源自多个大电流源的华东地区地电场空间变化特征
马钦忠1, 钱家栋2, 李伟1, 赵文舟1，方国庆1
【摘 要】摘要 在地震电磁学研究中，电流在地下流动特征与构造关系是一个非常重要的问题.多个强电流源的存在和大范围地电场观测站的分布格局为我们研究这个问题提供了更好的机会.本文通过利用上海及其周边地区4个地点不同的高压换流站接地极向地下注入的大电流(1200～4780A)信号，研究了华东地区8个台站组成的地电场观测台网接收到的附加地电场信号，推进了对地电流在地下传播特征的认识.研究显示：①从幅度特征而言，对于源自不同的大电流信号，各台站观测到的附加地电场信号幅度特征有很大不同，而近处的浦东台只能观测到南桥大电流源的信号而观测不到其他3个大电流源发出的信号，存在着所谓的“敏感点”效应；②对于上海地区4个接地极大电流而言，能够观测到源自它们的附加地电场的台站最远为350 km，在更远的台站则观测不到.③从均匀度方面而言，在每个台站对于不同的信号源，记录到的附加地电场信号在各方向上的长极距和短极距信号幅度之比可以有很大变化；④在方位特征上，只有崇明台站接收到的同里接地极和华新接地极大电流信号的计算方位度数与实际方位度数误差最小，分别为0.2°和0.8°.而在距离各个信号源最近的青浦台，这种误差要比崇明台站的大；⑤极化方向特征显示，在青浦台和崇明台所观测到的附加地电场信号中，存在着同一方向上长、短极距信号极化方向是反向的现象，这与常理相悖，怎样解释该现象有待于今后进一步研究.本文从点电流源与台站测线布局构成的装置系统、大区域介质非均匀性、台站测区以及附近地区的介质细结构的影响三个方面，对上述特征进行了较深入的分析和解释.
【期刊名称】地球物理学报 【年(卷),期】2016(059)007 【总页数】17
【关键词】关键词 大电流； 多源； 地电场信号； 地震电信号
1 引言
在地震电磁学研究中，大量的研究表明地震前确实存在着震前异常变化的地电场信号(赵玉林和钱复业，1981；Uyeda S et al., 2000; Varotsos and Alexopoulos,1984a,b；Huang,2011a，b；马钦忠，2008;马钦忠等，2009；2013)，而基于地震电信号的方法为地震短临预报提供了较好的手段，以20世纪80年代初希腊雅典大学三位物理学家Varotsos和Alexopoulos、Nomicos命名的“VAN”法就是其中典型的代表(Uyeda et al.，2009；Varotsos and Alexopoulos, 1984a,b；Varotsos et al., 2011a, b).日本科学家小组通过检验后认为希腊“VAN”小组通过这个方法几乎成功预报了希腊发生的所有M≥5.5地震，他们认为该方法是唯一一个在近30年间不断产生实际成果的短期地震预报方式，无论在实证方面还是在理论方面都是世界上最为确定的方法(Uyeda et al.,2009；Hayakawa and Hobara, 2010；上田诚也，2011)．然而由于地震孕育过程和地球介质的复杂性，清晰地认识和理解地震电信号的产生机制、远距离传播、选择性等问题依然具有相当大的挑战性.对于地震电信号在地下传播特征,即电信号通道问题的研究大都是在室内实验室条件或数值模拟条件下完成的(Park et al.,1996; 黄清华和林玉峰,2010; Sarlis et al.,1999; Huang and Ikeya,1998, 1999；马钦忠和钱家栋,2003; 马钦忠,2007).目前,国际地震与火山电磁研究组(EMSEV)计划在比什凯克进行合作研
究,目的之一就是利用人工大电流源来进行对希腊”VAN”方法中的地震电信号(SES)的独立检验.为了更加接近真实的客观条件，我们在前期的工作中利用一个大电流信号源和大范围的地电场观测网的条件进行了更加贴近实际的野外大区域的观测研究，结果说明地电流在不同距离和方向所呈现出不同特征(马钦忠等，2014).然而当信号源的位置发生变化时在原有的观测网中所观测到的地电场变化特征也一定会随之而变，其主要原因还是地下介质电性结构的复杂性使然.为了更进一步深入研究地电流在地下的传播特征和选择性特征，采用多个大电流信号源和区域地电场观测网的格局进行野外大区域的观测研究是很有必要的，而目前上海及其附近地区具有四个不同位置的特高压输电换流站的接地极可向地下注入大电流信号，该格局为全国首屈一指，这为我们实现上述目的提供了很好的条件.
对于地震电信号的判断来说，由于信号源的不确定性，利用其来确定信号源的位置则存在着多解性，因此怎样判断地震电信号源的位置则是很难解决的问题，这是目前地震短临预报中所遇到的最为突出的困难问题.但对于一个确定的信号源来说，即已知信号源发射的时间段、信号幅度、信号脉冲特征及频率特征等，则在观测点所测得的该信号具有唯一性或确定性，这对我们研究电信号在地下的传播和在地表观测点的接收情况具有非常明确的指标.通过研究这种具有唯一性或确定性的信号源的发射和接收特征，则对深入研究和认识基于地震电信号来定位的多解性，并用其来评估未来发震震中位置和震级，则在地震短临预报中具有非常重要的意义.
目前我国已建成了由约115个台站组成的数字化地电场观测网，且都是在东西、南北、北东(北西)方向上布设了长短不一的观测电极距，为更好地排除噪声打
源自多个大电流源的华东地区地电场空间变化特征
