安徽省地磁儀器觀測質量分析

應允翔 車濛琪 劉紅飛 陶方宇

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

摘? 要：該文通過選取安徽省地磁觀測資料、包括蒙城地震臺相對和絕對觀測資料、金寨地震臺和涇縣地震臺的地磁相對觀測資料，運用單臺絕對差值檢測法和多臺相對差值檢測法等方法以及通過絕對觀測方法的改進，分析安徽省地磁觀測資料質量。結果表明：蒙城臺地磁觀測系統儀器運行較為穩定，金寨臺和涇縣臺地磁數據質量存在一定的問題。

關鍵詞：地磁觀測? ?地磁資料? ?檢測? ?地磁臺站

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：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

地磁臺站負責日常監測地磁場的變化，為地磁、震磁關系以及相關研究提供可靠的地磁數據。隨著地磁觀測技術的不斷提高和電子技術、通信技術的全面發展革新，新型數字地磁觀測儀已投入使用，地磁觀測數據越來越豐富、完善和網絡化。地磁日常觀測數據的運用范圍不斷擴大，逐步從單一的學科研究向航空、通信和導航等多領域、全方位研究展開應用。地磁學科日常觀測已成為我國地震預報數據來源的重要手段之一。由于地震與地磁信息的相關性較小，地磁物理機制復雜，因此地磁數據質量的穩定性具有重要意義[1]。

1? 安徽省地磁臺站概況

安徽省地震局目前地磁數字化觀測臺站共有3個，分別為蒙城臺、涇縣臺、金寨臺。

蒙城地震臺周圍地勢開闊，離城市和村莊較遠，周邊干擾源分布少，為日常數據觀測提供了良好的環境。地磁觀測自蒙城臺建立以來從未中斷過。通過近50年的連續觀測，收集存儲了相當數量的高質量的地磁觀測資料，數據資料得到了眾多學科專家和同事的充分利用，具有很高的實用價值。

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

金寨地震臺地處大別山梅山—龍河口斷裂帶近側，臺基巖性為變質巖。距離梅山水庫2 km，是監視水庫地震和皖西地區地震活動的重要臺站之一。

經過“十五”項目的改造，3個臺站分別安裝了GM-4磁通門磁力儀、FGM-01磁通門磁力儀、FHD-2B質子矢量磁力儀。而通過將經緯儀和質子旋進式磁力儀配合相對記錄儀，能夠組成一套完整的地磁數字化觀測系統。表1為目前安徽省內現有地磁儀器的性能指標參數。

2? 地磁相對數據質量控制及方法

通過對相對數據進行去除尖峰、臺階，對錯誤數據進行刪除等方式去除相對記錄數據曲線上不是天然地磁場的變化部分形態。對于原始數據進行預處理是臺站日常工作的重要組成部分，能夠最大限度地保證所有計算輸出數據的準確性[2]。

2.1 單臺絕對差值檢測法

絕對差值檢測是指由同一套絕對觀測數據校正的2套（多套）相對記錄器數據之間的差異。絕對差值檢測適用于用于檢查2臺（多臺）在一個月內（最長）的相對記錄設備工作情況的穩定性變化，最簡單的表現形式為2臺儀器數據的一致性。當然絕對差值檢測對于預處理數據中的問題也具有識別的作用。從圖1中可以看出2020年3月1日的蒙城臺2套記錄儀絕對差值檢測結果。兩套儀器以GM-4為主儀器，以FGM-01與GM-4的數據進行差值分析，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2套記錄儀絕對差值的檢測結果，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。從數據的整體表現來看，一致性較好，說明在3月份期間，數據質量較為穩定。而某些情況下，在對相對數據進行預處理時，2套儀器數據重合度較好，很難從中看出問題，而通過絕對差值檢測方法時，數據之間的差距非常明顯。

2.2 多臺相對差值檢測法

觀測數據的原始數據與預處理數據之間的差值通常被成為相對差值，通過差值檢測可以清晰地看出每個相對記錄儀的數據都進行了哪些預處理，以及數據處理的完整性和合理性。一般來說，不對原始數據進行任何處理，兩者的差值應始終為0。而非零值的出現也就表示對原始數據進行了預處理[3]。差值曲線的非零情況，可以初步檢查數據的預處理部分，是否存在錯誤處理，以及在一定時間內是否遺漏對干擾的處理。相對夜均值檢測是一種相對差分的方法，它每天使用午夜數據進行差分分析。由于子夜（世界時間00：00～03：00）的數據干擾較少，數據變化情況相對明顯。圖3是2020年1月蒙城臺GM-4、FGM-01儀與金寨臺FHD-2B、涇縣臺FGM-01和高郵臺FHD-2B相對夜均值數據對比，從圖3中可以清楚地看出，在1月6日金寨臺FHD-2B數據明顯和其他臺站數據變化不一致，數據變化幅度偏大;蒙城臺FGM-01也存在整月垂直分量Z以及水平分量H的數據漂移情況。單個地磁臺站的數據對比，不容易發現錯誤的數據。通過與國內多個地磁臺站的數據進行對比，問題數據就比較容易找到。蒙城臺在對日常數據進行處理后，首先確定該臺站的兩個儀器數據之間的相對差值，將其與省內其他站點的數據進行對比，然后是國家地磁臺網的評議曲線中同一編組的數據，最后是通過國家地磁臺網，將國內地磁臺站繪制的一天（多天）數據進行比較。一天的繪制曲線對于一些錯誤數據來說并不明顯，但如果通過連續幾天繪制曲線，錯誤數據可以較為明顯，發現問題可以盡快解決，這不僅有利于保證數據的完整性和準確性，同時也能提高單臺觀測數據的質量[4-5]。

3? 蒙城地震臺地磁絕對觀測系統

地磁絕對觀測是指擔負監測地磁場長期變化任務的地磁臺站必須觀測的地磁要素的絕對測量。絕對觀測對地磁臺產出的觀測數據的準確性起著相當重要的作用。相對記錄儀器的數據也只有通過基線值的加權校正，才能準確地反映臺站所觀測區域內磁場要素的絕對值和變化水平。地磁臺站最終觀測數據的準確性和可靠性也是通過地磁絕對觀測水平決定的[6-7]。

蒙城臺在地磁絕對觀測中，對絕對觀測儀器配備了布罩，并通過在觀測儀器旁存放一定數量的干燥劑，達到了對儀器的防塵防潮效果。按照國家地磁臺網規定在每周一和周四下午地磁場較為平靜時段觀測3組數據，再從3組數據中選擇兩組較好的觀測數據。圖4為2019年2月GM4儀D、H、Z三分量基線值曲線圖，是蒙城臺通過絕對觀測產出的基線數據。三分量基線值曲線變化穩定平滑，同日觀測的2個基線值和相鄰觀測日之差均滿足國家地磁臺網要求的磁偏角D≤0.1'，水平分量H≤1.0 nT，垂直分量Z≤1.0 nT。

月度剩余標準偏差是衡量記錄儀器運行情況的標準。表2為蒙城臺2020年GM4-1儀器基線值的月殘差標準差，由表2可知，偏角D、水平分量H、垂直分量Z分量的月殘差標準差數據滿足規范要求，數值較小，表明相對記錄GM-4儀器穩定性高于FGM-01儀。

4? 結語

（1）通過對安徽省地磁相對和絕對觀測資料控制分析，認為蒙城臺相對記錄儀GM-4、FGM-01和絕對觀測儀Mag-01工作正常，運行穩定，涇縣臺儀器穩定性有待加強，金寨臺環境噪聲影響較大。

（2）蒙城臺地磁絕對觀測通過對觀測人員的嚴要求以及觀測人員所掌握的觀測技術的不斷提升和儀器穩定性的逐年加強，GM-4儀三分量基線值變化逐年趨于穩定，同日及相鄰兩個觀測日基線值之差需要控制在DB≤0.1'，DH≤1.0 nT，DZ≤1.0 nT，高于臺網標準;各分量月剩余標準偏差σD≤0.06，σH≤O.5 nT，σz≤0.5 nT，也滿足要求，對于GM-4儀器檢測結果為其觀測精度較高。

（3）該文通過對蒙城臺近幾年日常觀測數據的處理情況進行整理，總結了臺站同事在數據質量控制中的一些實用的經驗，通過提高地磁觀測數據的質量，使地磁觀測數據得到更好的發展和應用。

參考文獻

[1] 車濛琪，應允翔，汪繼林，等.地磁觀測質量與溫度的關系分析[J].科技資訊，2020，18（33）：50-52.

[2] 暢國平，王秀敏，王志敏，等.紅山地震臺數字地磁觀測質量控制與分析[J].高原地震，2018，30（2）：46-52.

[3] 羅磊.噪聲成像技術在濟南市城市地下空間探測中的應用研究[D].上海：東華理工大學，2019.

[4] 劉成.地磁觀測數據質量分析及校正技術研究[D].北京：中國地震局地球物理研究所，2018.

[5] 邵馨葉.地磁臺站記錄中磁偏角異常信息的提取和相關性研究[D].昆明：昆明理工大學，2020.

[6] 鄧娜，羅俊秋.數字地磁臺站質量控制[J].地震地磁觀測與研究，2009，30（Z1）：103-107.

[7]王曉美.地磁場相對變化觀測技術研究[D].北京：中國地震局地球物理研究所，2019.