地电场双电极测量方法研究-论文.pdf

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1、地震地磁观测与研究第35卷第3／4期SEISM0LOGICALANDGE0MAGNETICVo1．35No．3／42014年8月0BSERVAT10NANDRESEARCHAug．2014doi：10．3969／j．issn．1003-3246．2014．03／04．020地电场双电极测量方法研究郅红魁陈力刚童政成娜D仝文柱万永红1)中国河南471023洛阳地震台2)中国郑州450016河南省地震局摘要目前，地电场台站均采用单电极测量方法，当电极出现不稳定或故障时，无法快速准确判断电极问题，更不能及时更换电极，从而影响地电场观测质量，可信度降低。洛阳地震台采用固体不极化和铅两种

2、电极观测，可有效解决上述问题，保证地电场观测资料的连续、可靠及真实性。关键词地电场；固体不极化电极；铅电极0前言全国地电场台站使用的电极分为不极化电极和铅电极，绝大多数台站使用固体不极化电极，少数台站使用铅电极。目前地电场台站均为单电极观测，如果某个电极出现问题就予以更换。但是电极出现问题时引起的数据异常具有复杂多样，和其他干扰引起的变化有些相似，如何快速准确判断数据异常是否由电极引起，难度较大。如果测区内或附近有施工、生活用电、地下金属管线、电场外线等线路破损等，出现漏电就会引起数据异常，此异常和电极故障引起的数据异常有很多相似之处，目前还没有很好的方法或仪器能检测出电极故障

3、，所以没有丰富的工作经验和理论基础很难进行判断，而且不能百分百确定故障来源。即便确定由电极故障引起，由于需要通过台站到省地震局相关部门领导审批才能购买，中间环节较长，无法及时更换电极，造成该段时间内地电场数据可靠性降低或不可用。采用双电极观测方法，即以不极化电极为主测量电极，以铅电极为检查或备用测量电极。当地电场数据出现异常时，如果无法判断是否由不极化电极发生故障引起，可采用铅电极暂时替换，只需1个小时，即可判断出主电极是否故障。如果是电极故障，可向省地震局申请批准购买，以最短时间更换新电极。即使无法及时购买，也可依靠铅电极来保证观测数据的连续、可靠及真实性，提高工作效率。1电

4、极工作原理及特性通过对固体不极化电极、铅电极的测量工作原理和化学成分的分析研究，了解两种电极的物理特性，找出各自的优缺点以进行互补，从而使地电场观测资料质量及故障排查效率大幅提高。1．1固体不极化该电极和土壤之间电信号的传递通过两步实现，即离子一离子传导体、离子一电子传导，作者简介：郅红魁(1974一)，男，河南省洛阳人，工程师，从事地震前兆分析、处理、地震监测预报等研究工作本文收到日期：2O13—11-20第3／4期郅红魁等：地电场双电极测量方法研究125土壤和金属导线之间的接触通过电位稳定的“过渡带”(电解质)来完成(中国地震局监测预报司，2009)。所谓不极化电极，从理论

5、上讲，如果两个物质成分一致的电极，处于性质相同的介质或溶液中，那么其极化电位应该相等，二者之间的极化电位差等于零。全国大部分地电场台站使用由中国地震局兰州地震研究所陆阳泉研究员研制的LGB固体不极化电极，见图1(a)，已获国家专利。在室温条件下59／6的NaCl溶液中，一对电极极化电位差不大于±1mV。其性能特点是，极差电位小，稳定性能好、噪声低、频带宽、体积小，易于携带和保存。引线绝缘帽密封脂金属丝隔离环+●++’-‘++4-4-PVC管++●+十+’十t电解质⋯⋯+'固体不极化电极++Ol+十叶I⋯⋯铅电极++口⋯一固体不极化电极++斗活性塞蛰⋯⋯稳定剂-⋯一铅电极图1地电

6、场固体不极化电极内部结构、双电极埋设及分布(a)固体不极化电极内部结构；(b)双电极埋设；(c)双电极布极分布Fig．1Innerstructure，undergroundlayoutdiagramsofsolidnon—polarizableelectrodeingeoelectricfield1．2铅电极铅电极工作原理是，将铅电极埋放指定位置深度，直接与土壤接触，电极将所处介质的电位差传送给金属线路，再由金属线路输入到测量仪器记录下来。把电离子导体的电位传递给金属电子导体，电解质与金属之间的这种接触便会产生极化电位差；如果极化电位差不稳定，其变化就会和信号叠加在一起，构成各

7、种测量电极的“噪声”。其性能特点，具有极化电位小、稳定性能较好、短期噪声低、使用寿命长、易于保存和使用方便等特点(任佳等，2004)。另外，铅熔点低、价格低、易购买、易加工。测量地电阻率主要采用铅电极，昌黎地电台利用铅电极进行电场观测，能较好记录到潮汐响应，属全国首例(成娜等，2011)。通过对两种电极的使用和分析，发现固体不极化电极既适用于野外流动测量，又能埋入地下长期观测，还可用于深井、钻孔、海洋、水上等电法勘探。而铅电极是传统电极，稳定性较高，价格相对便宜。2双电极观测方法双电极观测有