龍巖地震臺 GM4型磁通門磁力儀典型干擾分析

楊佩琴,劉其壽,王紹然,黃鶴凌,鄭永通

(1.福建省龍巖地震臺,龍巖 364000;2.福建省邵武地震臺,邵武 354000)

龍巖地震臺 GM4型磁通門磁力儀典型干擾分析

楊佩琴1,劉其壽1,王紹然1,黃鶴凌2,鄭永通1

(1.福建省龍巖地震臺,龍巖 364000;2.福建省邵武地震臺,邵武 354000)

GM4型磁通門磁力儀是“十五”項(xiàng)目中地磁學(xué)科主要儀器。龍巖臺 GM4型磁通門磁力儀主要受到來自鐵磁性物質(zhì)和電磁類型的干擾。由已知干擾類型,對記錄曲線典型畸變形態(tài)進(jìn)行對比、分析、總結(jié),可以更好分辨干擾,進(jìn)行恰當(dāng)、合理、準(zhǔn)確地預(yù)處理,保證數(shù)據(jù)的連續(xù)、可靠、精確。

GM4;鐵磁性物質(zhì);電磁類型;干擾

0 引言

GM4型磁通門磁力儀是國家“十五”項(xiàng)目中地磁學(xué)科科技攻關(guān)成果,用于測量地磁場水平、垂直和偏角3個方向的相對變化,靈敏度高、頻帶寬、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,秒采樣,目前已經(jīng)成為地磁相對記錄的典型設(shè)備[4]。

GM4型磁力儀的探頭采用環(huán)形磁通門傳感器。由探頭的工作特性所決定,GM4型磁力儀容易受到鐵磁性物質(zhì)及電磁的干擾。儀器附近出現(xiàn)鐵磁性干擾或者電磁干擾,都可能導(dǎo)致記錄曲線的畸變[1]。由于干擾源的不同,記錄曲線因干擾所產(chǎn)生的畸變形態(tài)也不盡相同。

福建龍巖地震臺安裝有 GM4型磁通門磁力儀,儀器性能良好,工作正常。由于觀測環(huán)境的問題,在日常觀測工作中,經(jīng)常需要處理 GM4儀記錄曲線因干擾產(chǎn)生的畸變,有車輛干擾、電磁干擾等。需準(zhǔn)確區(qū)別記錄曲線畸變原因,進(jìn)行恰當(dāng)、合理、準(zhǔn)確地預(yù)處理,保證觀測資料的質(zhì)量。

1 資料的選取

2010年5月24日至5月26日,福建龍巖地震臺有大型工程機(jī)械進(jìn)出儀器室附近,也有鉆井工程作業(yè),匯聚了大型機(jī)械行進(jìn)產(chǎn)生的鐵磁性干擾和鉆井工程施工過程產(chǎn)生的電磁型干擾。龍巖臺儀器室分布、鉆井平臺位置及大型機(jī)械行進(jìn)路線如圖1所示。

圖1 儀器室、鉆井平臺分布圖

查閱國家地磁臺網(wǎng)評議曲線,泉州臺 GM4儀在這段時間沒有處理記錄,即原始記錄曲線與預(yù)處理曲線形態(tài)是一致的。選取福建龍巖地震臺與泉州地磁臺的 GM4型磁力儀原始分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。文中資料時間均為世界時。

根據(jù)鉆井工程施工隊(duì)提供的鉆井機(jī)械啟動和關(guān)閉的大概時間表,以及龍巖臺 FHD-2B型質(zhì)子磁力儀、GM4型磁力儀記錄曲線與邵武臺FHD-2B儀器已處理記錄曲線的對比,歸結(jié)了鉆井機(jī)械作業(yè)過程對地磁記錄儀器產(chǎn)生的電磁干擾在記錄曲線上的表現(xiàn)形態(tài),整理出比較確定的、對龍巖臺地磁儀器造成明顯干擾的鉆井機(jī)械作業(yè)時段(表1)。

表1 鉆井機(jī)械干擾時間段表

2 大型施工機(jī)械行進(jìn)對 GM4型磁力儀的干擾

龍巖臺和泉州臺 GM4型磁通門磁力儀2010年5月24日、25日三分量分?jǐn)?shù)據(jù)原始記錄曲線如圖2a、圖2b。對比可以看出,龍巖臺 GM4三分量記錄曲線日變形態(tài)基本清晰,記錄曲線的日變形態(tài)沒有被破壞。

根據(jù) GM4型磁力儀觀測日志記錄,在5月24日5時30分至10時20分及5月24日23時40分至5月25日4時30分,在儀器室附近有大型工程機(jī)械進(jìn)出,路線如圖1。路線1及路線2與儀器室的最小水平距離均大于30m,最大垂直距離小于10m。

圖2 GM4儀三分量分?jǐn)?shù)據(jù)原始記錄曲線圖

為便于研究大型施工機(jī)械對 GM4儀的影響程度,將受干擾時段的曲線放大,見圖3a、圖3b。龍巖臺 GM4儀三分量中偏角和水平分量受大型施工機(jī)械影響比較明顯,從記錄曲線中可以清晰地辨別干擾起始和結(jié)束的形態(tài),干擾形態(tài)的起始—高峰—結(jié)束差值平均約1nT。垂直分量受大型施工機(jī)械影響不如偏角和水平分量明顯,干擾形態(tài)的起始—高峰—結(jié)束差值平均約0.5nT。這與施工機(jī)械行進(jìn)的路線和GM4儀的相對位置有關(guān)。

將泉州臺 GM4儀原始分?jǐn)?shù)據(jù)三分量曲線(見圖3a點(diǎn)線)與之相比較。泉州地磁臺監(jiān)測環(huán)境比較好,干擾少,其記錄曲線能夠反映正常的地磁變化。2臺 GM4儀原始分?jǐn)?shù)據(jù)三分量曲線相比較,龍巖臺大型施工機(jī)械施工對 GM4儀造成的干擾是一個等量加載、卸載的短時間過程,因此記錄曲線反映為畸變—恢復(fù)的過程。

3 圍墻外車輛對 GM4型磁力儀的干擾

龍巖臺放置GM4儀的儀器室距離圍墻最小距離不到10m。圍墻外為民房,時常有車輛停放,對儀器造成干擾。受干擾記錄曲線在秒數(shù)據(jù)曲線中表現(xiàn)為臺階形態(tài)或者尖峰形態(tài),在分?jǐn)?shù)據(jù)曲線中比較多的表現(xiàn)為明顯的臺階(圖4)。在5月24日14時24分和17時53分垂直分量記錄曲線有明顯的臺階,這就是典型的圍墻外車輛干擾造成的。在水平分量和偏角的記錄曲線上干擾形態(tài)不明顯。

圖3 龍巖臺 GM4三分量受干擾圖

圖4 龍巖臺 GM4三分量受圍墻外車輛干擾圖

在日常數(shù)據(jù)處理過程中發(fā)現(xiàn),圍墻外車輛所造成的干擾,在 GM4儀三分量記錄曲線上表現(xiàn)形態(tài)不一樣。有些干擾在三分量記錄曲線上同時以臺階形態(tài)出現(xiàn)。有些干擾在垂直分量和水平分量記錄曲線上以臺階形態(tài)出現(xiàn),在偏角記錄曲線則以尖峰形態(tài)出現(xiàn)。也有的干擾僅在某一分量有明顯臺階,在其他分量并無明顯反映。這與圍墻外車輛停放的具體位置有關(guān)。因此在數(shù)據(jù)預(yù)處理時,不能拘泥于某種形式。要對秒數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析再進(jìn)行處理。

4 鉆井機(jī)械作業(yè)對 GM4型磁力儀的干擾

針對鉆井機(jī)械作業(yè)時段,對龍巖臺 GM4儀三分量原始分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線進(jìn)行分析。對應(yīng)鉆井機(jī)械作業(yè)時間,在 GM4儀垂直分量和水平分量原始分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線中能找到比較明確的對應(yīng)干擾形態(tài);偏角分量原始分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線干擾形態(tài)不明顯(圖5)。圖 5中,水平分量原始分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線在00:40—01:24、06:19—07:06、10:07—10:39有明顯的畸變,表現(xiàn)為緩慢上升和緩慢下降。垂直分量原始分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線在00:40—01:24、06:19—07:06同樣有明顯畸變,表現(xiàn)為緩慢下降和緩慢上升,在10:07—10:39可能疊加有其他磁場變化,畸變不明顯。偏角分量記錄曲線無明顯畸變。

圖5 龍巖臺 GM4儀三分量受鉆井機(jī)械作業(yè)干擾圖

再對照鉆井機(jī)械的其他作業(yè)時間,龍巖臺 GM4儀三分量原始分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線也有相同的畸變形態(tài)。這說明鉆井機(jī)械作業(yè)對 GM4儀會造成干擾,干擾形態(tài)表現(xiàn)為緩升、緩降,屬于鉆井機(jī)械作業(yè)過程中產(chǎn)生的電磁類型的干擾。

5 結(jié)論

(1)GM4型磁通門磁力儀易受車輛干擾。分?jǐn)?shù)據(jù)記錄曲線畸變形態(tài)主要表現(xiàn)為臺階。對三分量記錄曲線造成的干擾形態(tài)不盡相同,在做分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)處理的時候,必須對秒數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析,再進(jìn)行處理。

(2)車輛與 GM4型磁通門磁力儀相對位置的不同,三分量記錄曲線畸變形態(tài)也不盡相同。

(3)GM4型磁通門磁力儀受鉆井機(jī)械作業(yè)時產(chǎn)生的電磁干擾影響,記錄曲線畸變形態(tài)多表現(xiàn)為緩慢上升和緩慢下降。電磁干擾對水平分量和垂直分量影響明顯,對偏角分量影響不明顯。

(4)GM4型磁通門磁力儀的觀測環(huán)境保護(hù)很重要。儀器室距離圍墻應(yīng)該大于30m。在儀器室周圍30m范圍內(nèi),應(yīng)該避免鐵磁性器物的使用。

[1] 吳瓊,藤云田,王喜珍,等.“十五”地磁相對記錄儀器干擾分析與安裝方案改進(jìn)[J].地震地磁觀測與研究,2008,29(4):53-56.

[2] 陳建,劉江斌,張秀霞,等.地磁擾動時間的描述及處理[J].地震地磁觀測與研究,2008,29(6):45-49.

[3] 王曉美,藤云田,王喜珍,等.GM4型磁通門磁力儀性能檢驗(yàn)方法[J].地震地磁觀測與研究,2008,29(6):87-94.

[4] 熊仲華.地震觀測技術(shù)[M].北京:地震出版社,2006:271-281.

The Typical Interference of GM4Fluxgate Magnetometer in Longyan Seismic Station

YANG Pei-qin1,LIU Qi-shou1,WAN G Shao-ran1,HUANG He-ling2,ZHENG Yong-tong1
(1.Longyan Seismic Station of FuJian Province,Longyan 364000,China;
2.Shaowu Seismic Station of FuJian Province,Shaowu 354000,China)

GM4fluxgate magnetometer is the main equipment of geomagnetism in the“Tenth-five year project”,the interferences to which are mostly of iron magnetic material and electromagnetic types.According to the given interference types,distortion of observation data is contrasted,analyzed and summarized so as to distinguish and preprocess interferences appropriately,keep the observation as consistent,reliable and accurate as possible.

GM4;iron magnetic material;electromagnetic types;interference

P315.62

A

1003-1375(2010)04-0060-04

2010-07-21

作者簡介:楊佩琴(1973-),女(漢族),福建龍巖人,福建龍巖地震臺工程師,從事地震監(jiān)測工作.E-mail:lotus2866@163.com