上海市地震局综合深井台地磁记录数据质量初步分析

龚　耀，朱培育，赵俊香，朱佳苗，施俊杰，杜　励，魏　薇

(上海市地震局崇明地震台，上海　崇明　202164)



上海市地震局综合深井台地磁记录数据质量初步分析

龚耀，朱培育，赵俊香，朱佳苗，施俊杰，杜励，魏薇

(上海市地震局崇明地震台，上海崇明202164)

摘要：城市的快速发展使地震前兆监测环境日益恶化，特别是地磁记录观测受到严重影响。为减少人为干扰对地磁记录的影响，近几年上海市地震局开展深井综合观测，其中就包含地磁记录。本文就地面台站的地磁记录资料和深井地磁记录的资料进行对比，分析其记录数据的特征，给以后开展深井地磁观测记录的单位提供参考与借鉴。

关键词：深井综合观测；地磁；日变化

0引言

自1980年上海市崇明地震台(以下简称崇明台)开始地磁观测迄今已有35年观测历史，积累了大量的观测资料，是上海市仅有的两个专业地磁观测台之一。但随着城市的发展，轨道交通遍及城市的各个角落，使崇明台的地磁观测受到影响。从记录数据来看，干扰时间与轨道交通的始末班时间基本一致，一般为早4时30分至晚23时45分。为减少干扰带来的影响，2010年开始上海市地震局开始尝试综合深井前兆观测，先后建成了长江农场综合深井台和浦东张江综合深井台，井深分别达到464 m和407 m。地磁仪器的探头被固化在深井最底部并在每个深井中安装了两套地磁仪器探头，目前仪器已经记录了近两年的观测资料。崇明台与长江农场综合深井台相距13公里，由于所处位置不同，其记录特征也有所不同。

1仪器概况

(1) 崇明台地磁相对记录仪使用的是丹麦的悬挂式探头，分别用于记录地球磁场D、H、Z分量随时间的变化，仪器的灵敏度和分辨率为0.2 nT，采样率为1次/秒，频率响应为DC-1HZ。

(2) 长江农场综合深井台和浦东张江综合深井台记录仪器使用的是Batington公司的Mag-03系列磁通门磁力仪，分别用于记录地球磁场X、Y、Z分量随时间的变化，仪器的灵敏度和分辨率为0.1 nT，采样率为1次/秒。考虑到是固化在深井底部，出现故障不能修复，因此仪器探头下放时投入了两套探头，同时记录。

2资料选取

为便于分析，本次专门选取了2014年6月8日至2014年6月17日进行日变形态对比分析，并对6月8日单独放大观察，因为该时段内出现了磁暴现象，使反映频谱信息更加丰富。此次分析使用资料为分钟值，由于仪器记录的磁场分量不同，前期已经做了数据处理。其中，对比分析时以崇明台的地磁记录为基准。

3资料的对比分析

(1) 由于崇明台仪器记录的是D、H、Z分量，而长江深井台仪器记录的是X、Y、Z分量，因此以崇明台为基准，把长江深井台仪器记录的X、Y、Z分量转化成D、H、Z分量，然后进行对比分析(见第12页图1)。

从图1可以看出，两个台站Z分量分钟值曲线图日变形态基本一致，两条曲线几乎重合，但从H分量和D分量的曲线对比图上看，日变形态由于仪器本身的灵敏度等性能特点的不同而存在一定差别。另外，从图上还可看出两台仪器存在一定的相位差，分析认为是仪器时间不一致造成的。

(2) 为能更仔细的看出其不同特征，将6月8日单独进行放大观察，由于当天出现磁暴现象，K指数大，变化剧烈，更突出的反映了两台仪器的记录特征(见第12页图2)。

由图2可见，Z分量分钟值曲线图日变形态基本一致，而H分量和D分量的日变形态仍存在差别。分析有以下几个原因：定向问题。深井地磁探头靠内置的电子罗盘定向，如果定向过程中有干扰或误差，会造成记录结果产生差别；地下电性结构的不同。由于两个台站所处位置地下电性结构的不同，可能使仪器在接收信号时产生差异；仪器自身原因。由于井下地磁探头尚首次在国内使用，在仪器下井过程和固化过程可能产生不确定因素。

图1　崇明与长江农场地震台地磁D、H、Z分量日变化曲线图Fig.1　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Changjiang Farm seismic station

图2　崇明与长江农场地震台地磁D、H、Z分量日变化曲线图Fig.2　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Changjiang Farm seismic station

(3) 以长江台的深井记录数据为基准，把崇明台仪器记录的是D、H、Z分量转化成X、Y、Z分量进行对比，由于记录的Z分量是一致的，因此只对比X、Y分量(见图3)。

从图3来看，两个台的形态大致相同，但X分量有很大差别，还存在一定的相位差，这可能与仪器的时钟不一致有关。经分析认为，X、Y分量由有记录的H分量和D分量转化得来，H分量和D分量存在差别，导致转化得来的X、Y分量也存在差别且误差更大。

图3　崇明与长江农场地震台地磁X、Y分量日变化曲线图Fig.3　Diurnal variations of geomagnetic X,Y components at Chongming and Changjiang Farm seismic station

(4) 崇明台与张江深井台的分析对比与长江台一致，以崇明台为基准，把张江深井台仪器记录的X、Y、Z分量转化成D、H、Z分量，然后进行对比分析(见图4)。

图4　崇明与张江地震台地磁D、H、Z分量日变化曲线图Fig.4　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Zhangjiang seismic station

从图4看，崇明台与张江深井台的各个分量曲线形态完全一致，几乎重合。但从图上可以明显看出张江深井台受轨道交通的干扰更为明显，张江深井台距离轨道交通的直线距离大概1公里左右。

4内在质量分析

一般评价记录仪记录质量的好坏通常用绝对观测来对它进行基线值考察，在参与绝对观测的人员和仪器保证可靠的前提下，如果月观测精度符合学科组的规定(δDB<0.1；δHB<1.0；δZB<1.0)那认为记录仪记录正常。分别用崇明台每周的观测值对崇明台及长江农场深井台的相对记录值进行基线值计算(见表1)，以考察相对记录仪内在质量的好坏。图5所示为两个台站的基线值图，通过选取2014年1月1日至6月30日的资料进行对比分析发现崇明台相对记录仪基线值均在范围之内，而长江深井台相对记录仪的D分量超出范围，H和Z分量在精度范围内。

表1　崇明台与长江深井台基线值观测月精度表

从图5可以看出，H、Z分量除个别点外曲线一致性较好与表1的计算结果相符，图中D分量基线值存在较大差别跟日变曲线存在较大差别的原因也是一致，说明深井记录的D分量存在问题。但总体看来，深井记录仪是稳定可靠的，内在质量值得信赖，其中D分量需重新定向。

图5　崇明与张江地震台地磁D、H、Z分量基线值图Fig.5　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Zhangjiang seismic station

5结论

(1) 通过以上对比分析，认为深井记录的地磁资料可信、可用，日变形态与地面记录到的地磁记录基本一致，幅度相当。崇明台与长江台H、D分量曲线不重合的主要原因是深井探头定向不准造成的，需要重新定向。

(2) 城市轨道交通的干扰影响主要是由记录台站距离地铁站的远近决定，与探头放在地面和井下并无太大关联。从各个分量来看，张江深井台受到明显的轨道交通干扰与其位置距地铁站最近有密切联系。

(3) 所有仪器设备应每天进行GPS校时，以使所有仪器记录的数据与时间变化统一。

(4) 从基线值图上看，深井记录仪内在质量值得信赖，记录稳定，可以用固定台站的绝对观测值对其进行基线值等计算，以此得到更多的产品数据。

文章编号：1000-6265(2016)02-0011-03

收稿日期：2015-11-05

基金项目：中国地震局三结合课题(150902)。

第一作者简介：龚耀(1973—)，男，上海市人。2001年毕业于上海大学，工程师。

中图分类号：P318.6+2

文献标志码：A

Preliminary Analysis of Geomagnetic Record Data Quality of Deep Well Station in Earthquake Administration of Shanghai Municipality

GONG Yao, ZHU Pei-yu, ZHAO Jun-xiang, ZHU Jia-miao, SHI Jun-jie, DU Li, WEI Wei

(Chongming Seismic Station of Earthquake Administration of Shanghai Municipality, Shanghai 202164, China)

Abstract:Comprehensive observation of deep well in Earthquake Administration of Shanghai Municipality is carried out in recent years in order to reduce the influence caused by city rapid development. In order to determine the reliability and accuracy of the data of geomagnetic observation in deep wells, geomagnetic record data of the ground stations are selected and compared. The results show that the diurnal variation morphology and ranges of the two forms are consistent. It is indicated that the geomagnetic observation in deep well is feasible.

Key words:Geomagnetic observation of deep well; Geomagnetic observation of ground stations; Data feature