DBT 35-2009 地震地电观测方法 电磁扰动观测

地震地电观测方法Themethodofearthquake-relatedgeoelectri2009-02-09发布2009-06-01实施中国地震局发布前言 I引言 Ⅱ 12术语和定义 3观测对象及要求 14台站观测 25组网观测 76观测环境 77观测数据 附录A(资料性附录)测量原理 附录B(规范性附录)避开干扰源距离 附录C(规范性附录)电磁事件判断准则 地震地电观测方法地电阻率观测第1部分：单极距观测(DB/T33.1—2009)地震地电观测方法地电阻率观测第2部分：多极距观测(DB/T33.2—2009)地震地电观测方法地电阻率观测第3部分：大地电磁重复测量(DB/T33.3—2009)地震地电观测方法地电场观测(DB/T34—2009)地震地电观测方法电磁扰动观测(DB/T35—200工Ⅱ地震电磁扰动观测即通常所说的电磁波观测。电磁扰动方法作为近年来捕捉地震短临异常的较好方法之一，受到国内外地震学家的广泛重视。目前该方法使用的观测仪器种类较多，观测对象不一致(分别有：电场、磁场和电磁场),观测频段不相同，观测装置不相同，观测仪器的性能和传感器不一致，传感器架设(或埋地)方式不同，观测环境和台址条件要求差异较大。这些因素给资料共享、数据本标准编制过程中，通过广泛调研、研讨，总结了近40年电磁扰动的观测经验和预报效果，并进行了理论分析和试验。在标准中明确指出地震电磁扰动观测的目的是希望获得与地震孕育和发生有关的电磁场变化，观测的对象是选定频率范围内的电场、磁场。根据我国的实际情况目前选择0.1Hz~10Hz频带范围作为电磁扰动观测的基本频段是适宜的，这并不排斥在地震预测研究中扩大观测频带。本标准规范了我国地震电磁扰动观测的台站观测系统、组网观测、观测环境、数据产出等技术环节，1本标准规定了地震电磁扰动观测方法的观测对象及要求、观测原理、台站观测、组网观测、观测本标准适用于地震监测预报和相关科学研究中的电下列术语和定义适用于本标准。在指定频段内的地表电场观测、磁场观测或同点(站)地表电场与磁场同步观测。在电磁扰动测量中，连接大地与测量导线、接收大地电信号的接地导体。以电场各测向电极连线的中点为圆心、相应电极极距长度五分之三为半径的各个圆区的外包络线在电磁扰动观测中，将被测点的电位传递到测量仪器及保证磁传感器能正确接收指定方向磁信号地表电场强度E和磁场强度H(或磁感应强度B)的水平分量，获得选定地点一定频率范围内地表电场、磁场的能量随时间的变化以及发生的电磁事件。3.2.1电场观测误差不应超过5%测量值±2mV/km;磁场观测误差不应超过5%测量值±0.1nT。3.2.3电场观测分辨力不应大于2mV/km;磁场观测分辨力不应大于0.01nT。3.2.4电场测量范围不应小于±20000mV/km;磁场测量范围不应小于±100nT。3.2.5时钟误差不应大于1s。3.2.6采样率不应低于50次每秒。23.2.7背景观测数据吐出率不应少于1次每分钟；事件观测数据吐出率不应少于50次每秒。选择天然电磁场能量最小、人为电磁干扰较小的频段进行地表电场和磁场的观测，用选择频段内电磁场能量随时间的变化表述观测的背景值，用特定的准则判定电磁事件的发生、记录事件的时间序电场观测是在地表选定方向，一定距离间埋设电极，测量电极点之间的电位差。在测区电场是均匀的条件下，电极间电位差与电极距离之比为选定方向的电场强度值。电场测量原理的详细表述见附磁场观测是在地表放置磁传感器，将磁场强度(磁感应强度)转换为电压量，测量传感器输出的电压值。在磁传感器传递函数为已知的条件下即可换算出磁场强度(磁感应强度)值。磁场测量原理详见附录A.2。4.2.1.1电极工作频率范围应包含0.01Hz~1000Hz。4.2.1.2电极噪声不应大于0.05mV。4.2.1.3极材料宜选用铅板，也可采用不锈钢电极、固体不极化电极。铅板尺寸宜不小于200mm×4.2.2.1宜布设两个分别平行和垂直地磁南北的正交测道，方位误差不应大于1°,布极方式可采用4.2.2.2极距宜为50m～100m,两个方向的极距相差宜小于较长极距的10%。4.2.3.3电极埋深不应小于1.5m,在寒冷地区应埋设在冻土层以下。4.2.3.5电极引线与通往观测室的测量线应可靠焊接并做好密封防水处理，测量线埋地引入观测室，图2为铅板电极埋设示意图。接头(焊接并密封)图2铅板电极埋设示意图4.2.4.1磁传感器宜沿地磁南北、地磁东西两个方向水平布设，方位误差不应大于1°。4.2.4.3磁传感器宜埋设在地下，埋设方法参见图4。磁传感器图3磁传感器布设示意图图4磁传感器埋设示意图34在同一场地同时进行电场和磁场观测时，电场观测的电极和磁传感器宜按图5方式布设。NA2N磁传感器1B2A2、B2磁传感器1磁传感器2磁传感器2A14.3.1.1最大允许误差不应超过±(2%读数±0.1%满度值)。4.3.1.2频率范围应包含0.1Hz～10Hz频段。4.3.1.5采样率不应少于50次每秒。4.3.1.6时间服务误差不应大于1s。4.3.1.7测量通道不应少于两个通道(两个电通道或两个磁通道)。4.3.1.9仪器应具有现场或远程修改工作参数、实时显示观测结果等功能。4.3.2.1灵敏度不应小于1mV/nT(0.1Hz～10Hz)。4.3.2.3噪声不应大于0.003nT/Hz¹²(0.1Hz～10Hz)。4.4.1.1人工电磁场的强度应能在观测现场的磁传感器周围形成nT量级的人工磁场，在测量电极之间形成mV量级的人工电位差。4.4.1.2人工电磁场的频率，在0.1Hz~10Hz频段内不宜少于五个频点。4.4.1.3人工电磁场的强度，在一年内的变化不应大于10%。系统由低频功率信号发生器、标准电阻、示波器、供电电极标准电阻、示波器的主要技术要求见表1。5设备名称频率范围：0.01Hz～100Hz输出功率：100Ω负载下，能提供大于0.10Ω,0.1级，1A频率范围：DC~2MHzB为供电极。图6(a)适用于十字形布极，图6(b)适用于L形布极。低频功率信号源提供不同频率的交A磁传感器2A1双数线(a)十字形布极(b)L形布极标准磁传感器2B4.4.3.2.1供电极极距宜大于30m.4.4.3.2.3AB的方向为NW45°,AB连线的中点应与两个磁传感器轴线的交点重合。4.4.3.3.2A供电极从低频功率信号源至B供电极之间的部分应与B供电极合成双绞线，从B供电极至A供电极之间的部分应为单线。4.4.3.3.3供电线采用埋设方式应符合4.2.3.5的规定。A供电极从B供电极至A供电极段应保持6按图7连接检查系统。R供电极A供电极Ba)调节低频功率信号源的输出，使示波器的显示为峰峰值2V,此时供电电流为200mA,记录仪b)将各通道输出信号的峰峰值记入表2;c)在仪器频带内均匀选取五个频点，变换低频功率信号源的频率，重复上述a),b)操作；d)每月按a)、b)、c)步骤检查一次并将检查结果与第一次检查结果进行比较，判断测量系统的E/mVkm-¹E,/mVkm-¹台站主要设备配置见表3。设备名称台1技术要求见4.3.1个27表3(续)电场观测装置电场测量电极个5套1室内配线套1台1技术要求见表1个1台1个2套1套15组网观测5.1组网原则在需要进行地震监测的区域或需要临时加密观测的地区应布设由几个观测站组成的台网进行观测。由定点连续观测站组成的台网纳入固定地震台网运行，由临时观测点(站)组成的台网纳入流动地震台网运行。每个台网不宜少于三个观测站，观测站间距不宜大于50km。5.3观测方式网内各观测站宜采用电场、磁场同时观测。采用单项(电场或磁场)观测的台网，网内各观测站的观测项目应一致。6观测环境6.1地质构造条件观测场地宜选在地震活动带内或在活动断裂带附近。6.2地形地貌条件布极区应地形开阔、地势平坦，地形高差不宜大于电极间距的5%。布极区内不应有沟壑、崖坎、河流等。6.3电性结构条件观测区30m深度以内表层的地电阻率不宜小于10Ω·m。6.4电磁环境条件布极区避开各种干扰源的距离应符合附录B的规定。定点观测站应具备电力、通信、交通等条件。7观测数据7.1数据产出台站观测应产出地表电场和(或)磁场的分钟值时间序列、电磁事件的时间序列、电磁事件的主要参数、事件日报表和月报表。8分钟值为电场强度、磁场强度1分钟内的有效值E、H。有效值按式(1)和式(2)计算： (1) (2)电磁事件的判别方法应按附录C的准则。从事件开始到事件结束时间段(或设定的时间长度)内，以最高采样率采集的数据，以数据文件形式保存。7.3.3事件的主要参数a)起始时间，事件发生的起始时间，准确到1s;d)持续时间，事件起始至结束的时间。a)报表的格式见表4;b)日报表，当天发生的全部事件；序列起始时间持续时间sEEHH备注最大幅度优势最大幅度优势最大幅度优势最大幅度优势表4(续)序列起始时间持续时间sEEH备注最大幅度优势最大幅度优势最大幅度优势最大幅度优势填报时间U;=(Uᴀ-UA₂)+(EA₁-EA₂)………(A.4)图A.3地电场测量等效电路图A.2磁场测量原理磁场的测量以法拉第电磁感应原理为基础，通过一个感应式磁传感器将磁场信号转换为电压信号再进行测量。根据电磁感应定律，把一个测量线圈置于被测磁场中，当线圈相对磁场做机械运动或磁场本身发生变化时，耦合到该线圈中的磁通量φ发生变化，从而在检测线圈中对于一个匝数为N的线圈，当穿过它的磁通量φ发生变化时，线圈上产生的感应电动势ε为：磁通量φ与磁场强度H关系为：φ=μ.HS由式(A.8)可见，只要穿过线圈的磁场强度H发生变化，就会在线圈中产生感应电动势。这样，对周期性变化的磁场信号，其磁场强度H(t)=H₀sinot,则线圈上的感应电动势为：磁场强度的幅度H₀为：对一个测量线圈，匝数N、有效面积S和导磁率μ。是确定的，当被以通过测量线圈中感应电动势间接的测量磁场强度的变化。8=NSμewH₀=MwH₀式(A.11)表明ε与w成正比关系。因此，在测量之前必须准确知道传感器的频率特性(灵敏度曲线)。实际上ε是不能被直接测量的，仪器测量的是感应线圈两端的输出电压U,U不仅与w有关，还与线圈的分布参数、测量仪器的参数有关，其频率特性可从感应式磁传感器的等效电路导出。图A.4是感应式磁传感器的等效电路。图A.4感应式磁传感器的等效电路由图A.4可知，测量仪器测量到的磁传感器输出电压U为：式中：——固有频率；——固有品质因数；有负载时磁传感器的品质因数。一般情况下，有R>>r,式(A.12)可写为：从而得到感应式磁传感器的灵敏度(频率特性曲线):电磁扰动观测中要求各种干扰源避开布极区的最小距离见避开最小距离小型用电设备[#]地下金属管线工业用抽水井(站)35KV以上高压输电线流动铁器(如汽车、拖拉机等)(规范性附录)电磁事件判断准则采用长短时间窗比值法作为事件的判断标准。长