李桂清 , 杜喜超 , 陳繼闊，賈 靖,孫新才

(1.濮陽(yáng)市地震臺(tái),河南 濮陽(yáng) 457000；2.清豐縣地震臺(tái)，河南 清豐 457003)

地震地電學(xué)前兆深井立體綜合觀測(cè)技術(shù)思路

李桂清1, 杜喜超2, 陳繼闊2，賈 靖2,孫新才2

(1.濮陽(yáng)市地震臺(tái),河南 濮陽(yáng) 457000；2.清豐縣地震臺(tái)，河南 清豐 457003)

提出了地震地電學(xué)前兆深井立體綜合觀測(cè)的技術(shù)思路。設(shè)計(jì)合適的觀測(cè)井深度，根據(jù)觀測(cè)井布局，采用深井鉆探技術(shù)打好鉆孔，在不同方向的位置上，按不同深度放置不同項(xiàng)目的測(cè)量裝置(觀測(cè)探頭)，改傳統(tǒng)的地表平面觀測(cè)為深部垂向及水平方向觀測(cè)，并實(shí)現(xiàn)地震前兆立體綜合觀測(cè)。深井觀測(cè)方法可有效避免地表觀測(cè)的干擾影響，取得更好的觀測(cè)效果，提高地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)水平。

地震前兆； 深井觀測(cè)；干擾排除；立體綜合觀測(cè)

到目前為止，地震預(yù)報(bào)還是一個(gè)世界性難題。解決地震預(yù)報(bào)這個(gè)難題，必須首先打牢地震前兆觀測(cè)這個(gè)基礎(chǔ) 。但是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 地震前兆觀測(cè)受到越來(lái)越嚴(yán)重的干擾影響。為更好獲取地震前兆異常信息，要開(kāi)拓新思路，研究開(kāi)發(fā)地震前兆觀測(cè)的新方法、新技術(shù)，不斷提高地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)水平。

1 技術(shù)思路

地震孕育過(guò)程中，經(jīng)常伴有地下介質(zhì)電阻率的變化及大地電流和自然電場(chǎng)等電學(xué)性質(zhì)的變化。觀測(cè)研究這些變化，提取地震前的地電學(xué)異常信息，并探討其與地震之間的關(guān)系以進(jìn)行地震預(yù)報(bào)。在地震預(yù)報(bào)的各種探索中，地電學(xué)方法是比較成熟的地震前兆觀測(cè)方法之一，也是地震前兆觀測(cè)的重要組成部分，在地震預(yù)報(bào)中發(fā)揮著重要作用[1-3]。

圖1 地震地電學(xué)前兆異常示意圖

傳統(tǒng)的地電學(xué)觀測(cè)為地表平面觀測(cè)，即在地表2米以下埋設(shè)電極，測(cè)量S、O、E點(diǎn)的地電學(xué)參數(shù)，如電位、電阻等(見(jiàn)圖1)。設(shè)震源為P點(diǎn)，在地震孕育發(fā)展過(guò)程中，S、O、E點(diǎn)的電學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，觀測(cè)其異常變化，從而進(jìn)行地震預(yù)報(bào)。既然S、O、E點(diǎn)的電學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，那么，地下不同巖層的地電學(xué)參數(shù)也會(huì)發(fā)生異常變化，即a、b、c、a’、b’、c’點(diǎn)的地電學(xué)參數(shù)也會(huì)發(fā)生異常變化。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高壓線路的架設(shè)，大功率電器設(shè)備的安裝使用以及地鐵、高鐵的運(yùn)行等，都對(duì)地表的地電學(xué)前兆觀測(cè)帶來(lái)越來(lái)越大的影響，干擾影響引起的異常變化覆蓋了地震前兆異常變化，使地電學(xué)觀測(cè)方法在地震監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)應(yīng)用中受到了極大的限制，地表的地震前兆觀測(cè)失去意義。采用深井鉆探技術(shù)，開(kāi)展深井地震前兆觀測(cè)(即將測(cè)量探頭、電極埋于井下，測(cè)量a、b、c、a’、b’、c’點(diǎn)的地電學(xué)參數(shù))，可有效排除地表的干擾影響[4-8]。

深井觀測(cè)技術(shù)方法是目前地震前兆觀測(cè)新的觀測(cè)思路，正處于探索研究階段。提出深井地電觀測(cè)技術(shù)方法，采用深井鉆探技術(shù)，打出幾十米乃至幾百米深的鉆井，將觀測(cè)電極放置到井下幾十米或幾百米深處，可有效避開(kāi)地表電、磁干擾，測(cè)量地下深處地震引起的地電前兆異常，獲得更好的地震地電前兆觀測(cè)效果[9-10]。采用深井觀測(cè)方法，可開(kāi)展不同深度、不同方向的地電前兆觀測(cè)，也可在深井中放置其他前兆觀測(cè)探頭，開(kāi)展不同項(xiàng)目的對(duì)比觀測(cè)，從而形成全方位的立體綜合觀測(cè)，提高深井利用效率和地震前兆觀測(cè)在地震預(yù)報(bào)中的效果 。根據(jù)觀測(cè)規(guī)范要求，地電場(chǎng)觀測(cè)采用“多方向、多極距”觀測(cè)方式。本方法采用了深井觀測(cè)技術(shù)，可開(kāi)展不同深度的垂直向觀測(cè)，排除了干擾影響，因此，可不再開(kāi)展多極距觀測(cè)項(xiàng)目。按規(guī)范要求，極距最小應(yīng)達(dá)到150米。即在同一地點(diǎn)開(kāi)展觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)井要相距不小于150米。若開(kāi)展不同地層(不同深度)的觀測(cè)，觀測(cè)井距離可不受限制。受觀測(cè)環(huán)境及地理?xiàng)l件限制，傳統(tǒng)的地電觀測(cè)方法在某些地區(qū)不便開(kāi)展。采用深井鉆探技術(shù)，開(kāi)展深井地電學(xué)前兆垂向觀測(cè)，不受區(qū)域地理環(huán)境條件限制，開(kāi)辟了地震地電前兆觀測(cè)的新領(lǐng)域。

2 技術(shù)方法措施

2.1 干擾排除

地震地電、電磁輻射前兆異常具有較好的震兆關(guān)系，在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作中發(fā)揮著重要作用。但是，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，大量大功率電器設(shè)備的使用，高電壓大電流的輸送與變電工程對(duì)地震地電前兆觀測(cè)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此，研發(fā)新的觀測(cè)技術(shù)方法，從而開(kāi)展地電前兆正常觀測(cè)工作迫在眉睫。根據(jù)地電場(chǎng)基礎(chǔ)理論，地電場(chǎng)由大地電場(chǎng)和自然電場(chǎng)所組成。前者主要是地球高層大氣中的各種電流體系在地球內(nèi)部所產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)；后者是地殼中的某些物理、化學(xué)作用引起的電場(chǎng)。目前的干擾主要來(lái)自于大地電場(chǎng)。傳統(tǒng)的地電觀測(cè)電極埋設(shè)深度只有幾米(觀測(cè)規(guī)范規(guī)定大于2米)，其觀測(cè)結(jié)果受到較大干擾影響。那么，改地表觀測(cè)為深部觀測(cè)可有效排除干擾影響，已有的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)表明，深度應(yīng)不小于30米，有的實(shí)驗(yàn)深度達(dá)到了百米到幾百米[11-12]。為排除大地電場(chǎng)的干擾影響，應(yīng)先期開(kāi)展不同深度的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，以確定觀測(cè)裝置安放的最淺深度?？稍O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)深度大于30米，鉆井深度應(yīng)該越深越好，在不同深度處安放電極及測(cè)量探頭。這樣，除相同深度的水平方向觀測(cè)外，還可進(jìn)行不同深度的垂直方向觀測(cè)。

2.2 立體觀測(cè)

2.2.1 單臺(tái)觀測(cè)

傳統(tǒng)的觀測(cè)方法在不同地點(diǎn)按東西、南北方向埋設(shè)觀測(cè)電極，電極深度相同，形成的是平面觀測(cè)。O1-O2為垂直方向，O2-A為水平方向，O2-B為水平方法，三個(gè)方向形成立體觀測(cè)模式。

圖2 全方位立體綜合觀測(cè)示意圖

采用深井鉆探技術(shù)，按L型排列方式，打鉆孔3個(gè)，可在不同深度、不同地點(diǎn)按東西、南北方向設(shè)置電極和觀測(cè)探頭，形成立體全方位觀測(cè)，取得更好的觀測(cè)效果，對(duì)地震預(yù)報(bào)、判斷地震三要素提供更實(shí)用的觀測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2。

2.2.2 多臺(tái)(點(diǎn))觀測(cè)

單臺(tái)采用單孔垂向觀測(cè)，在一定的區(qū)域內(nèi)，安裝多個(gè)觀測(cè)孔(點(diǎn))，形成一定區(qū)域內(nèi)的立體觀測(cè)。比如，每個(gè)縣建設(shè)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，多個(gè)縣形成區(qū)域內(nèi)的觀測(cè)網(wǎng)，從而形成全方位立體觀測(cè)。

2.3 綜合觀測(cè)

在深井鉆孔中，放入地磁觀測(cè)、電磁輻射觀測(cè)探頭，或地?zé)嵊^測(cè)探頭等，形成綜合觀測(cè)系統(tǒng)。也可在不同觀測(cè)孔的不同深度放入相同探頭，開(kāi)展對(duì)比觀測(cè)，提供更為豐富的觀測(cè)資料。

3 技術(shù)關(guān)鍵及應(yīng)用前景

為避免傳統(tǒng)的地表地電觀測(cè)存在的干擾影響，開(kāi)展深井地電學(xué)前兆觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是要有合適的井深以排除地表干擾，并需要適合深井使用的觀測(cè)探頭(深井測(cè)量電極)，目前已有商品電極可購(gòu)買。也可自主研發(fā)觀測(cè)電極，使電極附帶其他項(xiàng)目探頭，可同時(shí)測(cè)量其他前兆異常，進(jìn)行地電的對(duì)比觀測(cè)，既降低成本，又開(kāi)展了綜合觀測(cè)，提高了觀測(cè)井的使用效率。另外，電極的安裝也特別關(guān)鍵，一旦安裝失敗，觀測(cè)井和電極就要報(bào)廢，會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。深井地電學(xué)前兆觀測(cè)方法，將傳統(tǒng)的地表水平觀測(cè)改為深部垂直觀測(cè)，可有效地排除地表大地電場(chǎng)的影響。采用深井觀測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)地震前兆立體全方位觀測(cè)。開(kāi)展地震前兆綜合觀測(cè)，提高深井利用效率。采用深井觀測(cè)技術(shù)可有效排除地表干擾影響，擴(kuò)大地電學(xué)前兆觀測(cè)適用范圍，開(kāi)辟地電學(xué)前兆觀測(cè)的新領(lǐng)域。

[1] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司編.地震電磁學(xué)理論基礎(chǔ)與觀測(cè)技術(shù)[M].北京：地震出版社，2010.

[2] 田山，張磊，王建國(guó)，等.汶川、玉樹(shù)大地震前的地電場(chǎng)異常[J].地球物理進(jìn)展，2012， 27(3):878-887.

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[6] 王峰，李偉，王菲.南京地震臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)干擾分析[J].高原地震，2014(3).

[7] 史紅軍.地電場(chǎng)觀測(cè)過(guò)程中的干擾因素分析[J].東北地震研究，2009, 25(2).

[8] 李桂清,厲天琴，彭淑麗，等，濮陽(yáng)臺(tái)地電波觀測(cè)的干擾因素分析[J]. 高原地震,2004,16(3).

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Technical thought on a comprehensive measurement of seismological geo-electrics precursor observed in a deeper borehole

Li Guiqing1，Du Xichao2，Chen Jikuo2，Jia Jing2，Sun Xincai2

(1．Puyang Seismic Station, Henan Puyang 457000;2．Qingfeng Seismic Station, Henan Qingfeng 457003, China)

The technical thought on the comprehensive measurement of the seismological geo-electric precursor observed in a deep borehole are put forward. A suitable place is chosen. A deep borehole is drilled. Different measuring devices with different directions and depths are installed. Traditional measurements on the ground are replaced with that in a deep borehole. With the borehole measurements,many kinds of interferences are avoided or reduced effectively.

earthquake precursor; deep well observation; interference removing; comprehensive measurement

2015-04-20

李桂清(1963-)，男，河南清豐人，高級(jí)工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究、管理及地震科普宣傳工作.

P315.72

A

1001-8115(2015)04-0029-03

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.007