河北黄壁庄地震台FHD运行质量分析

2016-12-22 09:30:52朱音杰周安聘牛淑瑜赵雨晨纪春玲张环曦
山西地震 2016年4期
关键词:台网台站分量

刘 檀,朱音杰,周安聘,牛淑瑜,赵雨晨,刘 静,董 博,纪春玲,张环曦

(河北省地震局石家庄中心地震台,河北 石家庄 050021)



·观测分析·

河北黄壁庄地震台FHD运行质量分析

刘 檀,朱音杰,周安聘,牛淑瑜,赵雨晨,刘 静,董 博,纪春玲,张环曦

(河北省地震局石家庄中心地震台,河北 石家庄 050021)

为进一步了解河北黄壁庄地震台新磁房FHD的运行情况,对观测数据的断记、观测干扰、地磁趋势变化、空间相关、差值相关等进行分析,结果表明观测数据在完整性方面比较好,数据受干扰程度较小,可靠性比较高,但是背景噪声偏大,数据精度有待提高。

地磁FHD观测系统;资料分析;观测精度

0 引言

河北黄壁庄地震台(以下简称黄壁庄台)是1966年邢台地震后,由中国科学院地球物理所建设的测震台,是省属台站,位于鹿泉市北部黄壁庄镇,距鹿泉市20多公里。目前,该台有数字化测震、地磁、GNSS等观测手段,并负责石家庄分中心数据处理工作。台站地处太行山中段东缘与华北平原接壤的马鞍山残丘上,地形东北高、西南低,周围标高117 m~135 m,地质构造上处于太行山隆起中段东缘轴向北东40°~45°的阳泉复式向斜东南翼。台站周围地质构造比较复杂,断裂发育,小区构造主要受北东向的次级构造牛山—东焦所控制。

1 资料的完整性分析

黄壁庄台新建地磁房观测环境、场地条件较好,周围无明显干扰源,地磁房面积16 m2。

台站地磁观测仪器为FHD-2B型质子磁力仪,2013年开始安装,2014年12月正式观测,2015年5月1日正式接入国家数据库。在开始的1个月内,仪器总出现死机或断网,工作人员经过反复的排查与对比,确定为台站交换机断网及仪器工控机死机造成,于后一个月排除了故障。2015年台站的地磁观测仪器总体运行情况良好,工作正常(见表1至第17页表4)。

通过统计,全年F分量断记115分钟,H分量109分钟,Z分量115分钟,D分量112分钟。计算出F分量的连续率为99.967%,H分量的为99.969%,Z分量的为99.967%,D分量的为99.968%。

表1 黄壁庄地震台2015年地磁断记统计

表2 黄壁庄地震台2015年地磁FHD观测数据受宁东直流输电干扰统计

表3 黄壁庄地震台FHD数据受周围环境干扰统计

表4 黄壁庄地震台FHD数据受其他因素影响统计

通过上述统计,仪器本身工作参数、仪器工控机及网络造成的干扰,对全年的地磁数据质量影响比较大,其次是宁东直流输电干扰、仪器本身出现的正常缺数以及地磁台站外界的环境干扰,主要集中在5月、6月及11月,累计F分量出现台阶1 509分钟、H分量15分钟、Z分量1 509分钟、D分量1 449分钟。

2 资料的可靠性分析

2.1 资料的常规分析

2015年5月1日至12月31日,地磁场的总场F、水平分量H、磁偏角D三分量的记录基本正常。图1是2015年黄壁庄台地磁总场F、水平分量H、垂直分量Z、磁偏角D的变化曲线图和差分图。在F、H、D、Z日均值的一阶差分图中,部分数据出现超过均方差的异常,认为引起的原因有:地磁磁暴的影响,主要是外空地磁磁场的自身变化[1];仪器本身出现的偶然观测误差;2015年开始的季度末对仪器的标定,观测数据的漂移偏差,及时修正后(水平补偿电流偏置电流的重新标定),造成部分数据断记;宁东直流输电干扰;电源稳压器对数据的干扰。除此之外,根据全年统计结果看,重启数采,会造成各分量数据缺记较多,原因是数采软件存在软病,或仪器工控机存在问题,需升级仪器软件或定时检修工控机。

图1 2015年地磁场F、H、D、Z分量变化曲线和差分图Fig.1 Changes of components of F, H, D, Z of geomagnetic field and the differences in 2015

黄壁庄台的环境干扰主要是车辆干扰,2015年4月台站附近水库管理处开始硬化路面、绿化场地,10月完工。虽然车辆影响得到有效的控制,但由于相对记录室距水库管理处新修道路只有90 m,常有大型车辆经过时造成的干扰。场地绿化完毕,干扰排除。

2.2 资料的相关性分析

以红山、广平、昌黎、丰宁台站的资料为参考,用相关分析法来检验黄壁庄台新磁房地磁资料(见图2)。可以看出,与红山、广平台资料的相关性较好,与昌黎、丰宁台的相关性一般,初步判断可能与地理经纬度有关。

图2 2015年Z21相关分析图Fig.2 Correlation analysis of Z21 in 2015

2.3 资料的差值分析

影响FHD仪器资料可靠性的因素主要是仪器工作状态是否正常,线圈是否有漂移,是否有干扰等[2]。根据在局部区域内(如100~200 km范围内)地磁场具有时空变化规律的一致性和相关性的特点,如果选一个相对稳定的台站作为参考台进行差值分析,通过差值变化情况来判断台站仪器的观测数据是否可靠[3]。为此,做出红山、昌黎、丰宁台及黄壁庄台的各分量差值曲线图(见第19页图3)。由图3可见,2015年5月1日至12月31日正式观测期间,地磁场的总场强度F、水平分量H、磁偏角D三分量的记录基本正常,在标定时出现台阶,各分量存在部分阶跃。对每月去掉台阶后的数据进行对比看出,黄壁庄台与河北省其他台站数据各分量差值曲线起伏均控制在10 nT以内,说明黄壁庄台观测数据与河北省其他台站观测数据具有较好的一致性,数据无漂移现象。10月中旬出现的台阶可能与整理仪器信号线及检修仪器供电设备有关。

2.4 地磁FHD-2B型仪器产出资料的背景噪声分析

依据国家地磁台网中心网站发布的计算噪声方法,每月选定5个磁静日,计算F、Z、H、D各要素每日当地时间00—03点预处理数据的一阶差分,排除占总数20%的极点值之后,取峰峰值δF、δH、δD和δZ,剔除5个峰峰值中的最大值,计算剩余4个峰峰值的平均值,即得到该要素的背景噪声SF、SH、SD和SZ。通过上述方法计算,得出符合国家地磁台网中心评比规定的数据噪声值(见表5)。

表5 2015年黄壁庄台F、H、D、Z分量噪声分析表

由表5可见,黄壁庄台背景噪声偏大,特别是D分量,比中国地震台网的平均噪声大约0.45;F分量比台网的平均噪声大约0.04 nT;H比台网的平均噪声大约0.2 nT;Z比台网的平均噪声大约0.04 nT。针对噪声大这一情况,采取适当措施,如断掉电源稳压源、交流电源两端加地线、重新布设信号线(原信号线采用穿管地埋)等不断排查解决。

3 结论

通过上述分析,得出以下结论:

图3 2015年5月1日至12月31日黄壁庄台与河北省其他台站地磁数据差值对比分析Fig.3 Difference comparison of geomagnetic data from Huangbizhuang Seismological Station and from other stations in Hebei in 2015

(1) 观测系统除数采软件存在软病,仪器工控机偶尔存在问题外,数采主机、探头及数据库运行基本正常。

(2) 台站观测数据与红山台、广平台的观测数据相关性较好,与昌黎台、丰宁台的相关性一般,与河北省其他台站观测数据具有较好的一致性,数据无漂移现象。

(3) 黄壁庄台背景噪声偏大,可采取适当措施排查解决。

黄壁庄台新磁房地磁观测数据在完整性、可靠性、背景噪声等方面均符合规范及评比要求,可为分析研究提供参考依据。

[1] 熊仲华,刘运生.地磁观测技术[M].北京:地震出版社,1997.

[2] 夏 忠,冯志生,稽才建,等.FHD-1型质子磁力仪的改进与完善[J].地震学刊,2002(20):28-31.

[3] 夏 忠,稽才建,冯志生.FHD分量核旋仪观测系统的抗干扰技术[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

刘 檀(1985— ),女,河北石家庄人。2010年毕业于防灾科技学院,助理工程师。

P315.62

A

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