地震地電觀測方法Themethodofearthquake-relatedgeoelectri2009-02-09發(fā)布2009-06-01實施中國地震局發(fā)布前言 I引言 Ⅱ 12術(shù)語和定義 3觀測對象及要求 14臺站觀測 25組網(wǎng)觀測 76觀測環(huán)境 77觀測數(shù)據(jù) 附錄A(資料性附錄)測量原理 附錄B(規(guī)范性附錄)避開干擾源距離 附錄C(規(guī)范性附錄)電磁事件判斷準則 地震地電觀測方法地電阻率觀測第1部分：單極距觀測(DB/T33.1—2009)地震地電觀測方法地電阻率觀測第2部分：多極距觀測(DB/T33.2—2009)地震地電觀測方法地電阻率觀測第3部分：大地電磁重復測量(DB/T33.3—2009)地震地電觀測方法地電場觀測(DB/T34—2009)地震地電觀測方法電磁擾動觀測(DB/T35—200工Ⅱ地震電磁擾動觀測即通常所說的電磁波觀測。電磁擾動方法作為近年來捕捉地震短臨異常的較好方法之一，受到國內(nèi)外地震學家的廣泛重視。目前該方法使用的觀測儀器種類較多，觀測對象不一致(分別有：電場、磁場和電磁場),觀測頻段不相同，觀測裝置不相同，觀測儀器的性能和傳感器不一致，傳感器架設(shè)(或埋地)方式不同，觀測環(huán)境和臺址條件要求差異較大。這些因素給資料共享、數(shù)據(jù)本標準編制過程中，通過廣泛調(diào)研、研討，總結(jié)了近40年電磁擾動的觀測經(jīng)驗和預報效果，并進行了理論分析和試驗。在標準中明確指出地震電磁擾動觀測的目的是希望獲得與地震孕育和發(fā)生有關(guān)的電磁場變化，觀測的對象是選定頻率范圍內(nèi)的電場、磁場。根據(jù)我國的實際情況目前選擇0.1Hz~10Hz頻帶范圍作為電磁擾動觀測的基本頻段是適宜的，這并不排斥在地震預測研究中擴大觀測頻帶。本標準規(guī)范了我國地震電磁擾動觀測的臺站觀測系統(tǒng)、組網(wǎng)觀測、觀測環(huán)境、數(shù)據(jù)產(chǎn)出等技術(shù)環(huán)節(jié)，1本標準規(guī)定了地震電磁擾動觀測方法的觀測對象及要求、觀測原理、臺站觀測、組網(wǎng)觀測、觀測本標準適用于地震監(jiān)測預報和相關(guān)科學研究中的電下列術(shù)語和定義適用于本標準。在指定頻段內(nèi)的地表電場觀測、磁場觀測或同點(站)地表電場與磁場同步觀測。在電磁擾動測量中，連接大地與測量導線、接收大地電信號的接地導體。以電場各測向電極連線的中點為圓心、相應(yīng)電極極距長度五分之三為半徑的各個圓區(qū)的外包絡(luò)線在電磁擾動觀測中，將被測點的電位傳遞到測量儀器及保證磁傳感器能正確接收指定方向磁信號地表電場強度E和磁場強度H(或磁感應(yīng)強度B)的水平分量，獲得選定地點一定頻率范圍內(nèi)地表電場、磁場的能量隨時間的變化以及發(fā)生的電磁事件。3.2.1電場觀測誤差不應(yīng)超過5%測量值±2mV/km;磁場觀測誤差不應(yīng)超過5%測量值±0.1nT。3.2.3電場觀測分辨力不應(yīng)大于2mV/km;磁場觀測分辨力不應(yīng)大于0.01nT。3.2.4電場測量范圍不應(yīng)小于±20000mV/km;磁場測量范圍不應(yīng)小于±100nT。3.2.5時鐘誤差不應(yīng)大于1s。3.2.6采樣率不應(yīng)低于50次每秒。23.2.7背景觀測數(shù)據(jù)吐出率不應(yīng)少于1次每分鐘；事件觀測數(shù)據(jù)吐出率不應(yīng)少于50次每秒。選擇天然電磁場能量最小、人為電磁干擾較小的頻段進行地表電場和磁場的觀測，用選擇頻段內(nèi)電磁場能量隨時間的變化表述觀測的背景值，用特定的準則判定電磁事件的發(fā)生、記錄事件的時間序電場觀測是在地表選定方向，一定距離間埋設(shè)電極，測量電極點之間的電位差。在測區(qū)電場是均勻的條件下，電極間電位差與電極距離之比為選定方向的電場強度值。電場測量原理的詳細表述見附磁場觀測是在地表放置磁傳感器，將磁場強度(磁感應(yīng)強度)轉(zhuǎn)換為電壓量，測量傳感器輸出的電壓值。在磁傳感器傳遞函數(shù)為已知的條件下即可換算出磁場強度(磁感應(yīng)強度)值。磁場測量原理詳見附錄A.2。4.2.1.1電極工作頻率范圍應(yīng)包含0.01Hz~1000Hz。4.2.1.2電極噪聲不應(yīng)大于0.05mV。4.2.1.3極材料宜選用鉛板，也可采用不銹鋼電極、固體不極化電極。鉛板尺寸宜不小于200mm×4.2.2.1宜布設(shè)兩個分別平行和垂直地磁南北的正交測道，方位誤差不應(yīng)大于1°,布極方式可采用4.2.2.2極距宜為50m～100m,兩個方向的極距相差宜小于較長極距的10%。4.2.3.3電極埋深不應(yīng)小于1.5m,在寒冷地區(qū)應(yīng)埋設(shè)在凍土層以下。4.2.3.5電極引線與通往觀測室的測量線應(yīng)可靠焊接并做好密封防水處理，測量線埋地引入觀測室，圖2為鉛板電極埋設(shè)示意圖。接頭(焊接并密封)圖2鉛板電極埋設(shè)示意圖4.2.4.1磁傳感器宜沿地磁南北、地磁東西兩個方向水平布設(shè)，方位誤差不應(yīng)大于1°。4.2.4.3磁傳感器宜埋設(shè)在地下，埋設(shè)方法參見圖4。磁傳感器圖3磁傳感器布設(shè)示意圖圖4磁傳感器埋設(shè)示意圖34在同一場地同時進行電場和磁場觀測時，電場觀測的電極和磁傳感器宜按圖5方式布設(shè)。NA2N磁傳感器1B2A2、B2磁傳感器1磁傳感器2磁傳感器2A14.3.1.1最大允許誤差不應(yīng)超過±(2%讀數(shù)±0.1%滿度值)。4.3.1.2頻率范圍應(yīng)包含0.1Hz～10Hz頻段。4.3.1.5采樣率不應(yīng)少于50次每秒。4.3.1.6時間服務(wù)誤差不應(yīng)大于1s。4.3.1.7測量通道不應(yīng)少于兩個通道(兩個電通道或兩個磁通道)。4.3.1.9儀器應(yīng)具有現(xiàn)場或遠程修改工作參數(shù)、實時顯示觀測結(jié)果等功能。4.3.2.1靈敏度不應(yīng)小于1mV/nT(0.1Hz～10Hz)。4.3.2.3噪聲不應(yīng)大于0.003nT/Hz12(0.1Hz～10Hz)。4.4.1.1人工電磁場的強度應(yīng)能在觀測現(xiàn)場的磁傳感器周圍形成nT量級的人工磁場，在測量電極之間形成mV量級的人工電位差。4.4.1.2人工電磁場的頻率，在0.1Hz~10Hz頻段內(nèi)不宜少于五個頻點。4.4.1.3人工電磁場的強度，在一年內(nèi)的變化不應(yīng)大于10%。系統(tǒng)由低頻功率信號發(fā)生器、標準電阻、示波器、供電電極標準電阻、示波器的主要技術(shù)要求見表1。5設(shè)備名稱頻率范圍：0.01Hz～100Hz輸出功率：100Ω負載下，能提供大于0.10Ω,0.1級，1A頻率范圍：DC~2MHzB為供電極。圖6(a)適用于十字形布極，圖6(b)適用于L形布極。低頻功率信號源提供不同頻率的交A磁傳感器2A1雙數(shù)線(a)十字形布極(b)L形布極標準磁傳感器2B4.4.3.2.1供電極極距宜大于30m.4.4.3.2.3AB的方向為NW45°,AB連線的中點應(yīng)與兩個磁傳感器軸線的交點重合。4.4.3.3.2A供電極從低頻功率信號源至B供電極之間的部分應(yīng)與B供電極合成雙絞線，從B供電極至A供電極之間的部分應(yīng)為單線。4.4.3.3.3供電線采用埋設(shè)方式應(yīng)符合4.2.3.5的規(guī)定。A供電極從B供電極至A供電極段應(yīng)保持6按圖7連接檢查系統(tǒng)。R供電極A供電極Ba)調(diào)節(jié)低頻功率信號源的輸出，使示波器的顯示為峰峰值2V,此時供電電流為200mA,記錄儀b)將各通道輸出信號的峰峰值記入表2;c)在儀器頻帶內(nèi)均勻選取五個頻點，變換低頻功率信號源的頻率，重復上述a),b)操作；d)每月按a)、b)、c)步驟檢查一次并將檢查結(jié)果與第一次檢查結(jié)果進行比較，判斷測量系統(tǒng)的E/mVkm-1E,/mVkm-1臺站主要設(shè)備配置見表3。設(shè)備名稱臺1技術(shù)要求見4.3.1個27表3(續(xù))電場觀測裝置電場測量電極個5套1室內(nèi)配線套1臺1技術(shù)要求見表1個1臺1個2套1套15組網(wǎng)觀測5.1組網(wǎng)原則在需要進行地震監(jiān)測的區(qū)域或需要臨時加密觀測的地區(qū)應(yīng)布設(shè)由幾個觀測站組成的臺網(wǎng)進行觀測。由定點連續(xù)觀測站組成的臺網(wǎng)納入固定地震臺網(wǎng)運行，由臨時觀測點(站)組成的臺網(wǎng)納入流動地震臺網(wǎng)運行。每個臺網(wǎng)不宜少于三個觀測站，觀測站間距不宜大于50km。5.3觀測方式網(wǎng)內(nèi)各觀測站宜采用電場、磁場同時觀測。采用單項(電場或磁場)觀測的臺網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)各觀測站的觀測項目應(yīng)一致。6觀測環(huán)境6.1地質(zhì)構(gòu)造條件觀測場地宜選在地震活動帶內(nèi)或在活動斷裂帶附近。6.2地形地貌條件布極區(qū)應(yīng)地形開闊、地勢平坦，地形高差不宜大于電極間距的5%。布極區(qū)內(nèi)不應(yīng)有溝壑、崖坎、河流等。6.3電性結(jié)構(gòu)條件觀測區(qū)30m深度以內(nèi)表層的地電阻率不宜小于10Ω·m。6.4電磁環(huán)境條件布極區(qū)避開各種干擾源的距離應(yīng)符合附錄B的規(guī)定。定點觀測站應(yīng)具備電力、通信、交通等條件。7觀測數(shù)據(jù)7.1數(shù)據(jù)產(chǎn)出臺站觀測應(yīng)產(chǎn)出地表電場和(或)磁場的分鐘值時間序列、電磁事件的時間序列、電磁事件的主要參數(shù)、事件日報表和月報表。8分鐘值為電場強度、磁場強度1分鐘內(nèi)的有效值E、H。有效值按式(1)和式(2)計算： (1) (2)電磁事件的判別方法應(yīng)按附錄C的準則。從事件開始到事件結(jié)束時間段(或設(shè)定的時間長度)內(nèi)，以最高采樣率采集的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)文件形式保存。7.3.3事件的主要參數(shù)a)起始時間，事件發(fā)生的起始時間，準確到1s;d)持續(xù)時間，事件起始至結(jié)束的時間。a)報表的格式見表4;b)日報表，當天發(fā)生的全部事件；序列起始時間持續(xù)時間sEEHH備注最大幅度優(yōu)勢最大幅度優(yōu)勢最大幅度優(yōu)勢最大幅度優(yōu)勢表4(續(xù))序列起始時間持續(xù)時間sEEH備注最大幅度優(yōu)勢最大幅度優(yōu)勢最大幅度優(yōu)勢最大幅度優(yōu)勢填報時間U;=(U?-UA?)+(EA?-EA?)………(A.4)圖A.3地電場測量等效電路圖A.2磁場測量原理磁場的測量以法拉第電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，通過一個感應(yīng)式磁傳感器將磁場信號轉(zhuǎn)換為電壓信號再進行測量。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，把一個測量線圈置于被測磁場中，當線圈相對磁場做機械運動或磁場本身發(fā)生變化時，耦合到該線圈中的磁通量φ發(fā)生變化，從而在檢測線圈中對于一個匝數(shù)為N的線圈，當穿過它的磁通量φ發(fā)生變化時，線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ε為：磁通量φ與磁場強度H關(guān)系為：φ=μ.HS由式(A.8)可見，只要穿過線圈的磁場強度H發(fā)生變化，就會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這樣，對周期性變化的磁場信號，其磁場強度H(t)=H?sinot,則線圈上的感應(yīng)電動勢為：磁場強度的幅度H?為：對一個測量線圈，匝數(shù)N、有效面積S和導磁率μ。是確定的，當被以通過測量線圈中感應(yīng)電動勢間接的測量磁場強度的變化。8=NSμewH?=MwH?式(A.11)表明ε與w成正比關(guān)系。因此，在測量之前必須準確知道傳感器的頻率特性(靈敏度曲線)。實際上ε是不能被直接測量的，儀器測量的是感應(yīng)線圈兩端的輸出電壓U,U不僅與w有關(guān)，還與線圈的分布參數(shù)、測量儀器的參數(shù)有關(guān)，其頻率特性可從感應(yīng)式磁傳感器的等效電路導出。圖A.4是感應(yīng)式磁傳感器的等效電路。圖A.4感應(yīng)式磁傳感器的等效電路由圖A.4可知，測量儀器測量到的磁傳感器輸出電壓U為：式中：——固有頻率；——固有品質(zhì)因數(shù)；有負載時磁傳感器的品質(zhì)因數(shù)。一般情況下，有R>>r,式(A.12)可寫為：從而得到感應(yīng)式磁傳感器的靈敏度(頻率特性曲線):電磁擾動觀測中要求各種干擾源避開布極區(qū)的最小距離見避開最小距離小型用電設(shè)備[#]地下金屬管線工業(yè)用抽水井(站)35KV以上高壓輸電線流動鐵器(如汽車、拖拉機等)(規(guī)范性附錄)電磁事件判斷準則采用長短時間窗比值法作為事件的判斷標準。長