河北黃壁莊地震臺FHD運行質量分析

劉 檀，朱音杰，周安聘，牛淑瑜，趙雨晨，劉 靜，董 博，紀春玲，張環曦

(河北省地震局石家莊中心地震臺，河北 石家莊 050021)

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·觀測分析·

河北黃壁莊地震臺FHD運行質量分析

劉 檀，朱音杰，周安聘，牛淑瑜，趙雨晨，劉 靜，董 博，紀春玲，張環曦

(河北省地震局石家莊中心地震臺，河北 石家莊 050021)

為進一步了解河北黃壁莊地震臺新磁房FHD的運行情況，對觀測數據的斷記、觀測干擾、地磁趨勢變化、空間相關、差值相關等進行分析，結果表明觀測數據在完整性方面比較好，數據受干擾程度較小，可靠性比較高，但是背景噪聲偏大，數據精度有待提高。

地磁FHD觀測系統；資料分析；觀測精度

0 引言

河北黃壁莊地震臺(以下簡稱黃壁莊臺)是1966年邢臺地震后，由中國科學院地球物理所建設的測震臺，是省屬臺站，位于鹿泉市北部黃壁莊鎮，距鹿泉市20多公里。目前，該臺有數字化測震、地磁、GNSS等觀測手段，并負責石家莊分中心數據處理工作。臺站地處太行山中段東緣與華北平原接壤的馬鞍山殘丘上，地形東北高、西南低，周圍標高117 m～135 m，地質構造上處于太行山隆起中段東緣軸向北東40°～45°的陽泉復式向斜東南翼。臺站周圍地質構造比較復雜，斷裂發育，小區構造主要受北東向的次級構造牛山—東焦所控制。

1 資料的完整性分析

黃壁莊臺新建地磁房觀測環境、場地條件較好，周圍無明顯干擾源，地磁房面積16 m2。

臺站地磁觀測儀器為FHD-2B型質子磁力儀，2013年開始安裝，2014年12月正式觀測，2015年5月1日正式接入國家數據庫。在開始的1個月內，儀器總出現死機或斷網，工作人員經過反復的排查與對比，確定為臺站交換機斷網及儀器工控機死機造成，于后一個月排除了故障。2015年臺站的地磁觀測儀器總體運行情況良好，工作正常(見表1至第17頁表4)。

通過統計，全年F分量斷記115分鐘，H分量109分鐘，Z分量115分鐘，D分量112分鐘。計算出F分量的連續率為99.967%，H分量的為99.969%，Z分量的為99.967%，D分量的為99.968%。

表1 黃壁莊地震臺2015年地磁斷記統計

表2 黃壁莊地震臺2015年地磁FHD觀測數據受寧東直流輸電干擾統計

表3 黃壁莊地震臺FHD數據受周圍環境干擾統計

表4 黃壁莊地震臺FHD數據受其他因素影響統計

通過上述統計，儀器本身工作參數、儀器工控機及網絡造成的干擾，對全年的地磁數據質量影響比較大，其次是寧東直流輸電干擾、儀器本身出現的正常缺數以及地磁臺站外界的環境干擾，主要集中在5月、6月及11月，累計F分量出現臺階1 509分鐘、H分量15分鐘、Z分量1 509分鐘、D分量1 449分鐘。

2 資料的可靠性分析

2.1 資料的常規分析

2015年5月1日至12月31日，地磁場的總場F、水平分量H、磁偏角D三分量的記錄基本正常。圖1是2015年黃壁莊臺地磁總場F、水平分量H、垂直分量Z、磁偏角D的變化曲線圖和差分圖。在F、H、D、Z日均值的一階差分圖中，部分數據出現超過均方差的異常，認為引起的原因有：地磁磁暴的影響，主要是外空地磁磁場的自身變化[1]；儀器本身出現的偶然觀測誤差；2015年開始的季度末對儀器的標定，觀測數據的漂移偏差，及時修正后(水平補償電流偏置電流的重新標定)，造成部分數據斷記；寧東直流輸電干擾；電源穩壓器對數據的干擾。除此之外，根據全年統計結果看，重啟數采，會造成各分量數據缺記較多，原因是數采軟件存在軟病，或儀器工控機存在問題，需升級儀器軟件或定時檢修工控機。

圖1 2015年地磁場F、H、D、Z分量變化曲線和差分圖Fig.1 Changes of components of F, H, D, Z of geomagnetic field and the differences in 2015

黃壁莊臺的環境干擾主要是車輛干擾，2015年4月臺站附近水庫管理處開始硬化路面、綠化場地，10月完工。雖然車輛影響得到有效的控制，但由于相對記錄室距水庫管理處新修道路只有90 m，常有大型車輛經過時造成的干擾。場地綠化完畢，干擾排除。

2.2 資料的相關性分析

以紅山、廣平、昌黎、豐寧臺站的資料為參考，用相關分析法來檢驗黃壁莊臺新磁房地磁資料(見圖2)。可以看出，與紅山、廣平臺資料的相關性較好，與昌黎、豐寧臺的相關性一般，初步判斷可能與地理經緯度有關。

圖2 2015年Z21相關分析圖Fig.2 Correlation analysis of Z21 in 2015

2.3 資料的差值分析

影響FHD儀器資料可靠性的因素主要是儀器工作狀態是否正常，線圈是否有漂移，是否有干擾等[2]。根據在局部區域內(如100～200 km范圍內)地磁場具有時空變化規律的一致性和相關性的特點，如果選一個相對穩定的臺站作為參考臺進行差值分析，通過差值變化情況來判斷臺站儀器的觀測數據是否可靠[3]。為此，做出紅山、昌黎、豐寧臺及黃壁莊臺的各分量差值曲線圖(見第19頁圖3)。由圖3可見，2015年5月1日至12月31日正式觀測期間，地磁場的總場強度F、水平分量H、磁偏角D三分量的記錄基本正常，在標定時出現臺階，各分量存在部分階躍。對每月去掉臺階后的數據進行對比看出，黃壁莊臺與河北省其他臺站數據各分量差值曲線起伏均控制在10 nT以內，說明黃壁莊臺觀測數據與河北省其他臺站觀測數據具有較好的一致性，數據無漂移現象。10月中旬出現的臺階可能與整理儀器信號線及檢修儀器供電設備有關。

2.4 地磁FHD-2B型儀器產出資料的背景噪聲分析

依據國家地磁臺網中心網站發布的計算噪聲方法，每月選定5個磁靜日，計算F、Z、H、D各要素每日當地時間00—03點預處理數據的一階差分，排除占總數20%的極點值之后，取峰峰值δF、δH、δD和δZ，剔除5個峰峰值中的最大值，計算剩余4個峰峰值的平均值，即得到該要素的背景噪聲SF、SH、SD和SZ。通過上述方法計算，得出符合國家地磁臺網中心評比規定的數據噪聲值(見表5)。

表5 2015年黃壁莊臺F、H、D、Z分量噪聲分析表

由表5可見，黃壁莊臺背景噪聲偏大，特別是D分量，比中國地震臺網的平均噪聲大約0.45；F分量比臺網的平均噪聲大約0.04 nT；H比臺網的平均噪聲大約0.2 nT；Z比臺網的平均噪聲大約0.04 nT。針對噪聲大這一情況，采取適當措施，如斷掉電源穩壓源、交流電源兩端加地線、重新布設信號線(原信號線采用穿管地埋)等不斷排查解決。

3 結論

通過上述分析，得出以下結論：

圖3 2015年5月1日至12月31日黃壁莊臺與河北省其他臺站地磁數據差值對比分析Fig.3 Difference comparison of geomagnetic data from Huangbizhuang Seismological Station and from other stations in Hebei in 2015

(1) 觀測系統除數采軟件存在軟病，儀器工控機偶爾存在問題外，數采主機、探頭及數據庫運行基本正常。

(2) 臺站觀測數據與紅山臺、廣平臺的觀測數據相關性較好，與昌黎臺、豐寧臺的相關性一般，與河北省其他臺站觀測數據具有較好的一致性，數據無漂移現象。

(3) 黃壁莊臺背景噪聲偏大，可采取適當措施排查解決。

黃壁莊臺新磁房地磁觀測數據在完整性、可靠性、背景噪聲等方面均符合規范及評比要求，可為分析研究提供參考依據。

[1] 熊仲華，劉運生.地磁觀測技術[M].北京:地震出版社,1997.

[2] 夏 忠，馮志生，稽才建，等.FHD-1型質子磁力儀的改進與完善[J].地震學刊,2002(20):28-31.

[3] 夏 忠，稽才建，馮志生.FHD分量核旋儀觀測系統的抗干擾技術[J].地震研究,2005,28(1):102-107.

(英文摘要

Running Quality of FHD in Huangbizhuang Seismological Station, Hebei

LIU Tan, ZHU Yin-jie, ZHOU An-pin, NIU Shu-yu, ZHAO Yu-chen, LIU Jing, DONG Bo, JI Chun-ling, ZHANG Huan-xi

(Shijiazhuang Central Seismological Station of Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang, Hebei 050000, China)

The record breakup of observation data, the interference, the change of geomagnetic tendency, the spatial correlation and the difference are analyzed to get the running condition of FHD in the new room in Huangbizhuang Seismological Station in Hebei. The results show that the observation data have a better integrity and are less disturbed, and the reliability is relatively high. The disadvantage is that the background noise is large. The data accuracy needs to be improved.

Geomagnetic FHD observation system; Data analysis; Observation accuracy

1000-6265(2016)04-0016-04

2016-06-23

劉 檀(1985— )，女，河北石家莊人。2010年畢業于防災科技學院，助理工程師。

P315.62

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