zhang3
（1.Jiashan Seismic Station of Anhui Seismological Bureau， Mingguang， Anhui Province， 239400 China; 2. Mengcheng Seismic Station of Anhui Seismological Bureau， Mengcheng， Anhui Province，233500 China; 3.Huangshan Seismic Station of Anhui Seismological Bureau，Huangshan，Anhui Province，242700 China）
Abstract： This article briefly introduces the basic situation of Anhui geoelectric field stations， using the observation data of Mengcheng and Jiashan geoelectric field stations in recent years to investigate and analyze the interference of geoelectric field observation and summarize various types of interference. It was found that the daily observations were mainly affected by interference such as rainfall， lightning， electrode aging， observation of ground resistivity on the same station and high-voltage direct current transmission. According to the changes caused by various interferences to the data curve， analysis of various interference mechanisms to propose improved countermeasures can provide a reference for the identification of interference in geoelectric field observation.
Key Words： Geoelectric field; Interference; Site environment; Observation system
進入新世纪以来，随着电极技术取得不断进步，使地电场观测数据质量有了大幅度提高。目前，国内地电场观测采用多极距、多测道布设，外装置系统覆盖面积较大，容易受到地形地貌、地下介质结构以及外界环境的影响，干扰类型也比较多。如何准确识别各类干扰和应对各类干扰是优化观测质量的关键。
1 电场台站基本概况
安徽省目前有两个地电场观测台站，分别位于蒙城、嘉山。蒙城台于1999年12月新建大地电场观测项目，并于2000年1月1日投入观测，嘉山台于2006年12月新建地电场项目，2007年1月1日正式运行。蒙城台布极方法采用共用电极长短极距法，共有NS向长、短极距，EW向长、短极距，N45°W向长、短极距3个分向。嘉山台地电场观测采用三角形布极，共有NS、EW和N45°E 3个方向，每个方向也分长、短二类极距[1]。线路均采用架空的方式。目前，蒙城、嘉山使用的地电场主机型号均为ZD9A-2B型。
2 安徽地区地电场变化特征
2.1 地电场的正常日变化
安徽地区地电场台站的正常日变化曲线形态属于“峰-谷”型，即长短极距曲线呈现出“两峰一谷”的变化形态。曲线每日变化平缓，可见接近于正弦波的数据曲线。
2.2 磁暴下的地电场区域同步变化
磁暴期间，地电场会记录到幅度较大、且频率较高的扰动变化[2]，数据变化幅度随地磁指数K值的增加而增大。当K指数低于5时，称之为“地电扰动”，当K指数大于等于5时，称之为“地电暴”。经调研发现，磁暴发生时，安徽地区两个地电台站的数据变化时间同步且变化形态基本一致，体现了其广域性的变化特征。
由于各类干扰的曲线变化以及地震前兆变化是与正常变化交错叠加在一起的。了解地电场曲线正常日变及磁暴变化特征，有助于提取其他干扰信息和地震前兆异常信息。
3 干扰调研分析及应对措施
3.1 自然因素干扰
3.1.1 雷电干扰
雷电发生时，在外部场变化的作用下，会对本质相对静态的大地电场造成干扰。尤其是出现雷暴等极端天气时，雷电接近地表静态电场，在放电的瞬间，引起数据变化，最高可达正常时的数倍，持续时间也相对较长。
经调研发现，雷电干扰变化特征为：观测数据呈离散性变化，有台阶、有突跳，数据变化值最高可为正常值的数十倍。特别是放电瞬间，因雷电造成的强电流对电极充电，数据呈现畸变，严重时可能击穿仪器造成损坏。
为避免雷击对室内外观测装置的损害，外装置系统可在雷雨季定期巡视外线路，室内装置系统可在观测室电流输入端安装一级防雷模块，机柜内配线盘安装二级避雷器，以提高防雷质量。雷电发生时，交流供电要及时切换成UPS电源供电，雷电过后要及时检查避雷器。进入雷雨季节，要时刻关注天气预报，必要时可提前咨询气象部门。安徽各地电场台站现在每年均按照国家地电学科要求，进行雨季前检查。
3.1.2 降雨干扰
降雨对地电场观测的干扰机理是由于雨水渗透到地下，使自然电场发生变化从而导致降雨区域内的地下电性结构发生改变。嘉山台地电场各测道各极距电极均埋深3 m以下，降雨时，雨水下渗到电极处，会导致电极极化和电位改变。2016年10月20日18：49～21：40，嘉山台地电场测区范围内突降暴雨，南北短极距和北东短极距变化幅度达到80.34 mv/km、79.51 mv/km。查询辅助手段，该时段降水量为28.7 mm（见图1）。由于雨水通过泥土渗透到电极有个时间差，数据变化时段较降雨集中时断有所延后，由此判定该变化为降雨所致。雨停后随着地表水分的蒸发，观测曲线会逐步恢复到雨前正常变化形态。
3.2 场地环境干扰
3.2.1 高压直流输电干扰
高压直流输电在正常运行下，只会产生很小的不平衡电流，根据相关部门测算，其影响范围只能局限于 15 km以内。但是由于新的线路不断增多以及高压直流输电在发生故障时的不间断性，在新线路试运行期间以及线路发生故障时，就会产生较大的不平衡电流[3]。不平衡电流会大幅入地，甚至出现单向供电，此时就会产生很大的附加电场影响线路附近地电场台站的正常观测。安徽地区地电场台站主要受晋南线、锡泰线等线路影响，其中嘉山台距离晋南线最近的换流站仅10 km。
针对于高压直流输电干扰对地电场观测的影响，地震台站目前并无主观的可行性抗干扰措施，只能通过积极与电力部门协调沟通，最大化地降低单向供电的出现次数。与此同时，台站人员可利用其干扰特征对装置系统的稳定性进行检测，譬如通过对比各测道各极距曲线的变化幅度和变化特点，判定对应电极的老化程度，此类方法对提高更换老旧电极的及时性具有参考意义。
3.2.2 地电阻率同台观测干扰
当ZD8M地电仪测数时，由于稳流源会向地电阻率观测场地进行人工供电，从而在观测场地内会出现一个外部人工电场，由于电场场地与其同台观测，相当于该人工电场附加在了地电场的采集系统里，所以该时段的地电场数据通过叠加了被动的人工电场而发生突跳变化。目前，嘉山、蒙城两个地电场台站都与地电阻率同台观测，图2为蒙城台受地电仪供电干扰时大地电场的曲线，一般出现同台干扰多为仪器门限值设置不当引起。
除了调整门限值以外，也可通过调整仪器时钟，使地电稳流源供电时段错开电场仪测数时段[4]。
3.3 观测系统变化干扰
使用期短是不极化电极最大的弊端，地电场电极一旦出现老化，会导致地电场数据极不稳定。2015年6月中旬嘉山台大地电场南北向和北东向数据出现异常变化[5]，每日20时左右数据开始漂移上升，到次日6～8时出现阶变下降。发现数据异常变化后，工作人员对装置系统进行全面检查，后与相关专家联系咨询，基本确定电极出现故障与电极老化有关。更换电极后，数据日变清晰，且其差值大幅变小，相关系数大幅提升，各测向数据质量明显提升（见图3）。
电极老化的干扰变化特征是：数据曲线易出不规则畸变，各测向长短极距的日差值变化较大，相关性降低，由于该干扰具有长期性且不可逆的特点，因此台站观测人员较容易判断[6]。
4 结语
地电场观测产出的数据资料是分钟值，数据存储量大，干扰因素及其变化形态多样，各类干扰信号的引入对大地电场的观测造成了很大的影响。
（1）自然因素干扰主要有雷电、降雨等。雷电会使数据出现反复突跳变化，甚至损坏仪器。可定期检查室内外避雷装置。雷电发生时，应立即切换成UPS供电。雷电过后也要及时检查避雷器及观测仪器是否受雷电影响发生损坏。降雨干扰由于受到地下电性结构改变的影响，数据会发生缓步上升或下降。深埋电极可有效阻隔雨水，确保电极所处的物理环境稳定，大大提高了在降雨期間观测数据的质量。
（2）高压直流输电干扰是安徽地电场台站最常见的场地环境干扰，当地电场台站受到高压直流输电干扰时，数据会出现畸变，形态上多呈现台阶变化，当入地不平衡电流消失时，数据会恢复正常。应对干扰，台站和上级部门应与电力部门协调沟通，最大化地降低单向供电的出现次数，还可借高压直流输电干扰对装置系统进行检测。同台干扰多由门限值设置不当引起，可调整时钟、更改门限值，来杜绝此类干扰的发生。
（3）电极老化是观测系统干扰之一。曲线出现间断无规则突跳、台阶、漂移等现象，且部分测道日变化消失。当出现此类情况应立即更换电极，并反思总结前期电极使用寿命，在未受其干扰之前提前更换，或者在埋设电极时，在此电极周围再埋设一备用电极，这样可提高更换效率，降低地电场观测受电极老化干扰影响的时长。
参考文献
[1] 孙亮亮，赵桂宝，潘洁，等.嘉山台地电场地浅层电测深曲线探究[J].科技资讯，2018（10）：74-76.
[2] 周卫东，牛延平，田野，等.甘肃天祝地区地电暴变化分析研究[J].高原地震，2019（1）：26-30.
[3] 鲍海英，蒋延林，樊晓春，等.高压直流输电对地电场观测的影响探讨[J].中国地震，2020（3）：607-619.
[4] 李晓东，雷晴，邱大琼.ZD9A-Ⅱ型大地电场仪故障判断及日常维护方法[J].内陆地震，2019（1）：53-58.
[5] 李艳.山西临汾台大地电场典型干扰与地震异常信号识别[J].四川地震，2019（3）：32-37.
[6] 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（2）：157-166.
