馬陵山臺地磁觀測典型干擾特征分析及應(yīng)對措施

王仲康 馬佰順 公續(xù)生 胡尊迎

摘? 要：通過對近幾年馬陵山臺地磁觀測三套儀器（M15、GM4、FHD）受干擾的原始數(shù)據(jù)的研究分析，總結(jié)馬陵山地震臺地磁觀測典型干擾主要有以下幾種：磁暴干擾、雷電干擾、臺站自有地電觀測手段對地磁數(shù)據(jù)的干擾、觀測室空氣濕度對不同地磁儀器產(chǎn)生的干擾、臺站改造大型金屬車輛靠近地磁觀測室造成的干擾。經(jīng)過對比分析，提出解決方法和應(yīng)對措施，為今后提高觀測質(zhì)量、更加精確地進行數(shù)據(jù)預(yù)處理提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地磁觀測? 干擾? 特征分析? 應(yīng)對措施

中圖分類號：P315.72 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（c）-0062-03

Analysis of Typical Interference Characteristics of Geomagnetic Observation at Malingshan Station and Countermeasures

WANG Zhongkang? MA Baishun? GONG Xusheng? HU Zunying

（Malingshan Seismic Station， Tancheng， Shandong Province， 276114 China）

Abstract： Based on the analysis of the original data of three sets of geomagnetic observation instruments （M15， GM4， FHD） interfered in recent years， this paper summarizes the typical interferences of geomagnetic observation in Malingshan seismic station as follows： geomagnetic storm interference， lightning interference， interference of the station's own geomagnetic observation hand section on geomagnetic data， interference of the air humidity in the observation room on different geomagnetic instruments， and interference of the station's own geomagnetic observation hand section on geomagnetic data The interference caused by the transformation of large metal vehicles close to the geomagnetic observation room. Through comparative analysis， the solutions and countermeasures are put forward， which can provide reference and reference for improving observation quality and more accurate data preprocessing in the future.

Key Words： Geomagnetic observation; Interference; Characteristic analysis; Countermeasures

人們從19世紀末就開始關(guān)注地震與地磁的關(guān)系，至今已有百多年的歷史，但真正開始有目的地進行地震地磁觀測與研究是從20世紀60年代開始的，先后在理論研究領(lǐng)域出現(xiàn)了壓磁效應(yīng)、感應(yīng)磁效應(yīng)、膨脹磁效應(yīng)和熱磁效應(yīng)等，并在此基礎(chǔ)上進行了以磁報震的實踐探索。隨著地震預(yù)報的蓬勃發(fā)展，地震地磁觀測開始在全國各地許多地震臺站展開。為了準確獲取震兆地磁異常信息，就需要排除非地震因素引起的地磁干擾變化[1]。

郯城馬陵山地震臺是國家基本臺，位于山東省郯城縣泉源鄉(xiāng)楊莊村東南，海拔高度110m。臺站地處沂沭斷裂帶南段，跨安丘-莒縣斷裂。臺基為破碎白堊系紅色砂巖，巖層傾向東南，傾角60°～70°。馬陵山臺坐落在馬陵山主峰西坡，遠離居民點，周圍是荒山、農(nóng)田。

馬陵山臺具有多種地磁觀測手段，經(jīng)過近幾年的連續(xù)觀測記錄，積累了豐富的觀測資料，但是隨著時間的推移、觀測環(huán)境的變化，尤其是2014年臺站改造項目的進行，各種干擾也隨之出現(xiàn)。該文從5種典型干擾入手，經(jīng)過分析對比，提出應(yīng)對措施。分別是：磁暴干擾、雷電干擾、地電干擾、濕度干擾和施工干擾。

1? 分別對上述5種干擾進行分析和對比，找出干擾特征，提出應(yīng)對方法

1.1 磁暴干擾

地磁暴是高速等離子體云從太陽日冕拋射出來，相對背景太陽風(fēng)速度更高，攜帶著日冕磁場沖擊地球磁層，使磁層壓縮變形。并且它通常攜帶南北方向轉(zhuǎn)動的磁場，當(dāng)磁場轉(zhuǎn)為南向和地磁場相互作用時，太陽風(fēng)會將巨大的能量傾泄到磁尾的大尺度空間中，使磁尾等離子體片中大量的帶電粒子注入到環(huán)電流中，使環(huán)電流強度發(fā)生變化，而變化的電流會產(chǎn)生變化的磁場，從而引起全球范圍劇烈的地磁擾動。馬陵山臺每年記錄的大小磁暴次數(shù)很多。

特征是：各分量時間上具有一致性，即各儀器各分量干擾同時出現(xiàn)、同時結(jié)束;形態(tài)上H和F具有相似性，整體形態(tài)呈不規(guī)律性;對Z分量影響較小，對H分量和總場F的影響相對較大。

應(yīng)對方法：日常預(yù)處理中，磁暴干擾屬于正?，F(xiàn)象，要仔細辨別，與其他干擾區(qū)分開來，不可對磁暴干擾曲線進行刪除或校正。

1.2 雷電干擾

夏季的雷雨天氣也會對地磁觀測造成干擾，主要原因是雷雨天放電瞬間，電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的瞬時磁場與地磁場疊加造成，在觀測曲線上表現(xiàn)為突跳毛刺。

特征是：干擾主要體現(xiàn)在秒數(shù)據(jù)中，由于放電強弱不同，所產(chǎn)生的感應(yīng)干擾磁場強弱不同，體現(xiàn)在觀測曲線上就是毛刺的長短不同;各儀器各分量毛刺同時產(chǎn)生，形態(tài)長短不一。

應(yīng)對方法：遇到雷雨天氣應(yīng)大體記錄打雷時間段，以便次日對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理時把雷電干擾和其他干擾區(qū)分開來，通過一階差分剔除因雷電干擾造成的超差數(shù)據(jù)。

1.3 地電干擾

馬陵山臺有地電阻率觀測手段，每小時對電極供電，供電電流產(chǎn)生的磁場會對地磁觀測造成干擾[2]。

特征是：主要對M15和GM4的秒數(shù)據(jù)的D、Z分量干擾較為明顯，對其他分量和分鐘值的影響相對較小;正常情況下每小時正反向供電，會產(chǎn)生兩次持續(xù)約2min間隔約30s的電磁干擾;兩套儀器的D、Z分量受地電干擾具有時間上的一致性和形態(tài)上的相似性。

應(yīng)對方法：地電阻率正常觀測的情況下，每小時固定時段進行供電，需準確記錄供電起止時間，以便次日對干擾數(shù)據(jù)進行批量剔除;如遇特殊情況，地電阻率需要補測時，應(yīng)準確記錄每次補測供電的起止時間，次日需對干擾數(shù)據(jù)進行逐個剔除。

1.4 濕度干擾

馬陵山臺M15受濕度干擾最為明顯，這個問題去年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)。M15和GM4在同一觀測室內(nèi)，但GM4密封性相對較好，受濕度干擾相對較小，但M15對濕度非常敏感。為了除濕，最初采取的措施是對探頭加裝玻璃罩，在觀測室內(nèi)多處放置吸潮硅膠顆粒。但是硅膠顆粒很容易飽和，除濕效果不佳，雖然在玻璃罩內(nèi)也放了硅膠顆粒，但是水汽沿觀測墩上涌，效果仍然不理想。

特征是：對各分量都有干擾，其中Z分量受干擾尤為明顯;造成大量毛刺和成片不可用數(shù)據(jù);時間上和形態(tài)上都不具規(guī)律;更換吸潮劑后干擾消失。

應(yīng)對方法：經(jīng)考察，發(fā)現(xiàn)氯化鈣吸潮特性良好，經(jīng)濟實用，可作為觀測室吸潮劑使用。通過定期更換氯化鈣吸潮劑，M15受濕度干擾影響明顯減小，效果不錯。但是更換吸潮劑需進入觀測室，或多或少都會對數(shù)據(jù)造成干擾，多表現(xiàn)為出現(xiàn)臺階或毛刺，需次日進行校臺階或剔毛刺操作。

有兄弟臺站把儀器封裝進玻璃鋼罐體后進行地埋，效果較佳，希望今后該臺也可以借鑒一下。

1.5 施工干擾

近幾年馬陵山臺進行了大量的基建工程改造，施工期間不可避免地會對地磁產(chǎn)生干擾，尤其是大型金屬車輛靠近觀測室時干擾尤為明顯。

特征是：產(chǎn)生臺階，車輛靠近時觀測曲線發(fā)生階躍，離開時數(shù)據(jù)又會恢復(fù);分鐘值和秒數(shù)據(jù)均有影響，且對D、H、F分量影響較大，其中H分量影響最大，對Z分量影響相對要小很多;時間上，不同儀器各分量同時產(chǎn)生干擾，同時結(jié)束，形態(tài)上，不同儀器相同分量的干擾具有一定的相似性。

應(yīng)對方法：和施工單位溝通，盡量避免施工車輛靠近觀測區(qū)。經(jīng)過幾次實驗發(fā)現(xiàn)，車輛?？吭诹_馬柱圍墻西側(cè)對地磁干擾較輕，因此，如果施工車輛必須進入觀測區(qū)，也一定要停在羅馬柱圍墻西側(cè)，盡量避免越過圍墻。施工期間值班人員要經(jīng)常到觀測區(qū)巡視，一旦發(fā)現(xiàn)大型金屬工具靠近觀測室，盡快勸離的同時，記下時間，以便次日對干擾數(shù)據(jù)進行校正或剔除。

2? 研究結(jié)果

經(jīng)過此次研究探討我們發(fā)現(xiàn)，上述5種典型的地磁干擾各有不同的特征，已分別在上文中詳細介紹，在此不再贅述。在今后的日常工作中再遇到上述5種典型干擾，要根據(jù)其干擾特征，仔細甄別，看其在形態(tài)上是否具有相似性，時間上是否具有一致性，各分量受干擾影響大小強弱是否有所不同，進而確定是何種干擾類型，以便在預(yù)處理工作和日志填寫及跟蹤分析工作中采取恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施。

3? 成效分析

通過該項目的研究，我們對地磁5種典型干擾有了更直觀、細致的認識，有利于在今后的工作中更準確地識別干擾類型，提高預(yù)處理的準確性，避免過度預(yù)處理，有利于提高觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為地震觀測預(yù)報和分析工作提供更加優(yōu)質(zhì)完整的資料。

4? 問題思考

地磁的干擾種類還有很多，如高壓直流輸電干擾、溫度變化產(chǎn)生的干擾等，由于作者水平有限，也沒有想到好的解決應(yīng)對方法，故而該文沒有貿(mào)然提及。僅針對日常工作中經(jīng)常遇到的較為典型的上述5種干擾進行了分析對比。經(jīng)過分類對比和研究應(yīng)對，希望能為兄弟單位在今后的日常工作中提供些許參考和借鑒。

參考文獻

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