山西地磁台阵观测数据评价

张亮娥，陈常俊，刘素珍，贾海英，田文清，曹文强

(1.山西省地震局太原基准台，山西 太原 030025；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.山西省地震局代县中心地震台，山西 代县 034200；4.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

山西地磁台阵观测数据评价

张亮娥1，4，陈常俊1，4，刘素珍2，4，贾海英3，4，田文清3，4，曹文强1，4

(1.山西省地震局太原基准台，山西 太原 030025；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.山西省地震局代县中心地震台，山西 代县 034200；4.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

山西省地震局于2014年9月至10月在山西北部恒山断裂带两侧布设5套GM4磁通门磁力仪，形成小口径地磁台阵，获取地磁三分量的观测资料。文章针对仪器运行以来的观测数据质量进行分析评价，并对仪器运行管理提出相关建议。

地磁台阵；观测数据；质量评价

0 引言

地磁场是地球最基本的物理场之一，研究学者在一百多年前就已经关注地震前存在的地磁异常变化，并在这方面做了大量的研究工作。1966年以来，我国逐步建立地磁观测台站与地磁观测点，地磁观测系统逐渐完善。

中国地震局“十五”地磁台站数字化建设以来，数字化台站已达50多个，分别在天祝、西昌、重庆建立了台阵，运转磁通门磁力仪约200套。2014年，在山西北部恒山断裂两侧布设5套GM4磁通门磁力仪，形成小口径地磁台阵。

1 数据来源

2008年汶川8.0级地震发生后，山西北部至晋冀蒙交界地区被列为重点监视区域。为此，山西省地震局于2014年9月至10月在山西北部恒山断裂带两侧布设5套GM4磁通门磁力仪，采样间隔为1 s，观测周期从2 s到数十分，仪器的峰-峰值噪声小于0.1 nT，以获取地磁三分量的观测资料。各测点具体位置如图1所示。

2 数据评价

2.1 数据分析

表征完整性与有效性的指标有两个，一个为数据连续率，指实际产出数据与应产出数据的比值；另一个为数据完整率，指有效数据与应产出数据的比值。前者反映仪器观测系统的稳定性，后者是整个观测系统与观测环境的综合体现。选取2015年10月至2016年6月山西北部恒山断裂带两侧各测点的数据进行分析(见第23页表1、表2)。

图1 山西地磁台阵子台分布图Fig.1 The distribution of sub-station in Shanxi geomagnetic array

从统计结果来看，台阵观测系统工作稳定，观测环境良好，主要存在如下问题。

(1) 仪器死机。所有测点均存在偶然的仪器死机复位现象，复位时间为1～2分钟，一般测点仪器复位后数据都能及时恢复，但部分测点(山阴)存在复位后，数据漂移且不能及时恢复，产出错误数据；(2) 停电缺数。台阵测点仪器采用地埋式安装，测点位于山区，虽配有UPS，但长时间停电会造成缺数；(3) 代县测点仪器GPS不对时现象频繁出现，仪器复位虽可解决，但会造成缺数；(4) 台阵位于山西北部，属雷电频发区域，数采、传感器虽在数次雷电中未损坏，但UPS及网络设备受雷击影响导致缺数及数据不能被及时收取。

表1 山西地磁台阵秒数据连续率统计表

表2 山西地磁台阵秒数据完整率统计表

2.2 背景噪声

背景噪声是观测环境与仪器本身噪声的综合体现，若把仪器噪声作为一个恒定值，若背景噪声越小，则环境越好。地磁台址堪选要求背景噪声≤0.1 nT[1]。

第24页表3为地磁台阵各测点2015年10月至2016年6月记录数据背景噪声的计算结果，第24页表4为台阵测点选址时的背景噪声计算结果，台阵各测点平均噪声均符合规范要求。由表3可知，代县测点背景噪声最小，繁峙测点的H、Z分量背景噪声略大于台网平均噪声，但其在选址测试时背景噪声为最小，所以，噪声的差异可能与仪器自身有关。

2.3 观测温度

传感器采用地埋式安装，2015年7月1日至2016年6月30日，各测点传感器温度的统计结果如第24页表5所示。同时段环境温度，以代县台为例，最高温度为27.1 ℃，最低温度为-18.3 ℃，年温差为45.4 ℃。各测点传感器温度小于环境温度的一半。地磁观测规范中未对野外地埋式观测方式的日温差和年温差作单独要求，但对定点台站观测的相对记录室温度要求为日温差≤0.3 ℃，年温差≤10 ℃。

表3 山西地磁台阵秒数据背景噪声统计表

表4 山西地磁台阵观测环境测试结果

表5 山西地磁台阵各测点传感器温度

2.4 日变化

在小范围内(<200 km)，认为地磁场日变化一致。通过原始曲线对比、日变化相关等方法分析日变化的一致性。以垂直分量为例，第25页图2为各子台分钟值日变化曲线图，直观上看，无论是静日还是扰日，各子台日变化幅度与相位均一致。以大同台为参考，做相关分析(见第25页图3)。2015年10月至2016年6月，日变化平均相关系数在0.98以上，因冬季日变化较小，造成相关系数较低，3至6月的相关系数达0.99。

3 结论及建议

山西地磁台阵安装运行以来，观测仪器运转稳定，观测环境良好，数据平均完整率达99.5%以上。2015年7月至2016年6月，5个子台60个月数据完整率达100%的占36个月，数据观测质量达到规范要求。

图2 山西地磁台阵子台垂直分量日变化曲线图Fig.2 The daily variation of sub-station in Shanxi geomagnetic array

图3 山西地磁台阵子台与大同台垂直分量相关系数曲线图Fig.3 The correlation coefficient curve of sub-station in Shanxi geomagnetic array and vertical component of Datong station

针对各测点存在的常见问题，提出以下改进建议：(1) 对安装于山西北部雷电较多地区的仪器，做好进一步的防雷措施；(2) 代县测点GPS不对时情况频繁出现，在具体原因未查清之前要加强日常检查，避免出现由时间错误导致的数据缺失；(3) 有条件时，增加蓄电池数量，避免因停电、蓄电池供电不足造成缺数；(4)

对年温差较大的测点加大黄土覆盖厚度，做好环境保护。

[1] 中国地震局.地震及前兆数字观测技术规范(电磁观测)[M].北京：地震出版社，2001：11.

Evaluation on Shanxi Geomagnetic Array Observation Data

ZHANG Liang-e1,4, CHEN Chang-jun1,4, LIU Su-zhen2,4, JIA Hai-ying3,4, TIAN Wen-qing3,4, CAO Wen-qiang1,4

(1.Taiyuan Reference Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030025, China;2.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030021, China;3.Daixian Central Seismic Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Daixian, Shanxi 034200, China;4.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

For the three component geomagnetic observation data, in northern Shanxi, five sets of GM4 fluxgate magnetometer were set up on both sides of the Hengshan fault zone by Administration of Shanxi province from Sep. to Oct. 2014, forming the small caliber geomagnetic array. In this paper, the quality of observation data is analyzed and evaluated, and some related suggestions are put forward for the instrument operation and management.

Geomagnetic array; Observation data; Quality evaluation

1000-6265(2017)01-0022-04

2016-08-07

中国地震局监测、预测、科研三结合课题(16040X)。

张亮娥(1971— )，女，山西省清徐人。2008年毕业于南京农业大学，高级工程师。

P318.6+2

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