蒙城台地电场与地磁场观测数据对比分析

张明明 谢石文 薛志明 曾宪军 汪继林 刘红飞

摘 要：通过对蒙城台2015年地电场与地磁场数据对比分析，研究磁场扰动期间磁场变化与地电场的关系，通过对比我们发现地磁H分量的数据变化与地电场受磁场扰动产生的变化相关性较高。通过对原始地电场和地磁场观测数据的对比分析，总结同台站电场、磁场随时间变化的规律，变化电场与变化磁场在同时段不同K指数情况下的相关性与差异性。从而依据一定的数据变化形态和特点，及时识别数据的正常与非正常变化，以便为地震预报提供及时、可靠的观测数据。

关键词：地电场 地磁场 观测数据

中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0074-03

地磁场是时间和空间变化的矢量场，它随时间的变化既有长期变化，也有短期变化。地磁日变化是一种短期变化，分为磁静日变化和磁扰日变化。静日变化起源于电离层中的电流体系，表现为连续出现的周期性变化。干扰变化主要起源于由太阳喷射出来的带电离子流，在电离层及其以外的外部空间所产生的多种短暂电流体系，表现为偶然出现的各种复杂的短期变化，是叠加在平静变化之上的一种突然变化[1]。通过对一个测点地磁场要素的长期连续的观测，就有可能掌握该测点所在区域磁场长期变化和短期变化特征，进而提取出干扰变化[2]。

1 观测系统简介

蒙城地震台，属于国家基本台。台站位于皖西北蒙城县境内的黄柏山上，台基岩性为震旦纪砂岩及第四纪覆盖层，周围地区覆盖层厚度大概都在200～300m左右，地处郯庐断裂的西侧，北部有隐伏的北西向板桥集断层通过，西部数十公里有北北东向口孜集断裂和王老人集断裂通過，位于秦岭-大别断褶带上。

蒙城台大地电场观测系统于1999年12月份建成，并于2000年1月1日进行正式观测记录。观测系统采用中国地震局分析预测研究所研制的自动化、智能化、数字化ZD9A-Ⅱ型地电场仪，仪器采样率为每分钟1次，布极方法采用共用电极长短极距法（图1），有三个分向，其分别为：NS向长、短极距，EW向长、短极距，长极距为226m，短极距为113m，斜长极距为320m，斜短极距为160m。线路采用架空方式，电极埋深为1.8m。ZD9A-Ⅱ型地电场仪与ZD8M地电仪同场观测。测区内地形较平坦（农田），观测环境较好，无较大、明显的干扰，观测系统的建设及布极区的环境状况均符合规范要求，观测质量较好，能观测到较明显的日变化。

蒙城台地磁观测开始于1978年，为地磁国家二类台。该手段在我台开展的项目比较齐全，目前正在运行的项目有三个：绝对观测、相对记录和定点核旋观测。我台绝对观测采用的是国际通用的观测组合，即对D、I、F组合，每周二、五进行；相对记录现有模拟、数字化两套正在并行运作；每晚21点进行定点核旋观测。我们台站观测环境得天独厚，无任何大型干扰源，背景噪声小，观测室附近磁场分布均匀。经过台站人员对背景噪声水平、绝对观测室和相对记录室周围30m及观测场地200m×200m，100m×100m磁场梯度分别进行了量算，计算出我台背景噪声不大于0.10nT，磁场梯度为1nT/m。符合“电磁观测技术规范”要求，非常适合于开展地磁观测。

2 资料选取

根据地球电磁感应的理论，当研究区域远小于源场尺度时，源场可以近似的看作是均匀的、无限的平面电磁波[3]。因此，对于定点台站，所研究的问题是平面问题。由此，即地电场的南北向分量对应于地磁场东向分量的时间变化；地电

场的东西向分量对应于地磁场北向分量的时间变化[4]。

选取2015年7月4日至7月5日磁暴期间蒙城台地磁H分量分数据，地电场EW方向长极距数据（图1、图2）。

通过对比我们发现磁暴期间，地磁H分量变化幅度在110nT左右，地电场日差值变化在70mV/左右，地磁场和地电场数据变化都非常明显，且波动变化的时间较一致。

3 磁场扰动与地电场的相关性分析

为了更好地研究磁扰与地电场数据变化相关性，我们选取2015年7月一整月的地磁与地电场数据，首先对地磁H分量的预处理数据进行谐波拟合生成H-SR曲线（图3）。

由于磁扰对电场的数据影响主要集中在高频，因此我们对地电场数据进行高通滤波处理。在窗函数的选择方面，窗函数有很多种，最常用的有矩形窗、三角窗、傅立叶核窗、汉明窗、幂窗、高斯窗等。每种窗函数都有各自的优缺点，如矩形窗，其优点是主瓣比较集中，缺点是有负的边瓣，带进高频干扰和漏能，而汉宁窗和汉明窗可以很好地消除负的边瓣，消去高频干扰和漏能，其缺点是主瓣太宽。由于我们希望了解磁扰数据变化及地电场的频谱结构特征，这就要求所选窗函数的边瓣尽量小，要求没有负的边瓣，能给出整个频段的波谱结构。因此，我们采用的窗函数为汉明（hamming）窗。

通过对比图3、图4、图5，我们发现蒙城台地磁H分量预处理数据的H-SR曲线和地电场东西向的滤波后的曲线的形态比较一致，即地磁场磁场变化率大的时刻（K指数大的时候），地电场扰动变化大，地磁场磁场变化率小的时刻，地电场扰动变化小。同时，二者的幅度值、周期也具有一定的相关性。

4 结语

通过对蒙城台H分量预处理分数据H-SR曲线与地电场滤波后曲线的对比，得出二者无论在形态上、幅度上还是在周期成分上都有很好的相关性，因此可以综合利用地磁和地电场观测数据开展研究工作。

由于磁扰对于地电场影响相对较大，因此正确地识别磁扰对地电场数据的影响，对于异常核实工作尤为重要，通过地磁数据与地电场数据的对比，可以较为准确地识别磁扰信号。

参考文献

[1] 熊仲华，刘运生.地震观测技术[M].北京：地震出版社，1997.

[2] 曹志磊，周琼.蒙城地震台地磁Z分量日变化特征分析[J].地震地磁观测与研究，2008，29（5）：48-51.

[3] 徐文耀.地磁学[M].北京：地震出版社，2003.

[4] 张素琴，杨冬梅.磁暴时磁场变化率与地电场相关性研究[J].地震地磁观测与研究，2010，31（3）：7-12.

[5] 杜学彬，叶青，李宁.地电场日变化研究[J].地震，2007，29（S1）：121-129.