西宁地磁观测拟迁台选址分析

王彬，马文来，许正霖，李延峰，罗宾生

(青海省地震局，青海 西宁 810001)

0 引 言

近些年来，随着社会的现代化发展对于我国地磁台站造成了影响，西宁地震台(以下简称“西宁台”)地磁观测同样受到了一些干扰。西宁台建于1972年，位于西宁市西山北麓半山腰，海拔2 328 m，是我国基本台之一，承担着青海东部地区地磁场变化特征的监测任务。先后安装了72型和CB-3型三分量磁变仪。2006年10月安装FHD质子磁力仪[1]。2010年2月起模拟地磁观测停测，2015年9月安装了FGM-01型磁通门磁力仪。随着城市的发展和扩建，西宁地磁台站相对记录室附近建造大型人文设施及行车主干道，采用大量钢筋等铁磁性建筑材料，距离西宁地磁台站不足200 m，建成后将严重干扰西宁地磁台的观测。故青海省地震局规划重新迁址，组织人员对西宁周边地区勘选新地址，建设地磁台站。

1 场地初勘

场地初选时根据地磁学科勘选规范，在西宁周边地区利用一比一百万的航磁图寻找磁梯度平缓、梯度线间距大的地区，拟选西宁市田家寨林区、西宁市大有山、平安区白马寺村、互助县小台村四个地区作为备选场地，完成初步勘选。在收集相关地质构造资料、交通资料、网络通信资料及现场情况分析之后，初步分析西宁市田家寨林区、西宁市大有山、平安区白马寺村三个场地从供电通讯、征地情况和地质结构方面不适合作为地磁台站建设点。

第二个勘选场地为互助县小台村，该址在构造上属于祁连山地槽东段的一部分，即支脉达圾山—青石岭段，地貌特征为北西—南东走向的高山山岭。所选区域为大面积第四系黄土松散沉积物覆盖山地，植被多为灌木丛，含有大量腐质物，其下多为变质石灰岩、麻岩、千枚岩等。

区域地质背景中山岭匀河谷平行相间的地貌特征构成全地区的基本格架，山势高峻、山体巍峨由下古生代基岩及中酸性火山碎屑岩、砾岩、千枚岩、板岩和灰岩构成。由于受到半湿润气候的影响流水侵蚀作用强烈山岭切割严重。中生代的燕山运动使得古老岩层断裂凹陷形成了山谷盆地沉积了很厚的第三纪红色砂岩及砾岩。喜马拉雅山运动又使地层平缓地褶皱和断裂第四纪堆积了黄土[2]。经过长期的外力作用就形成了的高山峡谷、沟谷滩地的地貌特征。

2 仪器性能标定

2.1 水平噪声测试

在工区选取一磁场平稳、人文干扰小的地方，将待标定仪器相距20 m放格，采用日变观测方法同步(误差小于1s)观测，将日变化作为外场变化，读取100个左右的观测值进行计算：

(1)

图1 水平噪声测试曲线

计算得出两台仪器的S值依次为：0.163 7，0.179 1。由于GSM-19T属于测量地球磁场的第二代磁力仪，其灵敏度<0.1nT,分辨率可达0.01 nT(即测量结果中小数点后面显示两位有效数字，在仪器工作范围内绝对精度可达1nT(±0.5nT)。计算结果表明两台仪器的噪声均在1nT内，可以认为本次试验中采用的两台GSM19T均符合本次测量要求，排除了人为干扰造成的可能。

2.2 一致性测试

在选定工区中进行大致测量一次，选定工区中相对变化超过十个纳特的两个区域，分别架设两台GSM-19T，各取100个测点，每个测点依次闭合观测三次以上。

图2 一致性测试曲线

(2)

计算得到一致性均方差S一致性=1.709，一般要求S一致性≤ 0.5 S总。本次测得一致性均方差结果远远低于二分之一总方差2.84，经过一致性测试结果表明本次实验的两台GSM19T磁力仪均符合测量要求，所测得数据均可用于本次地磁场勘测实验中。

3 观测场地磁场勘测

勘选过程严格执行 GB/T19531．2—2004《地震台站观测环境技术要求》(第二部分电磁观测)及 DB/T9—2004《地震台站建设规范》(地磁台站)相关要求[3-5]。

3.1 地磁场跨度测量

本次测量的目的是对地磁观测场及周边的磁场特征做一个初步探查，本次测量在预选场地为中心做30公里的南北、东西测线各一条[6]，初步设计测量步长为1 500 m，且在测量区域内建立日变基本站以作日变校正。工作中基站的选择应做到：①位于正常场内；②磁场的水平梯度和垂直梯度小，在半径2 m及高差0.5 m范围内磁场变化不超过设计总均方差值的1/2；③附近无磁性干扰和人文干扰，远离建筑物和工业设施。本次由于条件限制，基站设在距离测网大约100 m的东北方向上。

图3 北南向地磁跨度总场强

图4 西东向地磁跨度总场强

从上图的地磁总场的跨度表可以看出，北南向、西东向基本较为平稳，北南、西东总场强跨度异常点最大不超过70 nT，根据相关规范该预选场地北南、西东30 km的跨度总场强符合建设要求[7]。

3.2 预选场地背景噪声测量

现场架设一台磁力仪进行连续日变观测，连续记录12个小时以上，依据地球电磁场变化较为平稳的时间段随机选取10段连续数据，每段连续数据不小于10个数，计算10段观测数据的峰峰值精度，最后得到此段数据的平均峰峰值精度即为该测试段的背景噪声[8,9]，要求背景噪声小于0.1nT。

图5 背景噪声测量曲线

表1 背景噪声峰峰值精度表(单位：nT)

3.3 预选场地地磁总场强测量

本次磁测网由于地形方面限制确定为100×100 m，测线间距5 m，点距5 m。测线走向为东西向，共21条测线，选择0号线为检查线。0号线以北依次为2、4、…、16号测线。0号测线以南依次为1、3、…、15号测线。测点号从西到东依次为0、1、2、…、20。测量使用两台仪器同时观测，一台建立日变基本站以作日变校正，一台固定探头高度为1.5 m做点位测量，采样间隔均为10 s[10-11]。

图6 总场强梯度变化等值线图

从图6总场梯度的变化中我们可以看出该场地的地磁场分布基本均匀，基本满足规范内100m范围内磁场梯度不大于1nT/m的要求。本次拟选区域中坐标点为(30，50)的区域磁异常最平缓，所受环境干扰最小，初步定为本次地磁点的建设区域。

4 结 论

根据高精度仪器整体测量结束之后，对于互助县林川乡小台村地磁预选点的观测结果分析为地磁台站周围30 km无剧烈地磁波动异常[12]，地磁台站100 m范围内地磁总场强均匀分布，磁场水平梯度≤1nT/m，地磁背景干扰噪声≤0.1nT，地磁场勘选结果符合地磁台站建设要求。本次预选场地与原西宁地磁台位于同一纬度，资料连续性不受影响。