廣東陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)研究與數(shù)據(jù)分析

陳幸蓮，徐 行，柴劍勇，王雄健，廖開訓(xùn)，黃 暉

（1.廣東省地震局陽江地震臺(tái)，廣東 陽江 529500；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510070；3.廣東省地震局，廣州 510070）

廣東陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)研究與數(shù)據(jù)分析

陳幸蓮1，徐 行2，柴劍勇3，王雄健1，廖開訓(xùn)2，黃 暉3

（1.廣東省地震局陽江地震臺(tái)，廣東 陽江 529500；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510070；3.廣東省地震局，廣州 510070）

通過對(duì)陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)所測(cè)到的地球磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)度值數(shù)據(jù)與附近地面的流動(dòng)地磁觀測(cè)臺(tái)、廣東肇慶地磁基準(zhǔn)臺(tái)以及其它地磁臺(tái)站的進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)的地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)度記錄數(shù)據(jù)與附近地面觀測(cè)的相近。深井地磁觀測(cè)技術(shù)和方法有效地過濾了附近的表面高頻電磁干擾，并在一定程度上對(duì)遠(yuǎn)處的中國南方電網(wǎng)的 “糯廣線”的高壓直流干擾也起到了壓制作用。在磁擾弱時(shí)，深處地下200 m的地磁觀測(cè)受圍巖的感應(yīng)地磁場(chǎng)影響不大；但當(dāng)磁擾劇烈時(shí)，會(huì)受一定程度的感應(yīng)地磁場(chǎng)影響。廣東陽江深井地磁觀測(cè)技術(shù)和方法的實(shí)踐為深井地磁觀測(cè)技術(shù)發(fā)展做了有益的嘗試。

深井；地磁場(chǎng)；觀測(cè)；深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，國家與地方投入建設(shè)了一些大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施，包括高速鐵路、高速公路、電網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等。這些建設(shè)一方面使得不少原本地磁場(chǎng)觀測(cè)環(huán)境相對(duì)較好、電磁背景相對(duì) “安靜”的地磁臺(tái)站受到這些使用電力驅(qū)動(dòng)的干擾源影響，另一方面也使得適合于地磁觀測(cè)臺(tái)站建設(shè)的場(chǎng)地[1-2]也越來越稀缺。然而，地磁學(xué)對(duì)認(rèn)識(shí)地球和人類生存環(huán)境具有重要意義，地磁觀測(cè)又是地磁學(xué)研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)；國內(nèi)和國際學(xué)術(shù)界高度重視持續(xù)開展高質(zhì)量的地磁觀測(cè)工作。面對(duì)日益變化的觀測(cè)環(huán)境挑戰(zhàn)，觀測(cè)技術(shù)和方法的創(chuàng)新就顯得格外重要和迫切。國外的科學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明[3-4]，開展深井觀測(cè)是解決地面噪音干擾、提高地磁觀測(cè)質(zhì)量的主要途徑。

近十多年來，我國科技工作者一直探索深井地磁觀測(cè)技術(shù)和方法。上海市地震局在廣東珠海市泰德企業(yè)公司的技術(shù)支持下，先后于2011年和2012年在上海崇明和浦東中心臺(tái)兩地分別建立了兩個(gè)深井綜合地震觀測(cè)系統(tǒng)，在深井中安裝了英國Bartington公司生產(chǎn)的MAG-03MC型磁通門地磁儀。上海崇明長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)的深井（井深為460 m）建設(shè)完成后，在相距井口12 km的上海三烈中學(xué)，用GM4磁通門磁力儀，在地面進(jìn)行了30 h的對(duì)比觀測(cè)。相關(guān)的結(jié)果分析表明：深井地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯高于地表觀測(cè)[6-7]。廣東省陽江地震局采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地磁總場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，于2010年建立了國內(nèi)第一個(gè)采用地磁場(chǎng)絕對(duì)觀測(cè)技術(shù)、鉆井深度為200 m的深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)[8]。自系統(tǒng)運(yùn)行以來，整個(gè)地磁觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、正常。

為深入開展深井地磁觀測(cè)技術(shù)和方法研究，針對(duì)著深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)存在的一些技術(shù)疑問，例如，廣東陽江地震局的深井地磁觀測(cè)井內(nèi)所采集的地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值數(shù)據(jù)與井口附近的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)存在差異嗎？與相距100 km的廣東肇慶地磁基準(zhǔn)臺(tái) （下文簡(jiǎn)稱肇慶臺(tái)）觀測(cè)數(shù)據(jù)相比較又怎么樣？對(duì)壓制地面電磁干擾效果如何？本文將對(duì)陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱陽江臺(tái)）的介紹，通過比測(cè)和數(shù)據(jù)分析，總結(jié)深井地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)的技術(shù)特點(diǎn)，為我國進(jìn)一步推廣深井地磁觀測(cè)技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

陽江臺(tái)建于2009年，整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。觀測(cè)井距離廣東省陽江市地震局辦公大樓僅為15 m。該系統(tǒng)主要由二部分組成：①200 m深的觀測(cè)鉆孔；②地磁觀測(cè)系統(tǒng)。包括：全向性質(zhì)子磁傳感器；主機(jī)、數(shù)傳單元和配套軟件程序； 供電單元；電纜。

井口位置為21.864°N，118.97°E。觀測(cè)井的孔深為200 m，觀測(cè)井的地層剖面自上而下是：0～4米，為人工填土；4～7.2 m，為黑云母變粒巖的中風(fēng)化層；7.2～200 m為微風(fēng)化的黑云母變粒巖。開孔為168 mm，終孔直徑為130 mm。為防止人工填土和微風(fēng)化層碎石和泥土塌落井底，在最上面有20 m鉆井地層中，使用了無縫鋼管進(jìn)行護(hù)壁。

地磁儀的主要技術(shù)指標(biāo)：磁力儀的傳感器為全向性；觀測(cè)精度：優(yōu)于0.2 nT；分辨率±0.05 nT；場(chǎng)值調(diào)諧方式：256級(jí)自動(dòng)跟蹤配諧；測(cè)量間隔：10 s、20 s、30 s、60 s可調(diào)；存儲(chǔ)容量：90 d（13萬組數(shù)）；主機(jī)時(shí)鐘精度：優(yōu)于±0.5 s/d；接口：RS-232；整機(jī)測(cè)量功耗：小于0.25 W；主機(jī)電源（電池）及其供電能力：7.2V75Ah鋰電池組，連續(xù)正常供電90 d。傳感器與設(shè)備的連接采用的國產(chǎn)的水密電纜。由于該電纜適用于深海設(shè)備連接的，具有耐腐蝕、水密和抗高壓的特性。地磁觀測(cè)單元儀器的主要技術(shù)指標(biāo)滿足地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)備配置的相關(guān)技術(shù)要求。

圖1 廣東省陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of deep borehole geomagnetic observation system inYangjiang city,Guangdong Province

2 與附近的地面地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

為了驗(yàn)證深井地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)與井口附近地面的同類設(shè)備觀測(cè)數(shù)據(jù)是否存在差異，我們于2016年2月17至18日進(jìn)行了井中和地面對(duì)比試驗(yàn)。為了確保無人值守磁力儀取得完整記錄，本次實(shí)驗(yàn)一次用4臺(tái)加拿大GEM公司生產(chǎn)的SENTNEL Overhouser質(zhì)子增強(qiáng)型磁力儀，分別布放在廣東陽江市實(shí)驗(yàn)小學(xué)和陽江地震局雙捷觀測(cè)站，每個(gè)測(cè)點(diǎn)放2臺(tái)磁力儀。加拿大GEM公司生產(chǎn)的SENTNEL Overhouser質(zhì)子增強(qiáng)型磁力儀是一種無人值守型、海和陸兩用，專用于磁法勘探中地磁日變觀測(cè)的輔助設(shè)備。其主要技術(shù)指標(biāo)為：直接測(cè)程：18 000～120 000 nT，靈敏度：0.015 nT，分辨率：0.001 nT，絕對(duì)精度：0.2 nT；工作溫度范圍在-25℃～+60℃之間，工作水深可達(dá)6 000 m，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量為1×107個(gè)讀數(shù)，數(shù)據(jù)采樣率可達(dá)10 Hz，無方向性誤差，無溫度漂移，無測(cè)量盲區(qū)。廣東陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)與附近的兩個(gè)地面地磁觀測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置示意圖見圖2所示。

在設(shè)置流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)中，首先在陽江地震局深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)的井口附近籃球場(chǎng)上布放了觀測(cè)儀器，但由于磁力儀在強(qiáng)電磁干擾下無法正常工作，然后將設(shè)備移到距離井口450 m的陽江實(shí)驗(yàn)小學(xué)操場(chǎng)（21.864 1°N,111.973°E）后方可正常工作。小學(xué)臺(tái)與陽江臺(tái)之間相距420 m。廣東陽江市實(shí)驗(yàn)小學(xué)中的兩臺(tái)SENTNEL磁力儀系列號(hào)分別為7093和7094，下文簡(jiǎn)稱小學(xué)臺(tái)。觀測(cè)時(shí)間為北京時(shí)間2016年2月 17日 15∶03至 18日 15∶40， 2臺(tái)SENTNEL Overhouser質(zhì)子增強(qiáng)型磁力儀均有完整的野外記錄，總共觀測(cè)記錄時(shí)間超過24 h。最后，在陽江地震局雙捷觀測(cè)站中（21.907 2°N，111.932 2°E），下文簡(jiǎn)稱雙捷臺(tái)，布放 2臺(tái)SENTNEL磁力儀，系列號(hào)分布為7060和7022。觀測(cè)時(shí)間為北京時(shí)間2016年2月17日16:02至18日16:37，總共記錄時(shí)間為24 h 35 min。雙捷臺(tái)與陽江臺(tái)之間相距6 km。在雙捷臺(tái)上的2臺(tái)磁力儀的野外記錄完整。

小學(xué)臺(tái)和雙捷臺(tái)中的2套SENTNEL Overhouser質(zhì)子增強(qiáng)型磁力儀工作穩(wěn)定、相應(yīng)的野外觀測(cè)數(shù)據(jù)一致。在資料整理過程中，小學(xué)臺(tái)選用了系列號(hào)7093磁力儀的數(shù)據(jù)作為本文的研究資料，而雙捷臺(tái)選用系列號(hào)7022磁力儀。通過對(duì)比分析，三個(gè)測(cè)點(diǎn)儀器記錄的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估為：陽江臺(tái)的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級(jí)為中等；雙捷臺(tái)的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)等，偶爾有地電干擾；小學(xué)臺(tái)的數(shù)據(jù)質(zhì)量等級(jí)為差。資料質(zhì)量等級(jí)受地磁場(chǎng)梯度、信號(hào)強(qiáng)度影響，主要原因是觀測(cè)場(chǎng)地的地磁干擾。陽江臺(tái)與附近的兩個(gè)地面地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖見圖3和圖4所示。

圖2 研究區(qū)域中的地磁觀測(cè)點(diǎn)位置示意圖。Fig.2 Location of the geomagnetic observation point in the study area

圖3 陽江臺(tái)與小學(xué)臺(tái)、雙捷臺(tái)的三臺(tái)儀器的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度ΔF變化圖Fig.3 Total geomagnetic field ΔF changes map of Yangjiang station， Xiaoxue station and Shuangjie station

從圖3和圖4中可以看出，對(duì)比觀測(cè)期間的變化地磁場(chǎng)活動(dòng)激烈，記錄中的最大值與最小值之間相差約70 nT。在這樣的磁擾活動(dòng)期間開展臺(tái)與臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)比具有較強(qiáng)的說服力。兩套海陸SENTNEL Overhouser磁力儀的儀器精度明顯高于深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)。從整體上看，三套設(shè)備記錄的地磁場(chǎng)變化數(shù)據(jù)在形態(tài)、變化幅度和相位上大致相同，但同時(shí)也存在著較小的差異。

3 與相鄰地磁臺(tái)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1 與廣東肇慶地磁臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

將安裝在地面以下200 m黑云母變粒巖深井中磁力儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)，與相距100 km之外的廣東肇慶地磁基準(zhǔn)臺(tái)（圖2）觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，考察不同磁擾強(qiáng)度或在不同地磁場(chǎng)活動(dòng)水平下觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的差異特征。根據(jù)肇慶臺(tái)的地磁觀測(cè)記錄的歷史數(shù)據(jù)的K指數(shù)，選擇了磁靜日、磁擾日和磁暴日三個(gè)典型時(shí)間段的觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類對(duì)比。相關(guān)的對(duì)比時(shí)間的和對(duì)應(yīng)的K指數(shù)見表1所示。

圖4 陽江臺(tái)與小學(xué)臺(tái)、雙捷臺(tái)的三臺(tái)儀器地磁場(chǎng)總強(qiáng)度F變化圖Fig.4 Total geomagnetic field F changes map of Yangjiang station，Xiaoxue station and Shuangjie station

表1 與肇慶臺(tái)相比較時(shí)間段的K指數(shù)表Table 1 The table of K-Exponential comparison with Zhaoqing station

圖5為2016年3月4日磁靜日期間陽江臺(tái)與肇慶臺(tái)觀測(cè)記錄的對(duì)比曲線；圖6為2016年2月16日磁擾日期間兩臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比曲線；圖7為2016年2月16日強(qiáng)磁擾 （中烈磁暴）期間觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比曲線。總體上，在不同磁擾強(qiáng)度作用下，陽江臺(tái)的地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值記錄數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)處的肇慶臺(tái)結(jié)果的基本相近。但在2月16日06:00與17:45左右，在變化幅度的最大值和最小值出現(xiàn)時(shí)，兩者之間也出現(xiàn)了一些偏差。

圖5 2016年3月4日的陽江與肇慶兩臺(tái)的ΔF對(duì)比曲線（磁靜日）Fig.5 ΔF contrast curve of Yangjiang station and Zhaoqing station on March 4th， 2016 （magnetically quiet day）

圖6 2016年2月16日的陽江與肇慶兩臺(tái)的ΔF曲線（磁擾日）Fig.6 ΔF contrast curve of Yangjiang station and Zhaoqing station

圖7 2015年2月16日的陽江與肇慶兩臺(tái)的ΔF對(duì)比曲線（磁暴日）Fig.7 ΔF contrast curve of Yangjiang station and Zhaoqing station on February 16th， 2015 （magnetic storm）

3.2 與“糯廣線”附近的地磁臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

在開展陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)與周邊的地磁臺(tái)對(duì)比觀測(cè)過程中，除關(guān)注受地面高頻電磁干擾影響程度之外，同樣關(guān)注深井地磁觀測(cè)對(duì)于高壓直流電干擾的抑制能力。中國南方電網(wǎng)的糯扎渡電站送電廣東±800 kV直流輸電線路工程（簡(jiǎn)稱“糯廣線”）的起點(diǎn)為云南糯扎渡，終點(diǎn)為廣東江門，全長(zhǎng)1 413 km。肇慶、河池、馬關(guān)和通海四個(gè)臺(tái)站分布在電網(wǎng)北側(cè)，邕寧、勐臘和廣東陽江臺(tái)位于電網(wǎng)的南側(cè)，臺(tái)站分布圖見圖2所示。其中，陽江臺(tái)與 “糯廣線”相距為110 km左右，與廣東江門變流站相距約為140 km。2016年3月8日10：10至10:40時(shí)間段中 “糯廣線”沿途的地磁觀測(cè)臺(tái)站的ΔF對(duì)比曲線如圖8所示。顯然，除陽江臺(tái)之外，沿線地磁臺(tái)站的各個(gè)臺(tái)站都受 “糯廣線”的高壓線路直接干擾影響。

4 討論

4.1 深井地磁系統(tǒng)對(duì)地表電磁干擾的壓制能力分析

地磁觀測(cè)中的干擾噪聲可分為觀測(cè)系統(tǒng)干擾噪聲和人工電磁源干擾噪聲.前者主要由觀測(cè)儀器布置不當(dāng)所造成，一般可以通過改善儀器裝置等給予消除，后者指觀測(cè)點(diǎn)周邊由人工電磁環(huán)境改變?cè)斐傻碾姶艌?chǎng)干擾噪聲，如超高壓直流輸電線、由直流供電的城市軌道交通系統(tǒng)或者其他各種工業(yè)游散電流所造成的。

經(jīng)過近24 h的比測(cè)，從圖4的曲線上，我們可以看到井口地面的總場(chǎng)強(qiáng)值總體上要深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)的記錄值高出150 nT；此外，分析小學(xué)臺(tái)的原始記錄中，發(fā)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)中絕大多數(shù)都出現(xiàn)了G（梯度大）和S（信號(hào)微弱）的質(zhì)量等級(jí)信息標(biāo)識(shí)符號(hào)。雙捷臺(tái)距離陽江臺(tái)6 km，除了附近安裝有高壓變壓器之外，周邊無工廠和居民住宅，觀測(cè)場(chǎng)地條件相對(duì)好一些。其觀測(cè)記錄的原始數(shù)據(jù)中沒有出現(xiàn) “信號(hào)微弱”或 “梯度大”等質(zhì)量標(biāo)識(shí)符號(hào)。從圖3和圖4的對(duì)比曲線中，雙捷臺(tái)與陽江臺(tái)和小學(xué)臺(tái)的記錄相比較，小學(xué)臺(tái)地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)度值比陽江臺(tái)高出150 nT之多，而雙捷臺(tái)地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)度值要比深井小25 nT。三個(gè)觀測(cè)臺(tái)的記錄曲線變化形態(tài)、幅度和相位基本一致。次日上午九點(diǎn)之后，雙捷臺(tái)與小學(xué)臺(tái)的儀器記錄不再一樣，學(xué)校的磁測(cè)變化幅度要比記錄雙捷觀測(cè)站的記錄再大一些，直至下午三點(diǎn)之后才恢復(fù)以往。由于比測(cè)期間為學(xué)校放假期間，說明有差異的時(shí)間段內(nèi)校內(nèi)有人啟動(dòng)過電器，產(chǎn)生了一個(gè)附加的干擾源。

圖8 “糯廣線”沿途的地磁觀測(cè)臺(tái)站的ΔF對(duì)比曲線（2016年3月8日）Fig.8 ΔF contrast curve of the geomagnetic observation station along"waxy wide line"（March 8th，2016）

在地面與深井地磁比測(cè)期間，相鄰的肇慶臺(tái)的磁情指標(biāo)K總和達(dá)為30，屬于磁擾活躍時(shí)間段。本次比測(cè)工作結(jié)果表明：在變化磁場(chǎng)比較大的情況下，深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)和地面觀測(cè)記錄的差異只在他們的基值不同，質(zhì)量等級(jí)不同，但其變化幅度和相位變化曲線形態(tài)相近；深井地磁觀測(cè)的結(jié)果與附近的地面觀測(cè)結(jié)果基本一致。又由于陽江臺(tái)的設(shè)備基于質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的工作原理，并處于市區(qū)內(nèi)的高地磁干擾環(huán)境下，在數(shù)據(jù)分析中也發(fā)現(xiàn)深井內(nèi)部的地磁觀測(cè)儀器等級(jí)不如雙捷臺(tái)Overhouser磁力儀的觀測(cè)結(jié)果，還存在著一些微弱的干擾信號(hào)。因此，建議今后的深井地磁觀測(cè)井建設(shè)應(yīng)布設(shè)到電磁干擾小的場(chǎng)地中，以降低深井自身結(jié)構(gòu)問題對(duì)環(huán)境帶來的影響。

4.2 對(duì)于高壓直流電干擾的抑制能力分析

我國電網(wǎng)目前采用的 “高壓直流輸電技術(shù)”可以最大限度地降低能源損耗。由于高壓直流輸電采用雙線回路技術(shù)，在正常運(yùn)行狀況下不會(huì)對(duì)磁場(chǎng)造成干擾；但在新線路調(diào)試階段及運(yùn)行過程中難免會(huì)產(chǎn)生故障，這兩種狀態(tài)都會(huì)造成不平衡電流出現(xiàn)，這種電流一般高達(dá)數(shù)千安培。高壓直流輸電線路上的不平衡電流將對(duì)其周圍產(chǎn)生一個(gè)較大的附加磁場(chǎng)，對(duì)該范圍內(nèi)的地磁觀測(cè)造成很大的干擾[9]，對(duì)輸電線路兩側(cè)300 km范圍內(nèi)電磁觀測(cè)的影響尤為顯著[10]；因而，電網(wǎng)沿線的地磁觀測(cè)臺(tái)站的觀測(cè)記錄中會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁干擾。高壓直流輸電對(duì)地磁干擾具有以下特征：①同一個(gè)干擾事件中，干擾范圍內(nèi)的臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)臺(tái)階或尖峰；②垂直分量干擾明顯大于水平分量干擾；③輸電線路兩側(cè)臺(tái)站垂直分量干擾方向相反，同側(cè)干擾方向相同；④干擾幅度隨臺(tái)站距離干擾線路的視距離變大而逐漸減弱，與輸電線路中的不平衡電流大小成正比。同一條干擾線路不同的干擾事件對(duì)各臺(tái)站干擾幅度的比值相同[11]。

中國南方電網(wǎng)的 “糯廣線”橫跨云貴粵三省，受高壓直流輸電不平衡電流產(chǎn)生的各類附加磁干擾影響的臺(tái)站通常是景谷縣、肇慶、通海、河池，邕寧、馬關(guān)、勐臘。圖8中，“糯廣線”沿途地磁臺(tái)在2016年3月8日18：24均受到不同程度的高壓直流輸電不平衡電流產(chǎn)生電磁干擾時(shí)，電網(wǎng)北側(cè)的肇慶、河池、馬關(guān)和通海臺(tái)站的地磁場(chǎng)總場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)中均出現(xiàn)了向上突變，電網(wǎng)南側(cè)的邕寧、勐臘臺(tái)的記錄也相應(yīng)出現(xiàn)向下突變，而廣東陽江臺(tái)的記錄反映不明顯。雖然，地磁場(chǎng)總場(chǎng)受高壓直流干擾的影響不如垂直分量Z靈敏，但此次干擾中，沿線的地面觀測(cè)臺(tái)站均出現(xiàn)了不同幅度的反應(yīng)。陽江臺(tái)的記錄受影響不明顯也許是深井中的地磁觀測(cè)對(duì)于壓制遠(yuǎn)方的高壓直流起了作用。但在上海深井地磁觀測(cè)記錄中，對(duì)張江深井臺(tái)的各個(gè)分量分析，深井地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)受不遠(yuǎn)處的軌道交通干擾比較明顯[7]。這也許是在一定距離下深井地磁觀測(cè)對(duì)于高壓直流干擾的影響具有一定的壓制作用。

4.3 內(nèi)部感應(yīng)場(chǎng)的特征

從電磁場(chǎng)位理論分析變化磁場(chǎng)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，一些變化磁場(chǎng)的信息總是由外源場(chǎng)和內(nèi)源場(chǎng)兩部分組成，其中起源于地表以上的的外源場(chǎng)占三分之二，而起源于地表以下的內(nèi)源場(chǎng)占三分之一。

為了更好地討論深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)中傳感器所處的巖層的介質(zhì)環(huán)境對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，分別選取了2、8、11、13、17和20號(hào)六塊樣品進(jìn)行了剩余磁性的測(cè)量和巖石磁化率的測(cè)量。巖石磁性參數(shù)的測(cè)量工作在中國科學(xué)院南海海洋研究所古地磁實(shí)驗(yàn)室完成的。使用捷克AGICO公司的MFKB卡帕橋測(cè)試所有樣品的磁化率，測(cè)試頻率為1 kHz，磁場(chǎng)強(qiáng)度為400 A/m，靈敏度為10-8SI。樣品的剩磁測(cè)試在美國2G公司生產(chǎn)的755 R超導(dǎo)磁力儀上進(jìn)行。由于樣品非標(biāo)準(zhǔn)樣品，因此測(cè)量了樣品的質(zhì)量，最后換算成質(zhì)量磁化率。陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)圍巖的磁性測(cè)量結(jié)果見表2，平均剩磁為1.47E-04(A/m)，平均質(zhì)量磁化率為5.66E-06（m3/kg）與其他區(qū)域的同類黑云母片巖或黑云母變粒巖的磁性很弱[12]的結(jié)果雷同。在華南地區(qū)其他火成巖或紅層的場(chǎng)址選擇中，選擇在黑云母變粒巖體中建設(shè)深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)很好的地磁場(chǎng)觀測(cè)場(chǎng)地選擇。

表2 廣東陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)圍巖的巖石磁性測(cè)量結(jié)果表Table 2 Rock magnetic measurement results table of the surrounding rock in the deep borehole geomagnetic observation system inYangjiang city,Guangdong Province

從圖5、6和7中可見，除了在中烈磁暴期間的最大和最小值下，深井站的觀測(cè)記錄與肇慶臺(tái)的地磁場(chǎng)總場(chǎng)值幅度上有所區(qū)別之外。在一般的磁擾情況下，深井站與肇慶站的觀測(cè)記錄在幅度、相位和形態(tài)上十分接近。作者曾通過開展在深海中4 000 m長(zhǎng)的地磁觀測(cè)潛標(biāo)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明[13]，當(dāng)在磁擾不嚴(yán)重的情況下，處于潛標(biāo)中淺層和深層位置的磁力儀所記錄的變化地磁場(chǎng)在幅度、相位和形態(tài)上比較相似；而在磁擾大的情況下，兩者之間有明顯的差異。

這兩項(xiàng)的科學(xué)研究中均出現(xiàn)了類似的情況。相比之下，深井站受感應(yīng)磁測(cè)的影響要小一些。這種情況的解釋是：①處于觀測(cè)井中200 m深度的位置上傳感器對(duì)于觀測(cè)頻段的變化磁場(chǎng)的穿透影響不大；②磁力儀傳感器圍巖的磁學(xué)物性參數(shù)顯示弱磁學(xué)介質(zhì)，不利于產(chǎn)生較大的感應(yīng)磁場(chǎng)；③流體介質(zhì)與固體介質(zhì)對(duì)于變化磁場(chǎng)所產(chǎn)生的感應(yīng)磁測(cè)有所差異。

為了進(jìn)一步分析不同介質(zhì)中的地磁場(chǎng)記錄特征，地磁場(chǎng)矢量觀測(cè)的結(jié)果會(huì)更有說服力。這有待于深井地磁觀測(cè)中一些技術(shù)難關(guān)的克服，例如矢量觀測(cè)中傳感器的姿態(tài)確定、傳感器的小型化等。

5 結(jié)語

本文通過開展陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄與附近地面的流動(dòng)地磁觀測(cè)臺(tái)、廣東肇慶地磁基準(zhǔn)臺(tái)以及中國南方電網(wǎng)的 “糯廣線”沿線幾個(gè)地磁臺(tái)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)比測(cè)與數(shù)據(jù)分析，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)的地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)度觀測(cè)數(shù)據(jù)與附近的地面觀測(cè)站的比測(cè)表明：兩者之間的地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值和數(shù)據(jù)質(zhì)量等級(jí)有差異，但其變化幅度和相位變化很一致；說明深井內(nèi)觀測(cè)方法對(duì)于壓制表面地磁干擾具有良好的效果。

（2）分析包括廣東肇慶地磁基準(zhǔn)臺(tái)在內(nèi)的中國南方電網(wǎng)的 “糯廣線”沿線地磁臺(tái)站的觀測(cè)結(jié)果，當(dāng)高壓直流線路出現(xiàn)強(qiáng)干擾的情況下，沿線的地磁臺(tái)均受到明顯的干擾，但陽江深井地磁觀測(cè)記錄中的干擾不明顯，可認(rèn)為深井地磁觀測(cè)在一定程度上抑制了遠(yuǎn)處的高壓直流干擾的影響。

（3）通過對(duì)陽江和肇慶兩臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析，在磁擾小的時(shí)候，深處地下200 m的地磁觀測(cè)受到圍巖的感應(yīng)地磁場(chǎng)影響不大；但當(dāng)磁擾劇烈時(shí)，出現(xiàn)一定程度的感應(yīng)地磁場(chǎng)影響，這與深海水體中的地磁觀測(cè)結(jié)果[13]相似。

（4）廣東陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)與成功運(yùn)行實(shí)踐證明，深井地磁觀測(cè)技術(shù)對(duì)于在高干擾環(huán)境下開展地磁觀測(cè)是可行的，值得推廣。需要指出的是：進(jìn)一步發(fā)展和完善深井地磁觀測(cè)技術(shù)中還面臨著很多的技術(shù)難關(guān)。例如，深井地磁場(chǎng)矢量觀測(cè)技術(shù)問題，這涉及到傳感器的姿態(tài)確定、傳感器的小型化等等。因此，需要更多的學(xué)者和專家來關(guān)注和支持該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

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Research and Data Analysis of the Deep Borehole Geomagnetic Observation System in Yangjiang City,Guangdong Province

CHEN Xinglian1， XU Xing2， CHAI Jianyong3， WANG Xiongjian1，LIAO Kaixun2，HUANG Hui3
（1.Yangjiang Earthquake Agency， Yangjiang 529500， China； 2.Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou 510075， China； 3.Guangdong Earthquake Agency， Guangzhou 510070， China）

The use of deep borehole geomagnetic observation system is the main method to solve the ground noise interference and improve the quality of geomagnetic observation.Yangjiang deep borehole geomagnetic observation system has measured the total field strength data of the earth's magnetic field.This paper will compare the measured data with the nearby mobile geomagnetic observatory in ground surface，the Zhaoqinggeomagnetic reference station in Guangdong and other geomagnetic stations.The results show that the total field strength data of the geomagnetic field of the Yangjiang deep borehole geomagnetic observation system is similar to those of the nearby ground observation.When the geomagnetic field is calm or the magnetic disturbance is weak,the geomagnetic observation of the underground at 200 meters will not be affected by the induced geomagnetic field of the surrounding rock.However， when the magnetic disturbance is severe， it will be affected by a certain degree of induced geomagnetic field.Deep borehole geomagnetic observation technology effectively filters out the nearby surface of high-frequency electromagnetic interferenc， e， and to a certain extent，it also plays a repressive effect to the high-voltage DC interference of the distant China Southern Power Grid"waxy wide line".

Deep borehole； Geomagnetic observation； Magnetic disturbance； Deep borehole geomagnetic observation system

P315.63

A

1001-8662（2017）03-0081-09

10.13512/j.hndz.2017.03.012

陳幸蓮，徐 行，柴劍勇，等.廣東陽江深井地磁觀測(cè)系統(tǒng)研究與數(shù)據(jù)分析[J].華南地震，2017，37（3）：81-89.[CHEN Xinglian，XU Xing，

CHAI Jianyong，et al.Research and Data Analysis of the Deep Borehole Geomagnetic Observation System in Yangjiang City,Guangdong Province[J].South China journal of seismology，2017，37（3）：81-89.]

2017-02-10

中國地震局 “地震監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、科研三結(jié)合課題”（CEA-KC/3JH-161903）；國家重大儀器研發(fā)專項(xiàng) “海洋地磁場(chǎng)矢量測(cè)量?jī)x開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目（2014YQ100087）聯(lián)合資助。

陳幸蓮（1980-），女，工程師，從事地球物理觀測(cè)工作。

E-mail：59272742@qq.com.

徐 行 （1963-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事海洋地球物理探測(cè)技術(shù)方法研究。

E-mail：gz_xuxing@163.com