《中国大百科全书（第2版）》读书笔记8626-地电场

地电场 geoelectric field

地球内部天然存在的变化电场和稳定电场。各种天然的全球性或区域性变化的电场称为大地电场，而天然的局部性稳定电场称为自然电场。

1.大地电场

主要是大气层中的各种电流体系在地球内部所产生的感应电场。大地电场与地球变化磁场密切相关，两者的场源都是来自地球外部的各种电流体系，因而具有相同类型的变化。这种变化的电场和磁场统称为大地电磁场。大地电场的变化可分为地电场平静变化和干扰变化两大类。

①地电场平静变化。是连续出现的，具有确定的周期性。平静变化有多种周期性，其中变化周期为11年的，与太阳黑子出现的周期相同；有年变化周期，与太阳公转周期相同，并与季节变化有关，夏季场强幅度大，冬季场强幅度小；有月变化周期，与月球绕地球的周期相同；有静日地电日变化，与地球自转周期相同。以上最重要的是静日地电日变化。

②地电场干扰变化。是偶然发生的，具有高频地电变化，周期为0.0001 1秒；有地电脉动，周期为0.2 1000秒；有地电湾扰，无周期，持续时间为1 3小时；有扰日地电日变化，周期为1天；有地电暴，变化持续的时间为1 3天。

另外，大地电场不仅幅度随时间变化，方向也是不断改变的，称地电场的极化。在某段时间内，如果将南北和东西两个方向测得的电场之合的矢量端点连成一条曲线，当该曲线近似成一条直线时，则称为线性极化；不规则时称为非线性极化。

1.1.地电日变化

静日地电日变化和扰日地电日变化具有相同的周期，二者叠加在一起构成的地电变化称为地电日变化。其场源是分布在电离层中的电流系，其中静日地电日变化的电流系主要分布在中、低纬度区的上空，高度为100干米。地电日变化形态和幅度主要随着纬度的改变而变化。

利用世界各个地电台站上的同一时刻的大地电流观测值，可以绘出大地电场或大地电流在地面上的分布。图3是1936年O.H.吉什和W.J.鲁尼在利用长期观测资料的基础上绘制的第一幅世界时18时的全球大地电流分布图。

由于全球地电台站的数目太少且分布不均匀，南半球主要是海洋，所以此图只能给出大地电流分布的一个概貌。由图3可见，南半球和北半球各有8个涡旋电流（南半球只画出4个），地球赤道是这些涡旋电流的近似对称面。赤道两侧的8个涡旋电流与静日地电变化相对应，白天电流强，夜间电流弱。高纬度处的涡旋电流与扰日地电日变化相对应。地电日变化的整个过程有两次起伏，变化的平均幅度约为10毫伏/千米。

1.2.高频地电变化

场源是在大气对流层中产生的雷电，主要产于赤道上空8千米附近，频率为1 10000赫。因其变化幅度比较小，故又称地电微变化。

1.3.地电脉动

太阳辐射的带电粒子一方面绕着地磁场的磁力线运动，另一方面还沿着磁力线的方向在两极之间往返振荡，带电粒子的这种运动所产生的电磁效应是电磁脉动的场源。

地电脉动和地磁脉动具有相同的周期和成因，其周期为0.2 1000秒。根据脉动形态又分为规则脉动Pc型和不规则脉动Pi型。Pc型脉动的幅度较稳定，形态较规则，其持续时间从几分钟到8小时不等。Pi型脉动幅度不稳定，形态不规则，持续时间一般为10分钟左右。电磁脉动主要是高纬度地区的电磁现象，夜间出现较多，季节变化复杂。在地电学研究中，电磁脉动占有重要地位。

1.4.地电湾扰

由太阳辐射产生的高速太阳风（带电粒子流），在电磁场作用下，在高度约为300千米的极区电离层形成电流系，并在距离地心约5 7个地球半径的远处形成一个赤道电流环，它们分别是地电湾抗扰和地电暴的场源。

地电湾扰是具有形态规则而无周期的电磁扰动，形如湾扰，故得名。一般在高纬度地区湾扰幅度较大。

1.5.地电暴

与地磁暴几乎在全球同时发生，在地磁赤道处变化幅度最大、持续时间可长达1 3天。随着纬度升高变化幅度逐渐减小。与太阳活动有关，在电磁暴过程中往往叠加着电湾扰和电磁脉动，因此电磁暴的形态十分复杂。

2.自然电场

天然的局部性稳定电场，是在地壳中由物理化学作用产生的。常见的主要有氧化还原电场、过滤电场和扩散电场三种自然电场。

2.1.氧化还原电场

埋藏于地下的硫化金属矿体和石墨等电子导体，由于受到地下水的氧化还原作用（通常电子导体上部处于氧化环境，下部处于还原环境）而形成的电场。一般在矿体上方可观测到负的电位异常。

2.2.过滤电场

地下水经过多孔岩石向下渗透时，由于岩石颗粒对溶液中的正、负离子有选择性的吸附作用（通常在水流上游有过多负离子，下游有过多正离子）而形成的电场，又称渗流电场。一般上游为负电位，下游为正电位。

2.3.扩散电场

当岩石的固体矿物颗粒与其周围孔隙水溶液接触时，在固、液两相接触面上便会形成双电层（固定层和扩散层），如果溶液中的正离子扩散速度大于负离子，则离子浓度大的岩石带负电，而离子浓度小的带正电，于是形成扩散电场。

推荐书目

孙正江，王华俊．地电概论，北京：地震出版社，1984.

摘自：《中国大百科全书（第2版）》第5册，中国大百科全书出版社，2009年