西寧地磁觀測(cè)擬遷臺(tái)選址分析

王彬，馬文來，許正霖，李延峰，羅賓生

(青海省地震局，青海 西寧 810001)

0 引 言

近些年來，隨著社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)于我國地磁臺(tái)站造成了影響，西寧地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“西寧臺(tái)”)地磁觀測(cè)同樣受到了一些干擾。西寧臺(tái)建于1972年，位于西寧市西山北麓半山腰，海拔2 328 m，是我國基本臺(tái)之一，承擔(dān)著青海東部地區(qū)地磁場(chǎng)變化特征的監(jiān)測(cè)任務(wù)。先后安裝了72型和CB-3型三分量磁變儀。2006年10月安裝FHD質(zhì)子磁力儀[1]。2010年2月起模擬地磁觀測(cè)停測(cè)，2015年9月安裝了FGM-01型磁通門磁力儀。隨著城市的發(fā)展和擴(kuò)建，西寧地磁臺(tái)站相對(duì)記錄室附近建造大型人文設(shè)施及行車主干道，采用大量鋼筋等鐵磁性建筑材料，距離西寧地磁臺(tái)站不足200 m，建成后將嚴(yán)重干擾西寧地磁臺(tái)的觀測(cè)。故青海省地震局規(guī)劃重新遷址，組織人員對(duì)西寧周邊地區(qū)勘選新地址，建設(shè)地磁臺(tái)站。

1 場(chǎng)地初勘

場(chǎng)地初選時(shí)根據(jù)地磁學(xué)科勘選規(guī)范，在西寧周邊地區(qū)利用一比一百萬的航磁圖尋找磁梯度平緩、梯度線間距大的地區(qū)，擬選西寧市田家寨林區(qū)、西寧市大有山、平安區(qū)白馬寺村、互助縣小臺(tái)村四個(gè)地區(qū)作為備選場(chǎng)地，完成初步勘選。在收集相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造資料、交通資料、網(wǎng)絡(luò)通信資料及現(xiàn)場(chǎng)情況分析之后，初步分析西寧市田家寨林區(qū)、西寧市大有山、平安區(qū)白馬寺村三個(gè)場(chǎng)地從供電通訊、征地情況和地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面不適合作為地磁臺(tái)站建設(shè)點(diǎn)。

第二個(gè)勘選場(chǎng)地為互助縣小臺(tái)村，該址在構(gòu)造上屬于祁連山地槽東段的一部分，即支脈達(dá)圾山—青石嶺段，地貌特征為北西—南東走向的高山山嶺。所選區(qū)域?yàn)榇竺娣e第四系黃土松散沉積物覆蓋山地，植被多為灌木叢，含有大量腐質(zhì)物，其下多為變質(zhì)石灰?guī)r、麻巖、千枚巖等。

區(qū)域地質(zhì)背景中山嶺勻河谷平行相間的地貌特征構(gòu)成全地區(qū)的基本格架，山勢(shì)高峻、山體巍峨由下古生代基巖及中酸性火山碎屑巖、礫巖、千枚巖、板巖和灰?guī)r構(gòu)成。由于受到半濕潤(rùn)氣候的影響流水侵蝕作用強(qiáng)烈山嶺切割嚴(yán)重。中生代的燕山運(yùn)動(dòng)使得古老巖層斷裂凹陷形成了山谷盆地沉積了很厚的第三紀(jì)紅色砂巖及礫巖。喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)又使地層平緩地褶皺和斷裂第四紀(jì)堆積了黃土[2]。經(jīng)過長(zhǎng)期的外力作用就形成了的高山峽谷、溝谷灘地的地貌特征。

2 儀器性能標(biāo)定

2.1 水平噪聲測(cè)試

在工區(qū)選取一磁場(chǎng)平穩(wěn)、人文干擾小的地方，將待標(biāo)定儀器相距20 m放格，采用日變觀測(cè)方法同步(誤差小于1s)觀測(cè)，將日變化作為外場(chǎng)變化，讀取100個(gè)左右的觀測(cè)值進(jìn)行計(jì)算：

(1)

圖1 水平噪聲測(cè)試曲線

計(jì)算得出兩臺(tái)儀器的S值依次為：0.163 7，0.179 1。由于GSM-19T屬于測(cè)量地球磁場(chǎng)的第二代磁力儀，其靈敏度<0.1nT,分辨率可達(dá)0.01 nT(即測(cè)量結(jié)果中小數(shù)點(diǎn)后面顯示兩位有效數(shù)字，在儀器工作范圍內(nèi)絕對(duì)精度可達(dá)1nT(±0.5nT)。計(jì)算結(jié)果表明兩臺(tái)儀器的噪聲均在1nT內(nèi)，可以認(rèn)為本次試驗(yàn)中采用的兩臺(tái)GSM19T均符合本次測(cè)量要求，排除了人為干擾造成的可能。

2.2 一致性測(cè)試

在選定工區(qū)中進(jìn)行大致測(cè)量一次，選定工區(qū)中相對(duì)變化超過十個(gè)納特的兩個(gè)區(qū)域，分別架設(shè)兩臺(tái)GSM-19T，各取100個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)依次閉合觀測(cè)三次以上。

圖2 一致性測(cè)試曲線

(2)

計(jì)算得到一致性均方差S一致性=1.709，一般要求S一致性≤ 0.5 S總。本次測(cè)得一致性均方差結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二分之一總方差2.84，經(jīng)過一致性測(cè)試結(jié)果表明本次實(shí)驗(yàn)的兩臺(tái)GSM19T磁力儀均符合測(cè)量要求，所測(cè)得數(shù)據(jù)均可用于本次地磁場(chǎng)勘測(cè)實(shí)驗(yàn)中。

3 觀測(cè)場(chǎng)地磁場(chǎng)勘測(cè)

勘選過程嚴(yán)格執(zhí)行 GB/T19531．2—2004《地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》(第二部分電磁觀測(cè))及 DB/T9—2004《地震臺(tái)站建設(shè)規(guī)范》(地磁臺(tái)站)相關(guān)要求[3-5]。

3.1 地磁場(chǎng)跨度測(cè)量

本次測(cè)量的目的是對(duì)地磁觀測(cè)場(chǎng)及周邊的磁場(chǎng)特征做一個(gè)初步探查，本次測(cè)量在預(yù)選場(chǎng)地為中心做30公里的南北、東西測(cè)線各一條[6]，初步設(shè)計(jì)測(cè)量步長(zhǎng)為1 500 m，且在測(cè)量區(qū)域內(nèi)建立日變基本站以作日變校正。工作中基站的選擇應(yīng)做到：①位于正常場(chǎng)內(nèi)；②磁場(chǎng)的水平梯度和垂直梯度小，在半徑2 m及高差0.5 m范圍內(nèi)磁場(chǎng)變化不超過設(shè)計(jì)總均方差值的1/2；③附近無磁性干擾和人文干擾，遠(yuǎn)離建筑物和工業(yè)設(shè)施。本次由于條件限制，基站設(shè)在距離測(cè)網(wǎng)大約100 m的東北方向上。

圖3 北南向地磁跨度總場(chǎng)強(qiáng)

圖4 西東向地磁跨度總場(chǎng)強(qiáng)

從上圖的地磁總場(chǎng)的跨度表可以看出，北南向、西東向基本較為平穩(wěn)，北南、西東總場(chǎng)強(qiáng)跨度異常點(diǎn)最大不超過70 nT，根據(jù)相關(guān)規(guī)范該預(yù)選場(chǎng)地北南、西東30 km的跨度總場(chǎng)強(qiáng)符合建設(shè)要求[7]。

3.2 預(yù)選場(chǎng)地背景噪聲測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)一臺(tái)磁力儀進(jìn)行連續(xù)日變觀測(cè)，連續(xù)記錄12個(gè)小時(shí)以上，依據(jù)地球電磁場(chǎng)變化較為平穩(wěn)的時(shí)間段隨機(jī)選取10段連續(xù)數(shù)據(jù)，每段連續(xù)數(shù)據(jù)不小于10個(gè)數(shù)，計(jì)算10段觀測(cè)數(shù)據(jù)的峰峰值精度，最后得到此段數(shù)據(jù)的平均峰峰值精度即為該測(cè)試段的背景噪聲[8,9]，要求背景噪聲小于0.1nT。

圖5 背景噪聲測(cè)量曲線

表1 背景噪聲峰峰值精度表(單位：nT)

3.3 預(yù)選場(chǎng)地地磁總場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量

本次磁測(cè)網(wǎng)由于地形方面限制確定為100×100 m，測(cè)線間距5 m，點(diǎn)距5 m。測(cè)線走向?yàn)闁|西向，共21條測(cè)線，選擇0號(hào)線為檢查線。0號(hào)線以北依次為2、4、…、16號(hào)測(cè)線。0號(hào)測(cè)線以南依次為1、3、…、15號(hào)測(cè)線。測(cè)點(diǎn)號(hào)從西到東依次為0、1、2、…、20。測(cè)量使用兩臺(tái)儀器同時(shí)觀測(cè)，一臺(tái)建立日變基本站以作日變校正，一臺(tái)固定探頭高度為1.5 m做點(diǎn)位測(cè)量，采樣間隔均為10 s[10-11]。

圖6 總場(chǎng)強(qiáng)梯度變化等值線圖

從圖6總場(chǎng)梯度的變化中我們可以看出該場(chǎng)地的地磁場(chǎng)分布基本均勻，基本滿足規(guī)范內(nèi)100m范圍內(nèi)磁場(chǎng)梯度不大于1nT/m的要求。本次擬選區(qū)域中坐標(biāo)點(diǎn)為(30，50)的區(qū)域磁異常最平緩，所受環(huán)境干擾最小，初步定為本次地磁點(diǎn)的建設(shè)區(qū)域。

4 結(jié) 論

根據(jù)高精度儀器整體測(cè)量結(jié)束之后，對(duì)于互助縣林川鄉(xiāng)小臺(tái)村地磁預(yù)選點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果分析為地磁臺(tái)站周圍30 km無劇烈地磁波動(dòng)異常[12]，地磁臺(tái)站100 m范圍內(nèi)地磁總場(chǎng)強(qiáng)均勻分布，磁場(chǎng)水平梯度≤1nT/m，地磁背景干擾噪聲≤0.1nT，地磁場(chǎng)勘選結(jié)果符合地磁臺(tái)站建設(shè)要求。本次預(yù)選場(chǎng)地與原西寧地磁臺(tái)位于同一緯度，資料連續(xù)性不受影響。