蒙城野外站電磁場(chǎng)同臺(tái)變化分析

張明明　薛志明　周振貴　孫伯樂　汪繼林　李雪華

摘? 要：該文采用盡量減少自然現(xiàn)象如較大磁擾、磁暴、天氣變化等變化影響的電磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)磁靜日的日變化分析認(rèn)為，磁靜日電、磁場(chǎng)變化主要由影響范圍在1000km覆蓋蒙城野外站所在區(qū)域的渦旋電流場(chǎng)所主宰，不同磁靜日電、磁場(chǎng)的日變化曲線形態(tài)存在較大差異，同日電、磁場(chǎng)變化的差異由不同場(chǎng)源的自然電場(chǎng)、地磁感應(yīng)場(chǎng)等變化導(dǎo)致。

關(guān)鍵詞：蒙城野外站? 地電場(chǎng)? 地磁場(chǎng)? 磁靜日? 變化率

中圖分類號(hào)：P631 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（b）-0019-03

地球電磁場(chǎng)包括地磁場(chǎng)和地電場(chǎng)兩個(gè)本質(zhì)上相關(guān)的地球物理場(chǎng)。電磁觀測(cè)是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)重要的前兆手段之一，杜學(xué)彬等人（2007）研究認(rèn)為地電場(chǎng)的日變化不僅與緯度有關(guān)而且與季節(jié)有關(guān)。地磁日變化的一般規(guī)律是白天變化大，夜間變化小。

張素琴等人（2010）研究了磁暴期間磁場(chǎng)變化率與地電場(chǎng)的關(guān)系，結(jié)果表明，磁暴期間H分量變化率與地電場(chǎng)東向分量觀測(cè)數(shù)據(jù)顯著相關(guān)，并且周期成分相同。由于利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)的變化進(jìn)行震兆分析還處于實(shí)踐探索階段，目前的當(dāng)務(wù)之急是努力尋找地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)的變化規(guī)律和特點(diǎn)。

電磁觀測(cè)是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)重要的前兆手段之一，而利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)的變化進(jìn)行震兆分析還處于實(shí)踐探索階段，目前的當(dāng)務(wù)之急是努力尋找地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)的變化規(guī)律和特點(diǎn)。

1? 臺(tái)站的基本情況

蒙城地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（下簡(jiǎn)稱蒙城野外站）位于郯廬斷裂帶西側(cè)約140km，皖西北亳州市蒙城縣小澗鎮(zhèn)境內(nèi)的黃柏山上，海拔高程54m，東經(jīng)116.5°，北緯33.4°。臺(tái)基主要是震旦系沙巖及第四紀(jì)覆蓋層，周圍地區(qū)覆蓋大都在100～300m左右。巖石出露為尖山、黃柏山、施連山、狼山等南北走向的低山。測(cè)區(qū)內(nèi)地形較平坦，測(cè)區(qū)內(nèi)為農(nóng)田（旱田）。蒙城野外站電磁場(chǎng)主要進(jìn)行地電阻率、地電場(chǎng)、地磁觀測(cè)，觀測(cè)儀器為ZD8M地電儀、ZD9A-Ⅱ地電場(chǎng)儀、GM4相對(duì)記錄儀進(jìn)行同臺(tái)觀測(cè)。地電場(chǎng)測(cè)區(qū)位于地電阻率測(cè)區(qū)內(nèi)，而GM4相對(duì)觀測(cè)室距該測(cè)區(qū)60m左右，相對(duì)高度3m左右。

2? 數(shù)據(jù)的選取

目前臺(tái)站電、磁場(chǎng)觀測(cè)是在地表的固定觀測(cè)，所觀測(cè)物理量的特性，使其在觀測(cè)過程中容易受到各種自然、人為干擾的影響，其中地磁場(chǎng)的擾動(dòng)、磁暴和降水、雷電的影響占了絕大多數(shù)。各地磁要素日變化的一般規(guī)律是白天變化大，夜間變化小。而地磁靜日變化以一個(gè)太陽(yáng)日為周期依賴于地方太陽(yáng)時(shí)的平靜變化。基本排除了較大磁擾、磁暴的影響。

根據(jù)地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)的廣域性，蒙城野外站地電場(chǎng)觀測(cè)區(qū)和地磁觀測(cè)儀器布設(shè)位置的差異對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響基本可忽略不計(jì)。

因此，對(duì)比2012年度地電場(chǎng)長(zhǎng)極距和自然電位差日均值曲線（見圖1），2012年6～10月受降水、雷電影響變化教大，故選取2012年1～5月數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)時(shí)段的磁靜日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而盡量減少測(cè)區(qū)自然環(huán)境環(huán)境等變化帶來的影響。

依據(jù)地球電磁感應(yīng)的理論，地電場(chǎng)的南北分量對(duì)應(yīng)于地磁場(chǎng)的東向分量的時(shí)序變化，地電場(chǎng)的東西分量對(duì)應(yīng)于地磁場(chǎng)的北向分量的時(shí)序變化。該文選取地磁的H分量與地電場(chǎng)東西分量進(jìn)行分析。經(jīng)過對(duì)地磁H分量分鐘值數(shù)據(jù)繪圖分析，為了更好地比較電、磁場(chǎng)變化的形態(tài)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，選取磁靜日H分量1月14日、2月17日等幾天的電、磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分鐘值數(shù)據(jù)曲線形態(tài)分析比較，磁靜日H分量曲線部分形態(tài)差異較大（見圖2）。

3? 數(shù)據(jù)處理

由于電、磁場(chǎng)的物理量不同，為了便于比較分析，分別對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。以當(dāng)日電場(chǎng)、磁場(chǎng)00：00的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，分別計(jì)算每分鐘相對(duì)于00：00數(shù)據(jù)的變化率。為便于比較將磁場(chǎng)變化率擴(kuò)大1000倍。分別繪制電、磁場(chǎng)變化率曲線圖，具體見圖3。

即H變化率=（X_n-X₁）/X₁×100×1000? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

E0變化率=（X_n-X₁）/X₁×100? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

3.1 日總K值、電磁變化的相關(guān)性、出現(xiàn)轉(zhuǎn)折時(shí)差

具體情況見表1。

3.2 地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)磁靜日曲線峰、谷轉(zhuǎn)折分析

具體情況見表2。

4? 分析

從圖3可以看出，不同磁靜日電、磁場(chǎng)的變化形態(tài)存在較大差異，但同日地電場(chǎng)E向分量、地磁場(chǎng)H分量變化率曲線多具有相似的變化形態(tài)，也存在部分變化不一致的現(xiàn)象。

由相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，在顯著性水平α=0.01、N=1000的情況下，r≥0.077即認(rèn)為兩者相關(guān)。計(jì)算電、磁場(chǎng)變化率的r分析，地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)兩者之間存在明顯相關(guān)。2月23日r=-0.003、3月26日r=-0.07相關(guān)性不高，從變化率曲線圖上可以看出930min、820min之后的數(shù)據(jù)變化存在較大的差異。在相關(guān)性較高的時(shí)段內(nèi)，仔細(xì)觀察仍可發(fā)現(xiàn)如5月2日640～1320min之間存在部分變化不相符的情況。葉青等人（2007）運(yùn)用最大熵譜方法對(duì)部分臺(tái)站地電場(chǎng)日變化、地電暴等譜成分的研究表明：地電場(chǎng)日變化主要是12h的半日波成分最強(qiáng)，24～25h的全日波和8h周期成分次之。其正常的日變形態(tài)具有雙峰雙谷的變化特點(diǎn)，對(duì)地電場(chǎng)、地磁場(chǎng)變化率峰、谷轉(zhuǎn)折時(shí)刻的統(tǒng)計(jì)表明，兩者有相似的峰、谷轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，地磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折滯后于地電場(chǎng)的轉(zhuǎn)折，平均達(dá)16.5min。

5? 討論

在蒙城野外站周圍1000km范圍內(nèi)，地磁低點(diǎn)位移異常與蒙城野外站地磁垂直分量日變形態(tài)畸變存在較高的對(duì)應(yīng)率，表示該渦旋電流場(chǎng)影響范圍應(yīng)在1000km以內(nèi)等。由地球內(nèi)部感應(yīng)電流所產(chǎn)生的日變磁場(chǎng)與地殼、地幔的電阻率有關(guān)：電阻率大，則感應(yīng)電流小，磁場(chǎng)小;電阻率小，則感應(yīng)電流大，磁場(chǎng)大。地球應(yīng)力場(chǎng)的變化會(huì)引起地下電阻率的變化，從而影響日變磁場(chǎng)的正常變化。地磁場(chǎng)峰、谷轉(zhuǎn)折時(shí)間較地電場(chǎng)滯后，是否與地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)有關(guān)值得近一步研究。

6? 結(jié)論

（1）不同磁靜日，電、磁場(chǎng)的日變化曲線形態(tài)存在較大差異，但同日的地電、磁場(chǎng)則多具有相似的變化形態(tài)。

（2）磁靜日電、磁場(chǎng)變化的部分差異可能由不同場(chǎng)源如自然電場(chǎng)、地磁感應(yīng)場(chǎng)等變化導(dǎo)致。

（3）磁靜日電、磁場(chǎng)變化主要由影響范圍在1000km覆蓋臺(tái)站所在區(qū)域的渦旋電流場(chǎng)所主宰。

（4）地磁場(chǎng)峰、谷轉(zhuǎn)折時(shí)間較地電場(chǎng)滯后，是否與地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)有關(guān)值得近一步研究。

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