大同站FHD-2B地磁观测数据典型干扰分析_郝雪景.pdf

郝雪景，韩胜，高龙飞，等.大同站 FHD-2B 地磁观测数据典型干扰分析 J.地震科学进展,2023,53(6):251-260.doi:10.19987/j.dzkxjz.2022-157HaoXJ,HanS,GaoLF,etal.TypicalinterferenceanalysisofFHD-2BobservationdataatDatongseismicstationJ.ProgressinEarthquakeSciences,2023,53(6):251-260.doi:10.19987/j.dzkxjz.2022-157大同站 FHD-2B 地磁观测数据典型干扰分析*郝雪景1,2)韩胜1,2)高龙飞1,2)刘炜1,2)1)山西省地震局，山西太原0300212)太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西太原030025摘要山西省大同地震监测中心站 FHD-2B 地磁观测数据质量主要受仪器自身观测系统和周围环境干扰影响，由于仪器出厂后性能接近稳定，因此要提高观测数据质量，可以从改善环境干扰入手。本文从连续率、完整率和背景噪声 3 个方面对 20172021 年的观测数据进行质量评价，发现自 2019 年 6 月仪器更新改造后，仪器背景噪声水平明显降低。通过分析场地施工、车辆运行、高压直流输电、断电等典型干扰事件下的数据曲线形态，发现施工干扰一般表现为各分量受干扰时段一致，干扰幅度不同；高压直流输电干扰常表现为 Z 分量干扰严重，可以通过国家地磁台网中心给出的干扰时段，结合周边地磁台站数据进行处理；车辆干扰对数据各分量均产生干扰，对应于车辆活动时段；断电干扰表现为 D、H、Z 分量观测数据曲线变粗，毛刺增多，甚至出现错误数据，通过修改仪器参数解决。总结不同干扰曲线特征，便于工作人员正确使用 FHD-2B 地磁数据进行地震研究。关键词FHD-2B；地磁；质量评价；干扰；大同中图分类号：P315.63文献标识码：A文章编号:2096-7780(2023)06-0251-10doi：10.19987/j.dzkxjz.2022-157Typical interference analysis of FHD-2B observation data at Datong seismic stationHao Xuejing1,2),Han Sheng1,2),Gao Longfei1,2),Liu Wei1,2)1)ShanxiEarthquakeAgency,ShanxiTaiyuan030021,China2)NationalContinentalRiftValleyDynamicsObservatoryofTaiyuan,ShanxiTaiyuan030025,ChinaAbstractThegeomagneticobservationdataofFHD-2BatDatongseismicstationinShanxiismainlyaffectedbytheinterferenceoftheinstrumentsownobservationsystemandthesurroundingenvironment.Sincetheperformanceofthe instrument is nearly stable after delivery，we can improve the quality of observation data by improving theenvironment.In this paper，the quality of observation data from 2017 to 2021 was evaluated from three aspects：continuityrate，integrityrateandbackgroundnoise，anditisfoundthatthebackgroundnoiseleveloftheinstrumenthasbeensignificantlyreducedsincetheinstrumentwasupdatedinJune2019.Byanalyzingthedatacurvesofdifferentinterferencessuchasconstructioninterference，vehicleinterference，high-voltagedirectcurrenttransmissioninterferenceandpowerfailure，itisfoundthattheconstructioninterferenceisgenerallymanifestedinthesameperiodoftimewhen*收稿日期：2022-10-20；采用日期：2022-11-30。基金项目：山西省地震局科研项目（SBK-2009）和中国地震局地质研究所国家野外科学观测研究站课题（NORSTY20-05）联合资助。通信作者：郝雪景（1994-），女，助理工程师，主要从事地震监测工作。E-mail：。第53卷第6期地震科学进展Vol.53No.62023年6月ProgressinEarthquakeSciencesJun.,2023eachcomponentisinterfered，andtheinterferenceamplitudeisdifferent；theinterferenceofhigh-voltagedirectcurrenttransmissionisusuallyseriousinZcomponent，whichcanbeprocessedthroughtheinterferenceperiodgivenbytheNational Geomagnetic Network Center and combined with the data of surrounding geomagnetic stations；vehicleinterference interferes with each component of data，corresponding to vehicle activity period；the power failureinterferenceshowsthattheobserveddatacurvesofD，HandZcomponentsbecomethicker，burrsincrease，andevenwrongdataappear，whichcanbesolvedbymodifyingtheparametersoftheinstrumenthomepage.Thecharacteristicsofdifferentinterferencecurvesaresummarized，whichisconvenientforworkerstouseFHD-2Bgeomagneticdatacorrectlyforseismicresearch.KeywordsFHD-2B;geomagnetism;qualityevaluation;interference;Datong 引言山西断陷盆地历史上地震频发，其主要原因是断陷盆地内的全新世活动断裂强烈活动引起的1-3。地磁场变化中存在与孕育地震有关的地壳磁场变化4，通过地磁观测可以得到地磁场变化信息，全国目前有逾百个地震台站具有地磁观测设备。许多学者对FHD 地磁观测数据进行过分析研究。彭洪军5对FHD 磁力仪使用过程中的干扰因素进行分析并制订合理的预处理措施；李庆武等6从多方面探寻降低丰宁台 FHD 仪背景噪声的方法；陈贤等7、郭灏明8和彭澎等9分析了信阳台、盐城台和宿迁台地磁观测中的各类干扰识别与处理方法；何宇飞等10根据近年来 FHD 仪观测中出现的问题对仪器进行升级改进。山西省大同地震监测中心站（下文简称大同站）地磁观测配备 1 套 FHD-2B 质子矢量磁力仪、2 套GM4-XL 磁通门磁力仪和 1 套 OVERHAUSER 磁力仪，其中 FHD-2B 磁力仪于 2008 年 1 月正式投入运行，经过 10 多年的观测，积累了大量的数据资料。本文结合国家地磁台网中心的评议结果对大同站20172021 年 FHD-2B 观测数据进行质量评价，分析影响其观测水平的因素，通过查阅观测日志、对比原始与预处理数据曲线，总结不同干扰的曲线变化特征，便于工作人员正确识别干扰并处理数据，提高观测资料质量。1台站及仪器信息1.1 台站概况大同站上皇庄观测站位于大同市马军营乡上皇庄村，距市区约 4km，地理位置如图 1 所示。台站处于大同盆地边缘两大地貌单元的分界处，台站西北部为山区，山地中沟谷发育，切割较深，东南部为洪积倾斜平原，口泉断裂在台站附近通过11。地磁观测场地远离居民住宅区、公路、采石场、电磁线路，测区地形平坦、开阔。N100 m113 13 E113 18113 2340 11 N 40 0539 59图1大同站地理位置图Fig.1LocationmapofDatongstation1.2 仪器介绍FHD-2B 质子矢量磁力仪（下文简称 FHD 仪）观测系统包括主机、探头、分量线圈及连接线路，利用质子旋进原理连续观测地磁场的总强度 F、水平分量 H、磁偏角 D。通过 F、H 可以计算得到垂直分量Z，由数据处理软件计算转换产出。该仪器采用数字化、网络化控制，工作人员通过访问仪器主页，可以下载观测数据，控制仪器参数，监视运行状态等。仪器主要技术指标为：分辨率 0.1nT，总场 F 精度 0.3nT，垂直分量 Z 精度 0.6nT，水平分量 H 精度 0.6nT，磁偏角 D 精度 0.1，测量范围 2000070000nT，采样率为 1min。仪器主机、探头及分量线圈如图 2 所示。大同站 FHD 仪于 2008 年 1 月正式运行，仪器探头和线圈独立放置在探头室的观测墩上，主机放在探头室东北向约 20m 远的地磁房内，使用沿地埋线管布设的双绞线传输。252地震科学进展2023年2质量评价结合国家地磁台网中心 FHD 观测评比结果可知，大同站主要受数据连续率、完整率和背景噪声影响，偶有数据预处理错误等。随着观测系统的不断完善、工作人员处理数据水平的不断进步，除一些不可抗拒的干扰因素外，大同站 FHD 仪观测质量在逐步改善。2.1 连续率和完整率观测数据的连续率反映原始数据的完整性，完整率反映预处理数据的完整性，二者可以直接表征仪器的运行状态及经过处理后数据的保留程度。影响连续率的主要因素是数采漏采、仪器故障、仪器标定、停电等导致的数据缺失，影响完整率的主要因素是场地施工、人为干扰等错误数据的删除。统计大同站 20172021 年的连续率和完整率（表 1）。2019 年连续率和完整率均低于 99%，原因是2019 年 6 月大同站 FHD 仪仪器更新改造，更换了新的主机、探头、线圈和信号线，期间存在数据缺测和施工干扰，并且 12 月观测场地内存在施工干扰（安装保温棚）。2020 年仪器在 4 月和 12 月出现两次主机死机故障，导致数据缺测；受 9 月探头房周边土地修整施工和 10 月办公机房改造干扰的影响导致完整率较低。2021 年仪器运行稳定，连续率和完整率较好。2.2 背景噪声地磁观测参考背景噪声是指固定台站某套仪器对磁场变化响应的灵敏程度，是数据质量评价的一项重要内容12。图 3 为 20172021 年大同站 FHD 仪各测项分量背景噪声值与国家地磁台网中心噪声平均值的对比图。00.40.81.22017201820192020202100.20.40.60.81.02017201820192020202100.20.40.60.82017201820192020202100.20.40.60.820172018201920202021D 分量噪声值/nTH 分量噪声值/nTZ 分量噪声值/nTF 分量噪声值/nT年份年份年份年份台网值大