河北黃壁莊地震臺(tái)FHD運(yùn)行質(zhì)量分析

劉 檀，朱音杰，周安聘，牛淑瑜，趙雨晨，劉 靜，董 博，紀(jì)春玲，張環(huán)曦

(河北省地震局石家莊中心地震臺(tái)，河北 石家莊 050021)

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·觀測(cè)分析·

河北黃壁莊地震臺(tái)FHD運(yùn)行質(zhì)量分析

劉 檀，朱音杰，周安聘，牛淑瑜，趙雨晨，劉 靜，董 博，紀(jì)春玲，張環(huán)曦

(河北省地震局石家莊中心地震臺(tái)，河北 石家莊 050021)

為進(jìn)一步了解河北黃壁莊地震臺(tái)新磁房FHD的運(yùn)行情況，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的斷記、觀測(cè)干擾、地磁趨勢(shì)變化、空間相關(guān)、差值相關(guān)等進(jìn)行分析，結(jié)果表明觀測(cè)數(shù)據(jù)在完整性方面比較好，數(shù)據(jù)受干擾程度較小，可靠性比較高，但是背景噪聲偏大，數(shù)據(jù)精度有待提高。

地磁FHD觀測(cè)系統(tǒng)；資料分析；觀測(cè)精度

0 引言

河北黃壁莊地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱黃壁莊臺(tái))是1966年邢臺(tái)地震后，由中國(guó)科學(xué)院地球物理所建設(shè)的測(cè)震臺(tái)，是省屬臺(tái)站，位于鹿泉市北部黃壁莊鎮(zhèn)，距鹿泉市20多公里。目前，該臺(tái)有數(shù)字化測(cè)震、地磁、GNSS等觀測(cè)手段，并負(fù)責(zé)石家莊分中心數(shù)據(jù)處理工作。臺(tái)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(biāo)高117 m～135 m，地質(zhì)構(gòu)造上處于太行山隆起中段東緣軸向北東40°～45°的陽泉復(fù)式向斜東南翼。臺(tái)站周圍地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，斷裂發(fā)育，小區(qū)構(gòu)造主要受北東向的次級(jí)構(gòu)造牛山—東焦所控制。

1 資料的完整性分析

黃壁莊臺(tái)新建地磁房觀測(cè)環(huán)境、場(chǎng)地條件較好，周圍無明顯干擾源，地磁房面積16 m2。

臺(tái)站地磁觀測(cè)儀器為FHD-2B型質(zhì)子磁力儀，2013年開始安裝，2014年12月正式觀測(cè)，2015年5月1日正式接入國(guó)家數(shù)據(jù)庫。在開始的1個(gè)月內(nèi)，儀器總出現(xiàn)死機(jī)或斷網(wǎng)，工作人員經(jīng)過反復(fù)的排查與對(duì)比，確定為臺(tái)站交換機(jī)斷網(wǎng)及儀器工控機(jī)死機(jī)造成，于后一個(gè)月排除了故障。2015年臺(tái)站的地磁觀測(cè)儀器總體運(yùn)行情況良好，工作正常(見表1至第17頁表4)。

通過統(tǒng)計(jì)，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(jì)算出F分量的連續(xù)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(tái)2015年地磁斷記統(tǒng)計(jì)

表2 黃壁莊地震臺(tái)2015年地磁FHD觀測(cè)數(shù)據(jù)受寧東直流輸電干擾統(tǒng)計(jì)

表3 黃壁莊地震臺(tái)FHD數(shù)據(jù)受周圍環(huán)境干擾統(tǒng)計(jì)

表4 黃壁莊地震臺(tái)FHD數(shù)據(jù)受其他因素影響統(tǒng)計(jì)

通過上述統(tǒng)計(jì)，儀器本身工作參數(shù)、儀器工控機(jī)及網(wǎng)絡(luò)造成的干擾，對(duì)全年的地磁數(shù)據(jù)質(zhì)量影響比較大，其次是寧東直流輸電干擾、儀器本身出現(xiàn)的正常缺數(shù)以及地磁臺(tái)站外界的環(huán)境干擾，主要集中在5月、6月及11月，累計(jì)F分量出現(xiàn)臺(tái)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(guī)分析

2015年5月1日至12月31日，地磁場(chǎng)的總場(chǎng)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(tái)地磁總場(chǎng)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?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)超過均方差的異常，認(rèn)為引起的原因有：地磁磁暴的影響，主要是外空地磁磁場(chǎng)的自身變化[1]；儀器本身出現(xiàn)的偶然觀測(cè)誤差；2015年開始的季度末對(duì)儀器的標(biāo)定，觀測(cè)數(shù)據(jù)的漂移偏差，及時(shí)修正后(水平補(bǔ)償電流偏置電流的重新標(biāo)定)，造成部分?jǐn)?shù)據(jù)斷記；寧東直流輸電干擾；電源穩(wěn)壓器對(duì)數(shù)據(jù)的干擾。除此之外，根據(jù)全年統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，重啟數(shù)采，會(huì)造成各分量數(shù)據(jù)缺記較多，原因是數(shù)采軟件存在軟病，或儀器工控機(jī)存在問題，需升級(jí)儀器軟件或定時(shí)檢修工控機(jī)。

圖1 2015年地磁場(chǎng)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(tái)的環(huán)境干擾主要是車輛干擾，2015年4月臺(tái)站附近水庫管理處開始硬化路面、綠化場(chǎng)地，10月完工。雖然車輛影響得到有效的控制，但由于相對(duì)記錄室距水庫管理處新修道路只有90 m，常有大型車輛經(jīng)過時(shí)造成的干擾。場(chǎng)地綠化完畢，干擾排除。

2.2 資料的相關(guān)性分析

以紅山、廣平、昌黎、豐寧臺(tái)站的資料為參考，用相關(guān)分析法來檢驗(yàn)黃壁莊臺(tái)新磁房地磁資料(見圖2)?？梢钥闯?，與紅山、廣平臺(tái)資料的相關(guān)性較好，與昌黎、豐寧臺(tái)的相關(guān)性一般，初步判斷可能與地理經(jīng)緯度有關(guān)。

圖2 2015年Z21相關(guān)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(tài)是否正常，線圈是否有漂移，是否有干擾等[2]。根據(jù)在局部區(qū)域內(nèi)(如100～200 km范圍內(nèi))地磁場(chǎng)具有時(shí)空變化規(guī)律的一致性和相關(guān)性的特點(diǎn)，如果選一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的臺(tái)站作為參考臺(tái)進(jìn)行差值分析，通過差值變化情況來判斷臺(tái)站儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)是否可靠[3]。為此，做出紅山、昌黎、豐寧臺(tái)及黃壁莊臺(tái)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(cè)期間，地磁場(chǎng)的總場(chǎng)強(qiáng)度F、水平分量H、磁偏角D三分量的記錄基本正常，在標(biāo)定時(shí)出現(xiàn)臺(tái)階，各分量存在部分階躍。對(duì)每月去掉臺(tái)階后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比看出，黃壁莊臺(tái)與河北省其他臺(tái)站數(shù)據(jù)各分量差值曲線起伏均控制在10 nT以內(nèi)，說明黃壁莊臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)與河北省其他臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，數(shù)據(jù)無漂移現(xiàn)象。10月中旬出現(xiàn)的臺(tái)階可能與整理儀器信號(hào)線及檢修儀器供電設(shè)備有關(guān)。

2.4 地磁FHD-2B型儀器產(chǎn)出資料的背景噪聲分析

依據(jù)國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)中心網(wǎng)站發(fā)布的計(jì)算噪聲方法，每月選定5個(gè)磁靜日，計(jì)算F、Z、H、D各要素每日當(dāng)?shù)貢r(shí)間00—03點(diǎn)預(yù)處理數(shù)據(jù)的一階差分，排除占總數(shù)20%的極點(diǎn)值之后，取峰峰值δF、δH、δD和δZ，剔除5個(gè)峰峰值中的最大值，計(jì)算剩余4個(gè)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(jì)算，得出符合國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)中心評(píng)比規(guī)定的數(shù)據(jù)噪聲值(見表5)。

表5 2015年黃壁莊臺(tái)F、H、D、Z分量噪聲分析表

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

3 結(jié)論

通過上述分析，得出以下結(jié)論：

圖3 2015年5月1日至12月31日黃壁莊臺(tái)與河北省其他臺(tái)站地磁數(shù)據(jù)差值對(duì)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(cè)系統(tǒng)除數(shù)采軟件存在軟病，儀器工控機(jī)偶爾存在問題外，數(shù)采主機(jī)、探頭及數(shù)據(jù)庫運(yùn)行基本正常。

(2) 臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)與紅山臺(tái)、廣平臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性較好，與昌黎臺(tái)、豐寧臺(tái)的相關(guān)性一般，與河北省其他臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，數(shù)據(jù)無漂移現(xiàn)象。

(3) 黃壁莊臺(tái)背景噪聲偏大，可采取適當(dāng)措施排查解決。

黃壁莊臺(tái)新磁房地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)在完整性、可靠性、背景噪聲等方面均符合規(guī)范及評(píng)比要求，可為分析研究提供參考依據(jù)。

[1] 熊仲華，劉運(yùn)生.地磁觀測(cè)技術(shù)[M].北京:地震出版社,1997.

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

[3] 夏 忠，稽才建，馮志生.FHD分量核旋儀觀測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)[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(yè)于防災(zāi)科技學(xué)院，助理工程師。

P315.62

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