安徽六安磁通門臺陣數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及方法應(yīng)用

車濛琪 吳婉楠 應(yīng)允翔 朱厚林 胡志文 張明明

摘要：安徽省地震局于“十三五”時期在皖大別山地區(qū)建設(shè)由15個臺點組成的磁通門臺陣，選取2023年6月—9月地磁三分量的觀測資料，通過該時間段的數(shù)據(jù)連續(xù)率、完整率判斷儀器的運行狀況，利用數(shù)據(jù)的擬合分析、地磁加卸載響應(yīng)比、逐日比和大致處在相同經(jīng)度、緯度儀器的日變特征分析對儀器運行以來的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行分析評估，得出安徽六安地區(qū)磁通門臺站數(shù)據(jù)質(zhì)量較好結(jié)論。

關(guān)鍵詞：地磁臺陣??擬合分析?日變特征分析?質(zhì)量分析評估

Data?Quality?Analysis?and?Method?Applications?of?the?Fluxgate?Array?in?Lu'an，?Anhui

CHE?Mengqi1，2?WU?Wannan3，4*?YING?Yunxiang1，2?ZHU?Houlin3，4?HU?Zhiwen1，2?ZHANG?Mingming1，2

（1.Mengcheng?Seismic?Monitoring?Center?Station，?Mengcheng，?Anhui?Province，?233527?China;?2.?Mengcheng?National?Geophysical?Observatory，?Mengcheng，?Anhui?Province，?233527?China;?3.?Lu'an?Seismic?Monitoring?Center?Station，?Lu'an，?Anhui?Province，?237000?China;?4.?Dabie?Mountain?Seismic?Monitoring?and?Forecasting?Experimental?Site，?Lu'an，?Anhui?Province，?237000?China）

Abstract：?In?“the?13th?Five-Year?Plan”?period，?the?Anhui?Earthquake?Agency?constructed?a?fluxgate?array?consisting?of?15?stations?in?the?Dabie?Mountain?area?in?Anhui?Province.?This?paper?selects?the?three-component?observation?data?of?the?geomagnetic?field?from?June?to?September?2023，?judges?the?operation?status?of?the?instrument?by?the?continuity?and?completeness?rates?of?data?during?the?period，?analyzes?and?evaluates?the?quality?of?observation?data?since?the?operation?of?the?instrument?by?utilizing?the?fitting?analysis?of?data，?the?response?ratio?and?day-by-day?ratio?of?geomagnetic?loading?and?unloading，?and?the?analysis?of?the?daily?characteristics?of?the?instrument?at?the?approximate?same?longitude?and?latitude，?and?concludes?that?the?data?quality?of?fluxgate?stations?in?Lu'an，?Anhui?is?better.

Key?Words：?Geomagnetic?array;?Fitting?analysis;?Daily?variation?characteristic?analysis;?Quality?analysis?and?assessment

地磁場是地球最基本的物理場之一，在地震研究中，地磁學(xué)科的基本任務(wù)是基于地磁學(xué)的理論和方法技術(shù)，探索與孕震過程有關(guān)的地球介質(zhì)的磁性質(zhì)變化及規(guī)律，為地震預(yù)報及孕震過程的理論研究服務(wù)[1]。

我國地磁臺網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)開始于20世紀(jì)50年代。目前我國的地磁觀測站總數(shù)達150個，它們多分布在國內(nèi)各主要活動構(gòu)造帶、地震重點監(jiān)視區(qū)和地震預(yù)報實驗場。中國地震局“十五”地磁臺站數(shù)字化建設(shè)以來，電磁臺站已達50多個，安徽地區(qū)運轉(zhuǎn)臺站3個。相關(guān)專家及學(xué)者很早就已注意到地磁異常與地震的關(guān)系，并開展其變化規(guī)律的研究。大量的觀測事實表明，電磁場會在地震的孕育和發(fā)生階段發(fā)生變化，單一地磁儀器的異常信號具有偶然性，因此在我國部分地區(qū)建設(shè)了地磁臺陣。

在安徽省內(nèi)定點地磁臺站僅有3個的現(xiàn)狀下，“十三五”期間，在六安大別山地區(qū)新增由15個臺點組成的磁通門臺陣，主要目的在于加強安徽省內(nèi)地震多發(fā)地區(qū)-霍山地震窗的地磁場監(jiān)控，實現(xiàn)對霍山窗地區(qū)落兒嶺—土地嶺、青山—曉天、梅山—龍河口等主要斷裂的地磁變化監(jiān)測，實現(xiàn)對霍山地區(qū)地磁變化與小震活動之間關(guān)系的細化研究，為大別山地區(qū)4.5級地震前地磁異常的發(fā)現(xiàn)和提取提供數(shù)據(jù)。

1970年以來的地震記錄表明，皖西北大別山地區(qū)微震、小震活動頻繁，并集中分布在青山—曉天斷裂和落兒嶺—土地嶺斷裂交會處附近。發(fā)生在安徽的5級以上地震絕大部分都分布在郯廬斷裂帶南段及其附近區(qū)域[2]。為此，安徽省地震局于2021年7月至2022年10月在大別山主要活動斷裂地區(qū)完成15套磁通門磁力儀的布設(shè)，儀器為秒采樣，以構(gòu)建六安磁通門臺陣來獲取地磁三分量的觀測資料。本文利用數(shù)據(jù)均來自六安磁通門臺陣，但由于測點多布設(shè)在田中、路邊、房屋后，部分儀器數(shù)據(jù)會受到人為或周邊環(huán)境干擾，在數(shù)據(jù)分析時對部分儀器進行篩選排除。

1?儀器運行與數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

表征儀器與數(shù)據(jù)質(zhì)量有兩個指標(biāo)，一是數(shù)據(jù)連續(xù)率，指實際產(chǎn)出數(shù)據(jù)與應(yīng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的比值；二是數(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。連續(xù)率反映儀器觀測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完整率是整個觀測系統(tǒng)和觀測環(huán)境的綜合體現(xiàn)[3]。選取2023年6月—9月的臺陣數(shù)據(jù)進行分析，為保證數(shù)據(jù)真實連續(xù)可靠，特從15套磁通門儀器中選擇試運行以來平均連續(xù)率高于90%，數(shù)據(jù)研究時段連續(xù)率98%以上的8套儀器進行數(shù)據(jù)的收集與分析，選擇的臺陣連續(xù)率統(tǒng)計見表1所示。

從統(tǒng)計結(jié)果來看，六安磁通門臺陣觀測系統(tǒng)工作穩(wěn)定，觀測環(huán)境優(yōu)良，觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、穩(wěn)定、可靠，觀測質(zhì)量總體較好。

2?臺陣儀器數(shù)據(jù)一致性與變化分析

2.1?臺陣儀器數(shù)據(jù)一致性分析

我們按同一標(biāo)準(zhǔn)在項目執(zhí)行期內(nèi)選擇變化幅度較大、數(shù)據(jù)變化明顯的磁擾事件進行分析，8月2—4日干擾較多，選擇該事件進行分析。

通過對原始數(shù)據(jù)進行歸一化擬合分析，D分量、H分量、Z分量的數(shù)據(jù)變化趨勢符合日變特征分析，符合典型的北半球中低緯度雙峰單谷日變形態(tài)[4]，擬合數(shù)據(jù)及儀器數(shù)據(jù)見圖1。結(jié)果可見：實驗臺站數(shù)據(jù)一致性較好，以該數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果真實可靠，對開展中短期的地磁研究工作具有一定的參考價值。

2.2?依據(jù)加卸載響應(yīng)比和逐日比方法開展數(shù)據(jù)變化分析

地磁加卸載響應(yīng)比和逐日比法是以外空太陽風(fēng)對地球磁場作用的臨界變化現(xiàn)象的應(yīng)用，建立在以太陽風(fēng)的加載和卸載基礎(chǔ)上，是地磁預(yù)報中物理意義比較明確的方法，得到的異常信息相對明顯，容易判斷和操作[5]。在地震預(yù)報工作中，地磁學(xué)中的加卸載響應(yīng)比和逐日比方法應(yīng)用較為廣泛，已經(jīng)成為一種用來進行中短期地震分析預(yù)測的地磁手段分析方法。選取金寨地震監(jiān)測站和獨山長生橋地震監(jiān)測站的兩套磁通門儀器開展加卸載響應(yīng)比和逐日比的研究[6]，選取2033年6月1日至7月15日的原始數(shù)據(jù)作為研究的時間尺度，用以判定磁通門臺陣對該方法的適用程度。

利用金寨地震監(jiān)測站和獨山長生橋地震監(jiān)測站的原始數(shù)據(jù)，通過對原始數(shù)據(jù)進行加卸載響應(yīng)比和逐日比分析，未發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生前后明顯的地磁異常信號。

2.3?局地范圍分析

我國地區(qū)遼闊，基于觀測需要，建設(shè)的地磁臺站基本處在較大區(qū)域尺度的分散狀態(tài)。六安磁通門臺陣以霍山作為主要觀測地區(qū)，將磁通門站點布設(shè)在較小尺度的區(qū)域中，滿足了基于小尺度來開展特性分析的需要[7]，臺陣位置分布見圖3所示。

通過對六安臺陣局地范圍的尺度特性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分布在相近緯度的測站，不同經(jīng)度數(shù)據(jù)之間會有一定的時差，相對應(yīng)的日變曲線也會出現(xiàn)一定的相位平移。臺陣數(shù)據(jù)符合日變數(shù)據(jù)局地范圍的尺度特性分析。

3?結(jié)論與展望

本文基于安徽六安地區(qū)磁通門臺陣的觀測數(shù)據(jù)，通過對皖西北大別山地區(qū)的地磁短周期變化特征的研究與分析，對該臺陣數(shù)據(jù)質(zhì)量以及方法應(yīng)用有以下幾點認識。

（1）15套磁通門磁力儀組成的磁通門臺陣數(shù)據(jù)連續(xù)率較好，多套儀器在試運行期間的平均連續(xù)率高于90%，數(shù)據(jù)研究時段平均連續(xù)率98%以上，數(shù)據(jù)真實穩(wěn)定可靠。

（2）通過對變化幅度較大、數(shù)據(jù)變化明顯的8月2—4日的磁擾事件進行歸一化擬合分析，證實實驗臺站數(shù)據(jù)一致性較好，以該數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果真實可靠，具有參考價值。

（3）通過對局地范圍的尺度特性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分布在同一緯度，不同經(jīng)度的測站之間會有一定的時差，日變曲線也會出現(xiàn)一定的相位平移，臺陣數(shù)據(jù)符合日變數(shù)據(jù)局地范圍的尺度特性分析。

（4）對儀器的原始數(shù)據(jù)進行加卸載響應(yīng)比和逐日比分析，未發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生前后明顯的地磁異常信號。

參考文獻

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[2]牛超，徐步云，李義紅，等.?基于地磁臺陣觀測數(shù)據(jù)的地磁場日變化區(qū)域尺度特性分析[C]//中國地球物理學(xué)會國家安全地球物理專業(yè)委員會，陜西省地球物理學(xué)會軍事地球物理專業(yè)委員會.國家安全地球物理叢書（十二）：地球物理與信息感知.2016：75-81.

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