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地电的测量仪器及其原理
点击次数:3046 发布时间:2009-09-16
地电流犹如大地血脉,它的存在和运动很早就被人们发现。英国人Barlow可能是*个吃螃蟹的人,他在1849年利用得比的电信线路证实了地电流的存在。不过,发现地震也会产生地电流异常的,要归功于Varley,他对1871年3月17日加拿大地震的观测,才确认了这一现象。后来,日本对1923年的关东地震和1949年的鸟取地震都取得了地电流异常的震例。我国是在1966年邢台地震之后起步的。
  地电场的观测简单易行,成本低廉。在地下相距几十米到百米远的地方,埋放两个铅板,再用导线分别连接到电流表(毫安表)或电压表(毫伏表)的两端,就能从表头上观察到指针的日变化、年变化特征,这种方法是不需外加任何人工电源的。20世纪60~70年代我国的许多厂矿、学校和农村都开展过地电观测,是群测群防的重要手段之一,老百姓给了它“土地电”的美称。
  谁料,好景不长,土地电便被打入冷宫,直到近年刚刚东山再起。这里的根由可就一言难尽了。
  良莠不齐,真假难辨
  1975年海城地震前5~2天,距震中20公里的治金102队的土地电,不仅连续出现了30~100毫伏的单向脉冲,其地电位还出现了190毫伏的下降,如此巨大幅度的异常一改往日的平静,这个前兆信息为成功的临震预报提供了有力的科学依据。土地电的一展身手令国人刮目相待,一时风靡全国。未料到随后的各种异常事件频频上报,从南到北,从冬到夏,四处呼叫“狼来了”。无奈异常天天有,地震日日无,核实地电异常和排除人为干扰的差事很快成了专业人员的重要任务。
  1976年5月,唐山地区等很大范围的地电观测网又频频出现变化,专业人员对此进行了认真反复的核实查证,虽然有些异常确实重要,但大量的异常是农田用水、降雨、温度变化和电极不稳定等干扰造成的。在大震发生前的zui后一周的会商会上,尽管曾根据土地电和专业地电观测,做出了“迁安—昌黎—青光一带可能发生4.5—5级地震”的预报意见,不过对问题的严重性是远远没有意识到的。几天之后,大震发生,震级7.8级。台站在地震中被摧毁,马家沟地电台资料在废墟中被抢出,而唐山台的地电观测员石蕴璇工程师当场殉职,为地震预报贡献出了生命……。
  震后的研究表明,土地电异常的真假难辨确实为工作带来了极大的困难。造成这些异常的zui主要的因素是金属电极的化学电位极其不稳定,加之自然电场的复杂变化,使微小的地震信息湮没其中。在技术水平有限的客观条件下,我国于20世纪80年代初,决定暂时淘汰土地电方法,把研究的重点放在电阻率的观测上,这是一种外加人工电源的地电方法:先用人工电源把变化不定的天然地电场抵消成零,使测量数据得以稳定,再改测地下介质的电性参数——电阻率,这种技术在工程勘探的应用是相当成功的。
  至此,土地电在我国销声匿迹。
  小小土地电,监测离不了
  世界上的事就有那么巧!土地电刚在中国被封杀,却在西方红红火火闪亮登场。
  希腊雅典大学有3位教授,他们从1981-1983年开始了新型土地电的观测研究,1991年建立了数字化观测系统。截止1998年的15年时间,对11次5.5级以上的地震居然做出了8次成功的预报,使希腊成为中国之外仅有的一个政府级的公开进行地震预报的国家。希腊把这种观测方法以3位学者的*个字母命名VAN,从此VAN方法响彻全球,直到今天。
  VAN小组坚持认为,对地下电场的无人工电源的直接测量,是监测地震的方法之一。土地电观测中的不稳定性和干扰问题,他们也同样遇到,不过经过细致的研究,发现问题出在观测技术和数据分析上,而不在方法手段本身。于是采取了一系列的技术改进措施,比如用非极化的合金电极代替铅电极,解决了化学电位不稳定的问题;采用不等极距、电磁同时观测、数字电子测量技术等措施,有效的排除了各种干扰;采用数理分析技术,又归结出了地震电信号的特征和标志等,很好地解决了有关问题。他们的预报意见一直公开发表在国际学术刊物上,并公布全部的数据和处理方法,由此取得了日、美、俄、法等多国专家的帮助,终于使新型土地电变成了香饽饽。
  对VAN方法的进展,虽然学术界存在不同的看法,但大部分专家都是肯定的,并对其重要性给予了高度评价。中国、日本、法国随后迅速派员学习、引入。我国不仅有计划地安排专业人员到希腊雅典大学学习,还研制出了新型土地电仪器——SE3型地震电场前兆仪,已将希腊VAN方法的多极距分析方法在仪器的硬件中得以体现,有用信号能较好的与干扰信号分离,“狼来了”的误判比例大大降低。
  甘肃文县地震局的土地电观测研究一直未停止过,自己研制了超低频电脉冲信号地震前兆仪,在采用新型土地电仪器的2001-2003年间,他们填报了4次书面预报卡,较准确地预报了四川甘孜6.0级地震、四川盐源5.0级地震、云南大姚6.2级地震,特别是对2000年11月14日昆仑山口西8.1级大震的预报,受到了中国地震局的表扬和奖励。他们孜孜不倦的努力,佐证了土地电在地震预报中的作用。为此,中国地震局特批他们的仪器参加2003年国际地震仪器与紧急救助设备技术展,进行推广。
  前途光明,道路曲折
  从国际上的发展趋势来看,对自然电磁场的直接观测(无人工电磁源)越来越被重视,这种讯号的出现与震源的孕育和发展似乎有着更为紧密的关系,也更便于统一地认识电气异常、动物异常、大气异常和电磁场异常等等。因为,地电场的变化同水的运动关系密切,而地下水在地下深处是极广泛分布的,它在发震构造的局部富集会在震前断层的预滑与蠕动时导致地电效应、过滤电动势和压电电流的出现。因此,我国已经加大了对这类监测手段的研究力度,涉及到对地球静磁场、地电场(土地电)、电阻率、大地电磁、磁变测深、电磁场,ULF、ELF和VAN等的观测工作。
  作为一种群测群防手段,新型土地电在地震监测预报方面已经有了自己的一席之地,尤其是其简单易行、成本低廉的特点和良好的反应还是独树一帜的。工作中需注意的是分析地震前兆的异常变化与地表干扰性噪音的不同。研究表明,前者往往具有选择性,即在构造的控制下只对某些地区反应敏感,而对另一些地区可能毫无反应;此外,地震异常信号的极性和强度比均有一定的稳定性特征等等。如何排除干扰,使地电流信号得以zui大利用,已经成为地震监测工作中的一个*性课题
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