山西地磁臺陣觀測數(shù)據(jù)評價

張亮娥，陳?？。瑒⑺卣?，賈海英，田文清，曹文強(qiáng)

(1.山西省地震局太原基準(zhǔn)臺，山西 太原 030025；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.山西省地震局代縣中心地震臺，山西 代縣 034200；4.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

山西地磁臺陣觀測數(shù)據(jù)評價

張亮娥1，4，陳常俊1，4，劉素珍2，4，賈海英3，4，田文清3，4，曹文強(qiáng)1，4

(1.山西省地震局太原基準(zhǔn)臺，山西 太原 030025；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.山西省地震局代縣中心地震臺，山西 代縣 034200；4.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

山西省地震局于2014年9月至10月在山西北部恒山斷裂帶兩側(cè)布設(shè)5套GM4磁通門磁力儀，形成小口徑地磁臺陣，獲取地磁三分量的觀測資料。文章針對儀器運(yùn)行以來的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析評價，并對儀器運(yùn)行管理提出相關(guān)建議。

地磁臺陣；觀測數(shù)據(jù)；質(zhì)量評價

0 引言

地磁場是地球最基本的物理場之一，研究學(xué)者在一百多年前就已經(jīng)關(guān)注地震前存在的地磁異常變化，并在這方面做了大量的研究工作。1966年以來，我國逐步建立地磁觀測臺站與地磁觀測點(diǎn)，地磁觀測系統(tǒng)逐漸完善。

中國地震局“十五”地磁臺站數(shù)字化建設(shè)以來，數(shù)字化臺站已達(dá)50多個，分別在天祝、西昌、重慶建立了臺陣，運(yùn)轉(zhuǎn)磁通門磁力儀約200套。2014年，在山西北部恒山斷裂兩側(cè)布設(shè)5套GM4磁通門磁力儀，形成小口徑地磁臺陣。

1 數(shù)據(jù)來源

2008年汶川8.0級地震發(fā)生后，山西北部至?xí)x冀蒙交界地區(qū)被列為重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域。為此，山西省地震局于2014年9月至10月在山西北部恒山斷裂帶兩側(cè)布設(shè)5套GM4磁通門磁力儀，采樣間隔為1 s，觀測周期從2 s到數(shù)十分，儀器的峰-峰值噪聲小于0.1 nT，以獲取地磁三分量的觀測資料。各測點(diǎn)具體位置如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)評價

2.1 數(shù)據(jù)分析

表征完整性與有效性的指標(biāo)有兩個，一個為數(shù)據(jù)連續(xù)率，指實(shí)際產(chǎn)出數(shù)據(jù)與應(yīng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的比值；另一個為數(shù)據(jù)完整率，指有效數(shù)據(jù)與應(yīng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的比值。前者反映儀器觀測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，后者是整個觀測系統(tǒng)與觀測環(huán)境的綜合體現(xiàn)。選取2015年10月至2016年6月山西北部恒山斷裂帶兩側(cè)各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(見第23頁表1、表2)。

圖1 山西地磁臺陣子臺分布圖Fig.1 The distribution of sub-station in Shanxi geomagnetic array

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，臺陣觀測系統(tǒng)工作穩(wěn)定，觀測環(huán)境良好，主要存在如下問題。

(1) 儀器死機(jī)。所有測點(diǎn)均存在偶然的儀器死機(jī)復(fù)位現(xiàn)象，復(fù)位時間為1～2分鐘，一般測點(diǎn)儀器復(fù)位后數(shù)據(jù)都能及時恢復(fù)，但部分測點(diǎn)(山陰)存在復(fù)位后，數(shù)據(jù)漂移且不能及時恢復(fù)，產(chǎn)出錯誤數(shù)據(jù)；(2) 停電缺數(shù)。臺陣測點(diǎn)儀器采用地埋式安裝，測點(diǎn)位于山區(qū)，雖配有UPS，但長時間停電會造成缺數(shù)；(3) 代縣測點(diǎn)儀器GPS不對時現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，儀器復(fù)位雖可解決，但會造成缺數(shù)；(4) 臺陣位于山西北部，屬雷電頻發(fā)區(qū)域，數(shù)采、傳感器雖在數(shù)次雷電中未損壞，但UPS及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受雷擊影響導(dǎo)致缺數(shù)及數(shù)據(jù)不能被及時收取。

表1 山西地磁臺陣秒數(shù)據(jù)連續(xù)率統(tǒng)計(jì)表

表2 山西地磁臺陣秒數(shù)據(jù)完整率統(tǒng)計(jì)表

2.2 背景噪聲

背景噪聲是觀測環(huán)境與儀器本身噪聲的綜合體現(xiàn)，若把儀器噪聲作為一個恒定值，若背景噪聲越小，則環(huán)境越好。地磁臺址堪選要求背景噪聲≤0.1 nT[1]。

第24頁表3為地磁臺陣各測點(diǎn)2015年10月至2016年6月記錄數(shù)據(jù)背景噪聲的計(jì)算結(jié)果，第24頁表4為臺陣測點(diǎn)選址時的背景噪聲計(jì)算結(jié)果，臺陣各測點(diǎn)平均噪聲均符合規(guī)范要求。由表3可知，代縣測點(diǎn)背景噪聲最小，繁峙測點(diǎn)的H、Z分量背景噪聲略大于臺網(wǎng)平均噪聲，但其在選址測試時背景噪聲為最小，所以，噪聲的差異可能與儀器自身有關(guān)。

2.3 觀測溫度

傳感器采用地埋式安裝，2015年7月1日至2016年6月30日，各測點(diǎn)傳感器溫度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如第24頁表5所示。同時段環(huán)境溫度，以代縣臺為例，最高溫度為27.1 ℃，最低溫度為-18.3 ℃，年溫差為45.4 ℃。各測點(diǎn)傳感器溫度小于環(huán)境溫度的一半。地磁觀測規(guī)范中未對野外地埋式觀測方式的日溫差和年溫差作單獨(dú)要求，但對定點(diǎn)臺站觀測的相對記錄室溫度要求為日溫差≤0.3 ℃，年溫差≤10 ℃。

表3 山西地磁臺陣秒數(shù)據(jù)背景噪聲統(tǒng)計(jì)表

表4 山西地磁臺陣觀測環(huán)境測試結(jié)果

表5 山西地磁臺陣各測點(diǎn)傳感器溫度

2.4 日變化

在小范圍內(nèi)(<200 km)，認(rèn)為地磁場日變化一致。通過原始曲線對比、日變化相關(guān)等方法分析日變化的一致性。以垂直分量為例，第25頁圖2為各子臺分鐘值日變化曲線圖，直觀上看，無論是靜日還是擾日，各子臺日變化幅度與相位均一致。以大同臺為參考，做相關(guān)分析(見第25頁圖3)。2015年10月至2016年6月，日變化平均相關(guān)系數(shù)在0.98以上，因冬季日變化較小，造成相關(guān)系數(shù)較低，3至6月的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99。

3 結(jié)論及建議

山西地磁臺陣安裝運(yùn)行以來，觀測儀器運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，觀測環(huán)境良好，數(shù)據(jù)平均完整率達(dá)99.5%以上。2015年7月至2016年6月，5個子臺60個月數(shù)據(jù)完整率達(dá)100%的占36個月，數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。

圖2 山西地磁臺陣子臺垂直分量日變化曲線圖Fig.2 The daily variation of sub-station in Shanxi geomagnetic array

圖3 山西地磁臺陣子臺與大同臺垂直分量相關(guān)系數(shù)曲線圖Fig.3 The correlation coefficient curve of sub-station in Shanxi geomagnetic array and vertical component of Datong station

針對各測點(diǎn)存在的常見問題，提出以下改進(jìn)建議：(1) 對安裝于山西北部雷電較多地區(qū)的儀器，做好進(jìn)一步的防雷措施；(2) 代縣測點(diǎn)GPS不對時情況頻繁出現(xiàn)，在具體原因未查清之前要加強(qiáng)日常檢查，避免出現(xiàn)由時間錯誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失；(3) 有條件時，增加蓄電池數(shù)量，避免因停電、蓄電池供電不足造成缺數(shù)；(4)

對年溫差較大的測點(diǎn)加大黃土覆蓋厚度，做好環(huán)境保護(hù)。

[1] 中國地震局.地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范(電磁觀測)[M].北京：地震出版社，2001：11.

Evaluation on Shanxi Geomagnetic Array Observation Data

ZHANG Liang-e1,4, CHEN Chang-jun1,4, LIU Su-zhen2,4, JIA Hai-ying3,4, TIAN Wen-qing3,4, CAO Wen-qiang1,4

(1.Taiyuan Reference Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030025, China;2.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030021, China;3.Daixian Central Seismic Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Daixian, Shanxi 034200, China;4.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

For the three component geomagnetic observation data, in northern Shanxi, five sets of GM4 fluxgate magnetometer were set up on both sides of the Hengshan fault zone by Administration of Shanxi province from Sep. to Oct. 2014, forming the small caliber geomagnetic array. In this paper, the quality of observation data is analyzed and evaluated, and some related suggestions are put forward for the instrument operation and management.

Geomagnetic array; Observation data; Quality evaluation

1000-6265(2017)01-0022-04

2016-08-07

中國地震局監(jiān)測、預(yù)測、科研三結(jié)合課題(16040X)。

張亮娥(1971— )，女，山西省清徐人。2008年畢業(yè)于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，高級工程師。

P318.6+2

A