龙岩地震台 GM4型磁通门磁力仪典型干扰分析

杨佩琴,刘其寿,王绍然,黄鹤凌,郑永通

(1.福建省龙岩地震台,龙岩 364000;2.福建省邵武地震台,邵武 354000)

龙岩地震台 GM4型磁通门磁力仪典型干扰分析

杨佩琴1,刘其寿1,王绍然1,黄鹤凌2,郑永通1

(1.福建省龙岩地震台,龙岩 364000;2.福建省邵武地震台,邵武 354000)

GM4型磁通门磁力仪是“十五”项目中地磁学科主要仪器。龙岩台 GM4型磁通门磁力仪主要受到来自铁磁性物质和电磁类型的干扰。由已知干扰类型,对记录曲线典型畸变形态进行对比、分析、总结,可以更好分辨干扰,进行恰当、合理、准确地预处理,保证数据的连续、可靠、精确。

GM4;铁磁性物质;电磁类型;干扰

0 引言

GM4型磁通门磁力仪是国家“十五”项目中地磁学科科技攻关成果,用于测量地磁场水平、垂直和偏角3个方向的相对变化,灵敏度高、频带宽、易于实现数字化,秒采样,目前已经成为地磁相对记录的典型设备[4]。

GM4型磁力仪的探头采用环形磁通门传感器。由探头的工作特性所决定,GM4型磁力仪容易受到铁磁性物质及电磁的干扰。仪器附近出现铁磁性干扰或者电磁干扰,都可能导致记录曲线的畸变[1]。由于干扰源的不同,记录曲线因干扰所产生的畸变形态也不尽相同。

福建龙岩地震台安装有 GM4型磁通门磁力仪,仪器性能良好,工作正常。由于观测环境的问题,在日常观测工作中,经常需要处理 GM4仪记录曲线因干扰产生的畸变,有车辆干扰、电磁干扰等。需准确区别记录曲线畸变原因,进行恰当、合理、准确地预处理,保证观测资料的质量。

1 资料的选取

2010年5月24日至5月26日,福建龙岩地震台有大型工程机械进出仪器室附近,也有钻井工程作业,汇聚了大型机械行进产生的铁磁性干扰和钻井工程施工过程产生的电磁型干扰。龙岩台仪器室分布、钻井平台位置及大型机械行进路线如图1所示。

图1 仪器室、钻井平台分布图

查阅国家地磁台网评议曲线,泉州台 GM4仪在这段时间没有处理记录,即原始记录曲线与预处理曲线形态是一致的。选取福建龙岩地震台与泉州地磁台的 GM4型磁力仪原始分数据进行对比分析。文中资料时间均为世界时。

根据钻井工程施工队提供的钻井机械启动和关闭的大概时间表,以及龙岩台 FHD-2B型质子磁力仪、GM4型磁力仪记录曲线与邵武台FHD-2B仪器已处理记录曲线的对比,归结了钻井机械作业过程对地磁记录仪器产生的电磁干扰在记录曲线上的表现形态,整理出比较确定的、对龙岩台地磁仪器造成明显干扰的钻井机械作业时段(表1)。

表1 钻井机械干扰时间段表

2 大型施工机械行进对 GM4型磁力仪的干扰

龙岩台和泉州台 GM4型磁通门磁力仪2010年5月24日、25日三分量分数据原始记录曲线如图2a、图2b。对比可以看出,龙岩台 GM4三分量记录曲线日变形态基本清晰,记录曲线的日变形态没有被破坏。

根据 GM4型磁力仪观测日志记录,在5月24日5时30分至10时20分及5月24日23时40分至5月25日4时30分,在仪器室附近有大型工程机械进出,路线如图1。路线1及路线2与仪器室的最小水平距离均大于30m,最大垂直距离小于10m。

图2 GM4仪三分量分数据原始记录曲线图

为便于研究大型施工机械对 GM4仪的影响程度,将受干扰时段的曲线放大,见图3a、图3b。龙岩台 GM4仪三分量中偏角和水平分量受大型施工机械影响比较明显,从记录曲线中可以清晰地辨别干扰起始和结束的形态,干扰形态的起始—高峰—结束差值平均约1nT。垂直分量受大型施工机械影响不如偏角和水平分量明显,干扰形态的起始—高峰—结束差值平均约0.5nT。这与施工机械行进的路线和GM4仪的相对位置有关。

将泉州台 GM4仪原始分数据三分量曲线(见图3a点线)与之相比较。泉州地磁台监测环境比较好,干扰少,其记录曲线能够反映正常的地磁变化。2台 GM4仪原始分数据三分量曲线相比较,龙岩台大型施工机械施工对 GM4仪造成的干扰是一个等量加载、卸载的短时间过程,因此记录曲线反映为畸变—恢复的过程。

3 围墙外车辆对 GM4型磁力仪的干扰

龙岩台放置GM4仪的仪器室距离围墙最小距离不到10m。围墙外为民房,时常有车辆停放,对仪器造成干扰。受干扰记录曲线在秒数据曲线中表现为台阶形态或者尖峰形态,在分数据曲线中比较多的表现为明显的台阶(图4)。在5月24日14时24分和17时53分垂直分量记录曲线有明显的台阶,这就是典型的围墙外车辆干扰造成的。在水平分量和偏角的记录曲线上干扰形态不明显。

图3 龙岩台 GM4三分量受干扰图

图4 龙岩台 GM4三分量受围墙外车辆干扰图

在日常数据处理过程中发现,围墙外车辆所造成的干扰,在 GM4仪三分量记录曲线上表现形态不一样。有些干扰在三分量记录曲线上同时以台阶形态出现。有些干扰在垂直分量和水平分量记录曲线上以台阶形态出现,在偏角记录曲线则以尖峰形态出现。也有的干扰仅在某一分量有明显台阶,在其他分量并无明显反映。这与围墙外车辆停放的具体位置有关。因此在数据预处理时,不能拘泥于某种形式。要对秒数据进行仔细分析再进行处理。

4 钻井机械作业对 GM4型磁力仪的干扰

针对钻井机械作业时段,对龙岩台 GM4仪三分量原始分数据记录曲线进行分析。对应钻井机械作业时间,在 GM4仪垂直分量和水平分量原始分数据记录曲线中能找到比较明确的对应干扰形态;偏角分量原始分数据记录曲线干扰形态不明显(图5)。图 5中,水平分量原始分数据记录曲线在00:40—01:24、06:19—07:06、10:07—10:39有明显的畸变,表现为缓慢上升和缓慢下降。垂直分量原始分数据记录曲线在00:40—01:24、06:19—07:06同样有明显畸变,表现为缓慢下降和缓慢上升,在10:07—10:39可能叠加有其他磁场变化,畸变不明显。偏角分量记录曲线无明显畸变。

图5 龙岩台 GM4仪三分量受钻井机械作业干扰图

再对照钻井机械的其他作业时间,龙岩台 GM4仪三分量原始分数据记录曲线也有相同的畸变形态。这说明钻井机械作业对 GM4仪会造成干扰,干扰形态表现为缓升、缓降,属于钻井机械作业过程中产生的电磁类型的干扰。

5 结论

(1)GM4型磁通门磁力仪易受车辆干扰。分数据记录曲线畸变形态主要表现为台阶。对三分量记录曲线造成的干扰形态不尽相同,在做分数据预处理的时候,必须对秒数据进行仔细分析,再进行处理。

(2)车辆与 GM4型磁通门磁力仪相对位置的不同,三分量记录曲线畸变形态也不尽相同。

(3)GM4型磁通门磁力仪受钻井机械作业时产生的电磁干扰影响,记录曲线畸变形态多表现为缓慢上升和缓慢下降。电磁干扰对水平分量和垂直分量影响明显,对偏角分量影响不明显。

(4)GM4型磁通门磁力仪的观测环境保护很重要。仪器室距离围墙应该大于30m。在仪器室周围30m范围内,应该避免铁磁性器物的使用。

[1] 吴琼,藤云田,王喜珍,等.“十五”地磁相对记录仪器干扰分析与安装方案改进[J].地震地磁观测与研究,2008,29(4):53-56.

[2] 陈建,刘江斌,张秀霞,等.地磁扰动时间的描述及处理[J].地震地磁观测与研究,2008,29(6):45-49.

[3] 王晓美,藤云田,王喜珍,等.GM4型磁通门磁力仪性能检验方法[J].地震地磁观测与研究,2008,29(6):87-94.

[4] 熊仲华.地震观测技术[M].北京:地震出版社,2006:271-281.

The Typical Interference of GM4Fluxgate Magnetometer in Longyan Seismic Station

YANG Pei-qin1,LIU Qi-shou1,WAN G Shao-ran1,HUANG He-ling2,ZHENG Yong-tong1
(1.Longyan Seismic Station of FuJian Province,Longyan 364000,China;
2.Shaowu Seismic Station of FuJian Province,Shaowu 354000,China)

GM4fluxgate magnetometer is the main equipment of geomagnetism in the“Tenth-five year project”,the interferences to which are mostly of iron magnetic material and electromagnetic types.According to the given interference types,distortion of observation data is contrasted,analyzed and summarized so as to distinguish and preprocess interferences appropriately,keep the observation as consistent,reliable and accurate as possible.

GM4;iron magnetic material;electromagnetic types;interference

P315.62

A

1003-1375(2010)04-0060-04

2010-07-21

作者简介:杨佩琴(1973-),女(汉族),福建龙岩人,福建龙岩地震台工程师,从事地震监测工作.E-mail:lotus2866@163.com