流動地磁監(jiān)測數(shù)據(jù)處理流程

陳斌+袁潔浩+王粲+徐如剛+王振東

摘要：闡述了中國地震局流動地磁團隊現(xiàn)在采用的數(shù)據(jù)處理流程，包括最近臺站替代法的日變通化和自然正交分量模型的長期變化改正。并采用該流程對野外地磁測量數(shù)據(jù)進行了日變通化和長期變化改正，得到巖石圈磁場年度變化數(shù)值，殘差分析表明誤差不大于10 nT，一般在5 nT之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：流動地磁監(jiān)測；數(shù)據(jù)處理流程；日變通化；長期變化改正；誤差分析

中圖分類號：P318文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000-0666（2017）03-0335-05

0引言

地震的孕育及發(fā)生過程中，地下能量的積累與釋放過程必然會引起巖石圈介質(zhì)性質(zhì)，如溫度、應(yīng)力等狀態(tài)的改變。這一性質(zhì)的改變將通過各種震磁效應(yīng)引起巖石磁化率的改變（黃平章等，1990；郝錦綺等，1992，1993；侯登錄等，2003；李海燕，張世紅，2005），從而在地面產(chǎn)生能觀測到的巖石圈磁場異常變化。因此通過監(jiān)測地面的巖石圈磁場異常變化研究地震活動性是地磁學(xué)科主要研究方向之一。我國的地震學(xué)者通過監(jiān)測地磁臺站的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了某些可能的地震地磁異常現(xiàn)象，取得了如“低點位移”“轉(zhuǎn)換函數(shù)”等理論（馮志生等，2000，2004；劉哲，2002；史勇軍等，2002；王亶文，2003；陳伯舫，2003；丁鑒海等，2004；王世昌等，2004；張淑蘭，江在森，2004；吳小平等，2004；李樹華，2004；李琪等，2005；張繼紅，喬惠珍，2005；蔣延林等，2005；楊濤等，2005），但由于地磁臺站的空間間隔較大，這一類研究對空間的辨識率不高。流動地磁研究者也使用空間高分辨率的流動地磁數(shù)據(jù)進行了地震地磁相關(guān)性的分析（解用明等，2001，2002，2005；詹景立，黃健，2004），但僅重點分析以震中為中心的某一段時間-空間區(qū)域的變化，缺乏全時間-空間尺度的辨析，且不同地區(qū)、不同時間的地震活動對應(yīng)的地磁變化形態(tài)并不一致，這可歸因于其中的某些變化是磁場的正常變化。自2010年初以來，中國地震局流動地磁技術(shù)團隊在大華北、南北地震帶和南北天山3個區(qū)域持續(xù)開展了年尺度的矢量地磁復(fù)測，發(fā)現(xiàn)了一些與地震相關(guān)地磁異常現(xiàn)象，如圍繞地震震中出現(xiàn)高梯度分布或者磁偏角零變線等現(xiàn)象（顧春雷等，2010，2012；倪喆等，2014a，b，c；蘇樹鵬等，2016）。本文主要闡述了流動地磁技術(shù)團隊采用的的數(shù)據(jù)處理過程，并分析數(shù)據(jù)處理過程中誤差的可能數(shù)值范圍。

1監(jiān)測目標(biāo)

按照來源的不同，地球磁場可分為內(nèi)源磁場和外源磁場。內(nèi)源磁場可細(xì)分為源于地球液體外核磁流體動力學(xué)過程的主磁場和源于地殼及上地幔物質(zhì)磁性的巖石圈磁場。外源場可細(xì)分為源于固體地球之外的各種電流體系產(chǎn)生的磁場和固體地球內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)磁場。

由于巖石圈磁場包含了地殼和上地幔物質(zhì)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的豐富信息，因此通過對巖石圈磁場的研究可以推進對地球演化、地質(zhì)構(gòu)造演變及成礦研究等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。從地震監(jiān)測預(yù)報目的來看，發(fā)生在地表60 km范圍內(nèi)的淺源地震往往比同級別的深源地震會帶來更大破壞（傅淑芳等，1980；許忠淮，2014），所以地磁場的地震監(jiān)測目標(biāo)重點應(yīng)為對應(yīng)淺源地震深度的巖石圈磁場。巖石磁學(xué)的實驗室研究表明：巖石的狀態(tài)，如溫度、應(yīng)力狀態(tài)、巖石顆粒度及鐵磁性物質(zhì)含量等發(fā)生改變時，其磁性會發(fā)生相應(yīng)的改變，即產(chǎn)生如壓磁效應(yīng)、膨脹磁效應(yīng)、感應(yīng)磁效應(yīng)、熱磁效應(yīng)等震磁效應(yīng)。地震的孕育及發(fā)生過程中，地下能量的積累與釋放過程必然會引起巖石圈介質(zhì)性質(zhì)狀態(tài)的改變，并產(chǎn)生能觀測到的磁場異常變化。因此通過監(jiān)測巖石圈磁場的空間分布及時間變化的異常特征來研究地震活動性是我們的目標(biāo)。

合理、準(zhǔn)確地描述巖石圈磁場的空間分布及時間變化需要盡可能精準(zhǔn)地從觀測數(shù)據(jù)中消除各種外源磁場以及地球主磁場的影響。因此，中國地震局制定了觀測技術(shù)規(guī)范中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.2015.關(guān)于印發(fā)《流動地磁測量基本技術(shù)要求（試行）》的通知.以及日變通化、長期變化改正的數(shù)據(jù)處理流程，以便得到盡可能精確的巖石圈磁場數(shù)據(jù)。

2日變通化

本文闡述了中國地震局流動地磁團隊現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理流程，該流程依據(jù)地磁學(xué)的相關(guān)知識，利用臺站連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，建立了獨立的地磁學(xué)日通化和長期變化模型，形成了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)處理流程，得到了高精度的巖石圈磁場年度變化數(shù)據(jù)。

選用測點最近地磁臺日變通化和自然正交模型長期變化改正的數(shù)據(jù)處理方法過程中需要有諸多特別需要注意的地方。該處理流程帶來的整體誤差小于10 nT，大部分?jǐn)?shù)據(jù)誤差保持在5 nT之內(nèi)。但該流程仍然有諸多可以改進的地方，如日變通化處理過程中運用的三點近似處理方法和長期變化改正過程中對數(shù)據(jù)的強烈依賴性都是今后值得仔細(xì)思考和改進之處。

本文是中國地震局流動地磁團隊集體工作成果的闡述，所用流動地磁測量數(shù)據(jù)為全團隊的工作結(jié)果，在此向全體團隊成員表示感謝。日變通化和長期變化改正所使用的地磁臺站數(shù)據(jù)來自國家地磁臺網(wǎng)中心，感謝臺網(wǎng)中心和全國地磁臺站工作人員對流動地磁團隊的長期大力支持。中國地震局流動地磁技術(shù)團隊希望各位審者和讀者給我們提出寶貴的意見和建議，以促進我們團隊的健康進步，促進流動地磁監(jiān)測乃至地磁學(xué)科的科學(xué)研究水平的提高，促進我國的防震減災(zāi)事業(yè)長遠(yuǎn)穩(wěn)固發(fā)展，在此再次感謝。

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