安徽省地磁儀器觀測(cè)質(zhì)量分析

應(yīng)允翔 車濛琪 劉紅飛 陶方宇

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2108-5042-5872

摘? 要：該文通過(guò)選取安徽省地磁觀測(cè)資料、包括蒙城地震臺(tái)相對(duì)和絕對(duì)觀測(cè)資料、金寨地震臺(tái)和涇縣地震臺(tái)的地磁相對(duì)觀測(cè)資料，運(yùn)用單臺(tái)絕對(duì)差值檢測(cè)法和多臺(tái)相對(duì)差值檢測(cè)法等方法以及通過(guò)絕對(duì)觀測(cè)方法的改進(jìn)，分析安徽省地磁觀測(cè)資料質(zhì)量。結(jié)果表明：蒙城臺(tái)地磁觀測(cè)系統(tǒng)儀器運(yùn)行較為穩(wěn)定，金寨臺(tái)和涇縣臺(tái)地磁數(shù)據(jù)質(zhì)量存在一定的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：地磁觀測(cè)? ?地磁資料? ?檢測(cè)? ?地磁臺(tái)站

中圖分類號(hào)：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）08（a）-0060-05

Analysis on the Observation Quality of Geomagnetic Instruments in Anhui Province

YING Yunxiang? CHE Mengqi? LIU Hongfei? TAO Fangyu

（Mengcheng Earthquake Monitoring Center Station（Anhui Mengcheng National Geophysical Observatory）， Mengcheng， Anhui Province， 233500 China）

Abstract： This paper analyzes the quality of geomagnetic observation data in Anhui Province by selecting geomagnetic observation data in Anhui Province， including relative and absolute observation data of Mengcheng Seismic Station， geomagnetic relative observation data of Jinzhai Seismic Station and Jingxian Seismic Station， using single station absolute difference detection method and multiple station relative difference detection method， and through the improvement of absolute observation method. The results show that the instrument of geomagnetic observation system at Mengcheng Station operates stably， and there are some problems in the quality of geomagnetic data at Jinzhai Station and Jingxian Station.

Key Words： Geomagnetic observation; Geomagnetic data; Detection; Geomagnetic station

地磁臺(tái)站負(fù)責(zé)日常監(jiān)測(cè)地磁場(chǎng)的變化，為地磁、震磁關(guān)系以及相關(guān)研究提供可靠的地磁數(shù)據(jù)。隨著地磁觀測(cè)技術(shù)的不斷提高和電子技術(shù)、通信技術(shù)的全面發(fā)展革新，新型數(shù)字地磁觀測(cè)儀已投入使用，地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)越來(lái)越豐富、完善和網(wǎng)絡(luò)化。地磁日常觀測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)用范圍不斷擴(kuò)大，逐步從單一的學(xué)科研究向航空、通信和導(dǎo)航等多領(lǐng)域、全方位研究展開(kāi)應(yīng)用。地磁學(xué)科日常觀測(cè)已成為我國(guó)地震預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來(lái)源的重要手段之一。由于地震與地磁信息的相關(guān)性較小，地磁物理機(jī)制復(fù)雜，因此地磁數(shù)據(jù)質(zhì)量的穩(wěn)定性具有重要意義[1]。

1? 安徽省地磁臺(tái)站概況

安徽省地震局目前地磁數(shù)字化觀測(cè)臺(tái)站共有3個(gè)，分別為蒙城臺(tái)、涇縣臺(tái)、金寨臺(tái)。

蒙城地震臺(tái)周圍地勢(shì)開(kāi)闊，離城市和村莊較遠(yuǎn)，周邊干擾源分布少，為日常數(shù)據(jù)觀測(cè)提供了良好的環(huán)境。地磁觀測(cè)自蒙城臺(tái)建立以來(lái)從未中斷過(guò)。通過(guò)近50年的連續(xù)觀測(cè)，收集存儲(chǔ)了相當(dāng)數(shù)量的高質(zhì)量的地磁觀測(cè)資料，數(shù)據(jù)資料得到了眾多學(xué)科專家和同事的充分利用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

涇縣地震臺(tái)位于安徽省皖南山區(qū)南陵凹陷南部，海拔55 m。附近有江南斷裂和周王斷裂，臺(tái)站暴露了大面積的石英砂巖。

金寨地震臺(tái)地處大別山梅山—龍河口斷裂帶近側(cè)，臺(tái)基巖性為變質(zhì)巖。距離梅山水庫(kù)2 km，是監(jiān)視水庫(kù)地震和皖西地區(qū)地震活動(dòng)的重要臺(tái)站之一。

經(jīng)過(guò)“十五”項(xiàng)目的改造，3個(gè)臺(tái)站分別安裝了GM-4磁通門磁力儀、FGM-01磁通門磁力儀、FHD-2B質(zhì)子矢量磁力儀。而通過(guò)將經(jīng)緯儀和質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀配合相對(duì)記錄儀，能夠組成一套完整的地磁數(shù)字化觀測(cè)系統(tǒng)。表1為目前安徽省內(nèi)現(xiàn)有地磁儀器的性能指標(biāo)參數(shù)。

2? 地磁相對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及方法

通過(guò)對(duì)相對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去除尖峰、臺(tái)階，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除等方式去除相對(duì)記錄數(shù)據(jù)曲線上不是天然地磁場(chǎng)的變化部分形態(tài)。對(duì)于原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是臺(tái)站日常工作的重要組成部分，能夠最大限度地保證所有計(jì)算輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[2]。

2.1 單臺(tái)絕對(duì)差值檢測(cè)法

絕對(duì)差值檢測(cè)是指由同一套絕對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)校正的2套（多套）相對(duì)記錄器數(shù)據(jù)之間的差異。絕對(duì)差值檢測(cè)適用于用于檢查2臺(tái)（多臺(tái)）在一個(gè)月內(nèi)（最長(zhǎng)）的相對(duì)記錄設(shè)備工作情況的穩(wěn)定性變化，最簡(jiǎn)單的表現(xiàn)形式為2臺(tái)儀器數(shù)據(jù)的一致性。當(dāng)然絕對(duì)差值檢測(cè)對(duì)于預(yù)處理數(shù)據(jù)中的問(wèn)題也具有識(shí)別的作用。從圖1中可以看出2020年3月1日的蒙城臺(tái)2套記錄儀絕對(duì)差值檢測(cè)結(jié)果。兩套儀器以GM-4為主儀器，以FGM-01與GM-4的數(shù)據(jù)進(jìn)行差值分析，可以看出2套儀器的各分量的差值磁偏角D在0.00～0.04分之間，水平分量H在0.0～0.4 nT之間，垂直分量Z在0.0～0.6 nT之間變化，一致性較好。圖2是2020年3月1～31日的蒙城臺(tái)2套記錄儀絕對(duì)差值的檢測(cè)結(jié)果，2套儀器各分量差值磁偏角D在-0.06～0.06分之間，水平分量H在-0.8～1.0 nT之間，垂直分量Z在-0.7～1.7 nT之間。從數(shù)據(jù)的整體表現(xiàn)來(lái)看，一致性較好，說(shuō)明在3月份期間，數(shù)據(jù)質(zhì)量較為穩(wěn)定。而某些情況下，在對(duì)相對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，2套儀器數(shù)據(jù)重合度較好，很難從中看出問(wèn)題，而通過(guò)絕對(duì)差值檢測(cè)方法時(shí)，數(shù)據(jù)之間的差距非常明顯。

2.2 多臺(tái)相對(duì)差值檢測(cè)法

觀測(cè)數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)與預(yù)處理數(shù)據(jù)之間的差值通常被成為相對(duì)差值，通過(guò)差值檢測(cè)可以清晰地看出每個(gè)相對(duì)記錄儀的數(shù)據(jù)都進(jìn)行了哪些預(yù)處理，以及數(shù)據(jù)處理的完整性和合理性。一般來(lái)說(shuō)，不對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理，兩者的差值應(yīng)始終為0。而非零值的出現(xiàn)也就表示對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理[3]。差值曲線的非零情況，可以初步檢查數(shù)據(jù)的預(yù)處理部分，是否存在錯(cuò)誤處理，以及在一定時(shí)間內(nèi)是否遺漏對(duì)干擾的處理。相對(duì)夜均值檢測(cè)是一種相對(duì)差分的方法，它每天使用午夜數(shù)據(jù)進(jìn)行差分分析。由于子夜（世界時(shí)間00：00～03：00）的數(shù)據(jù)干擾較少，數(shù)據(jù)變化情況相對(duì)明顯。圖3是2020年1月蒙城臺(tái)GM-4、FGM-01儀與金寨臺(tái)FHD-2B、涇縣臺(tái)FGM-01和高郵臺(tái)FHD-2B相對(duì)夜均值數(shù)據(jù)對(duì)比，從圖3中可以清楚地看出，在1月6日金寨臺(tái)FHD-2B數(shù)據(jù)明顯和其他臺(tái)站數(shù)據(jù)變化不一致，數(shù)據(jù)變化幅度偏大;蒙城臺(tái)FGM-01也存在整月垂直分量Z以及水平分量H的數(shù)據(jù)漂移情況。單個(gè)地磁臺(tái)站的數(shù)據(jù)對(duì)比，不容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。通過(guò)與國(guó)內(nèi)多個(gè)地磁臺(tái)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，問(wèn)題數(shù)據(jù)就比較容易找到。蒙城臺(tái)在對(duì)日常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，首先確定該臺(tái)站的兩個(gè)儀器數(shù)據(jù)之間的相對(duì)差值，將其與省內(nèi)其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，然后是國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)的評(píng)議曲線中同一編組的數(shù)據(jù)，最后是通過(guò)國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)，將國(guó)內(nèi)地磁臺(tái)站繪制的一天（多天）數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。一天的繪制曲線對(duì)于一些錯(cuò)誤數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)并不明顯，但如果通過(guò)連續(xù)幾天繪制曲線，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)可以較為明顯，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以盡快解決，這不僅有利于保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也能提高單臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[4-5]。

3? 蒙城地震臺(tái)地磁絕對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)

地磁絕對(duì)觀測(cè)是指擔(dān)負(fù)監(jiān)測(cè)地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化任務(wù)的地磁臺(tái)站必須觀測(cè)的地磁要素的絕對(duì)測(cè)量。絕對(duì)觀測(cè)對(duì)地磁臺(tái)產(chǎn)出的觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性起著相當(dāng)重要的作用。相對(duì)記錄儀器的數(shù)據(jù)也只有通過(guò)基線值的加權(quán)校正，才能準(zhǔn)確地反映臺(tái)站所觀測(cè)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)要素的絕對(duì)值和變化水平。地磁臺(tái)站最終觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性也是通過(guò)地磁絕對(duì)觀測(cè)水平?jīng)Q定的[6-7]。

蒙城臺(tái)在地磁絕對(duì)觀測(cè)中，對(duì)絕對(duì)觀測(cè)儀器配備了布罩，并通過(guò)在觀測(cè)儀器旁存放一定數(shù)量的干燥劑，達(dá)到了對(duì)儀器的防塵防潮效果。按照國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)規(guī)定在每周一和周四下午地磁場(chǎng)較為平靜時(shí)段觀測(cè)3組數(shù)據(jù)，再?gòu)?組數(shù)據(jù)中選擇兩組較好的觀測(cè)數(shù)據(jù)。圖4為2019年2月GM4儀D、H、Z三分量基線值曲線圖，是蒙城臺(tái)通過(guò)絕對(duì)觀測(cè)產(chǎn)出的基線數(shù)據(jù)。三分量基線值曲線變化穩(wěn)定平滑，同日觀測(cè)的2個(gè)基線值和相鄰觀測(cè)日之差均滿足國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)要求的磁偏角D≤0.1'，水平分量H≤1.0 nT，垂直分量Z≤1.0 nT。

月度剩余標(biāo)準(zhǔn)偏差是衡量記錄儀器運(yùn)行情況的標(biāo)準(zhǔn)。表2為蒙城臺(tái)2020年GM4-1儀器基線值的月殘差標(biāo)準(zhǔn)差，由表2可知，偏角D、水平分量H、垂直分量Z分量的月殘差標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求，數(shù)值較小，表明相對(duì)記錄GM-4儀器穩(wěn)定性高于FGM-01儀。

4? 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)安徽省地磁相對(duì)和絕對(duì)觀測(cè)資料控制分析，認(rèn)為蒙城臺(tái)相對(duì)記錄儀GM-4、FGM-01和絕對(duì)觀測(cè)儀Mag-01工作正常，運(yùn)行穩(wěn)定，涇縣臺(tái)儀器穩(wěn)定性有待加強(qiáng)，金寨臺(tái)環(huán)境噪聲影響較大。

（2）蒙城臺(tái)地磁絕對(duì)觀測(cè)通過(guò)對(duì)觀測(cè)人員的嚴(yán)要求以及觀測(cè)人員所掌握的觀測(cè)技術(shù)的不斷提升和儀器穩(wěn)定性的逐年加強(qiáng)，GM-4儀三分量基線值變化逐年趨于穩(wěn)定，同日及相鄰兩個(gè)觀測(cè)日基線值之差需要控制在DB≤0.1'，DH≤1.0 nT，DZ≤1.0 nT，高于臺(tái)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn);各分量月剩余標(biāo)準(zhǔn)偏差σD≤0.06，σH≤O.5 nT，σz≤0.5 nT，也滿足要求，對(duì)于GM-4儀器檢測(cè)結(jié)果為其觀測(cè)精度較高。

（3）該文通過(guò)對(duì)蒙城臺(tái)近幾年日常觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理情況進(jìn)行整理，總結(jié)了臺(tái)站同事在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中的一些實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)提高地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)得到更好的發(fā)展和應(yīng)用。

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