寧河地震臺FHD-2B質(zhì)子磁力儀受觀測環(huán)境干擾分析

谷茂龍 王建國

摘 要：本文分析了寧河地震臺FHD-2B質(zhì)子磁力儀數(shù)據(jù)受干擾的變化特征，并對高壓直流供電、車輛影響等干擾因素進行研究，以幫助工作人員識別和剔除干擾，以進一步提高地磁觀測數(shù)據(jù)的準確性。

關(guān)鍵詞：地磁;高壓直流供電;車輛干擾

中圖分類號：P315.62 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）28-0138-03

The FHD-2B Proton Magnetometer of Ninghe Seismological

Station is Disturbed by the Observation Environment

GU Maolong WANG Jianguo

（Tianjin Earthquake Agency，Tianjin 300201）

Abstract： In this paper， the variation characteristics of the interference of FHD-2B proton magnetometer data at Ninghe seismic station were analyzed， and the interference factors such as high-voltage DC power supply and vehicle influence were studied to help the staff identify and eliminate the interference， so as to further improve the accuracy of geomagnetic observation data.

Keywords： geomagnetism;high voltage DC power supply;vehicle interference

FHD質(zhì)子磁力儀是江蘇地震局在“九五”期間研制的智能化分量質(zhì)子磁力儀，能連續(xù)測量和記錄地磁場的變化[1]。FHD-2B質(zhì)子磁力的觀測是一個長期的過程，觀測數(shù)據(jù)會受到各種因素的干擾，正確分辨自然觀測環(huán)境和人工等干擾因素的差異并進行分析處理，對實踐應(yīng)用和地震預(yù)報具有重要意義。

1 儀器觀測條件

1.1 觀測環(huán)境

寧河地震臺位于寧河區(qū)大北澗沽鎮(zhèn)大北澗沽村西，距天津市區(qū)直線距離約52km，東距渤海灣25～30km，占地10 133m2，東面是馬路和田地，南面是幼兒園和暖氣片廠，西面是腳手架租賃廠，北面是中小學(xué)。2004—2005年實施寧河地震臺站優(yōu)化改造工程[2]。改造后的地磁觀測室，無論地磁場的水平梯度還是保溫性能，均達到區(qū)域地磁臺觀測規(guī)范的技術(shù)要求[3]。地磁房建在臺站東南角，距辦公用房約40m。寧河地震臺FHD-2B質(zhì)子磁力儀布設(shè)圖如圖1所示。

1.2 儀器簡介

FHD-2B質(zhì)子磁力儀是在FHD-1型質(zhì)子磁力儀的基礎(chǔ)上改進研制而成，具有觀測精度高、智能化程度高、工作可靠性與穩(wěn)定性高等特點。寧河地震臺FHD-2B質(zhì)子磁力儀于2016年12月29日架設(shè)完畢并投入觀測，數(shù)據(jù)連續(xù)可靠。除線圈需要手動調(diào)節(jié)外，F(xiàn)HD-2B質(zhì)子磁力儀實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化控制，用戶可以通過因特網(wǎng)瀏覽該儀器網(wǎng)頁，下載地磁觀測數(shù)據(jù)，監(jiān)視儀器的運行狀態(tài)，對儀器進行參數(shù)控制。

2 干擾分析

觀測環(huán)境是存在于臺站內(nèi)外的各種電磁干擾[4]。通過分析觀測資料可知，主要干擾來源于臺站外圍，如高壓直流輸電、車輛干擾。通過分析對比這些干擾因素，找出干擾的原因、特點和區(qū)別。

2.1 高壓直流輸電干擾

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高壓直流輸電線路的建設(shè)和運行越來越多，當高壓直流輸電線路出現(xiàn)故障，或者進行線路測試檢修時，會對一定范圍內(nèi)的地磁觀測造成很大干擾[5]。寧河地震臺半徑500km內(nèi)有3條高壓直流輸電線路，分別為錫泰線、扎青線和呼遼線。錫泰線位于寧河臺西側(cè)，離臺站最短距離約60km;扎青線位于寧河臺西側(cè)，離臺站最短距離約50km;呼遼線位于寧河臺東北側(cè)，離臺站最短距離約480km。根據(jù)寧河臺FHD-2B觀測資料統(tǒng)計，2018年共記錄到23d高壓直流輸電干擾，其中錫泰線干擾11d、扎青線11d、呼遼線1d。經(jīng)過對觀測數(shù)據(jù)進行處理發(fā)現(xiàn)，高壓直流輸電對垂直分量[Z]的影響較大，對磁偏角和水平分量影響較小;扎青線與錫泰線與臺站距離較近，干擾較多，而呼遼線距離較遠，干擾較少;距離越遠，干擾幅度越小。圖2、圖3和圖4是寧河地震臺質(zhì)子磁力儀原始和預(yù)處理數(shù)據(jù)對比。

2.2 車輛干擾

車輛干擾是鐵磁性物質(zhì)對地磁場干擾的一種，干擾類型主要包括：農(nóng)用車作業(yè)、基建施工、車輛駛?cè)胗^測區(qū)等。寧河地震臺通過網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)完成了對地磁房周邊環(huán)境的實時監(jiān)測，對比監(jiān)控畫面和數(shù)據(jù)變化確定干擾源和干擾時段。經(jīng)過對觀測數(shù)據(jù)進行處理發(fā)現(xiàn)，地磁房西南面140m處暖氣片廠大貨車和東面耕地農(nóng)用車干擾較大，會出現(xiàn)尖峰和臺階。因FHD-2B質(zhì)子磁力儀測量的是分鐘值，過路車輛偶爾會造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)數(shù)個尖峰，處理數(shù)據(jù)時剔除突跳即可。圖5是寧河臺質(zhì)子磁力儀各分量原始數(shù)據(jù)。因東面30m處耕地農(nóng)用車干擾距離較近，磁偏角變幅為16.2′，水平分量變幅為146.3nT，總強度變幅為61.3nT。雖然數(shù)據(jù)曲線變形嚴重，但農(nóng)用車耕作時間較短，此類干擾又容易判別和處理，對長期觀測無明顯影響。

2018年5月發(fā)現(xiàn)西南140m處暖氣片廠大貨車頻繁出入和停留，嚴重影響觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。統(tǒng)計2018年全年受干擾天數(shù)有71d，其中6月干擾達29d，給值班人員的處理數(shù)據(jù)帶來很多麻煩。在處理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，大貨車對水平分量和磁偏角干擾形態(tài)多為臺階，水平分量干擾幅度在2.0～12.0nT，磁偏角在0.2′～1.2′;貨車停放位置超出200m時磁偏角無明顯干擾;垂直分量影響較小，常表現(xiàn)為開始和結(jié)束時的幾個突跳。圖6是寧河臺質(zhì)子磁力儀各分量預(yù)處理數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的差值。

在日常觀測中，常常會同時遇到多種干擾，如圖7所示。臺站工作人員需要根據(jù)數(shù)據(jù)的變化特征初步識別干擾類型，同時利用地磁臺網(wǎng)高壓直流輸電判別系統(tǒng)和中國地震前兆數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與附近臺站對比確認干擾源。一般情況下，水平分量變化幅度大于垂直分量屬于高壓直流輸電干擾;垂直分量變化幅度大于水平分量屬于車輛干擾。當然，影響地磁觀測數(shù)據(jù)的因素還有很多，比如太陽活動、觀測設(shè)施和觀測儀器自身因素等[6]。因此，工作人員需要通過科學(xué)的方法，對數(shù)據(jù)質(zhì)量中關(guān)鍵性問題予以檢驗、控制，以確保觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3 結(jié)語

隨著中國經(jīng)濟全面快速發(fā)展，地震觀測環(huán)境日益惡化，觀測數(shù)據(jù)也出現(xiàn)了各種異常。面對這種情況，有效識別干擾和確認前兆異常信息具有重要意義。本文分析了出現(xiàn)的異常與干擾源成因、干擾幅度與干擾源位置的關(guān)系和不同干擾之間的區(qū)別，識別和剔除干擾。

根據(jù)以往觀測經(jīng)驗，F(xiàn)HD磁房與車輛相距200m以上，一般不會對數(shù)據(jù)曲線造成干擾。臺站工作人員若發(fā)現(xiàn)范圍內(nèi)存在干擾車輛，可通過人為干預(yù)的辦法消除干擾。同時，可在臺站圍墻外安裝地磁環(huán)境保護警示牌，提高村民意識，達到保護地磁環(huán)境的效果。

參考文獻：

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[3]刑力.地磁觀測FHD儀器房建設(shè)中的磁性控制[J].河南科技，2015（2）：103-105.

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[5]陳健，張秀霞，劉江斌，等.江蘇地磁觀測受高壓直流輸電干擾現(xiàn)狀及預(yù)處理[J].地震學(xué)刊，2016（4）：27-30.

[6]全建軍，夏忠，張凱，等.永安地磁臺FHD-2B質(zhì)子磁力儀觀測數(shù)據(jù)干擾分析[J].地震地磁觀測與研究，2015（1）：120-125.