盐城台地磁观测干扰特征分析

郭灏明

（江苏省盐城地震台，江苏 盐城 224005）

地磁观测是一种重要的地球物理观测手段，其不仅为地震预报服务，同时也是地磁学科和其他相关学科研究的基础。然而，随着经济的发展，城市化进程的加快，基础设施的不断完善，地磁的观测环境却在日趋恶化。国内相关人员研究发现，地磁观测数据的干扰种类主要有磁暴、高压直流输电、车辆、建设施工、噪声等（张英杰等，2017）。因此，在日常观测过程中正确识别各种干扰因素的特征，做好数据预处理工作，不仅可以提高观测数据质量，还可以为识别地震前兆异常提供保障。本文以盐城地震台为例，结合日常工作，分析总结地磁观测中的各类干扰因素及其记录形态特征，为日后数据预处理提供参考。

1 观测台站概况

盐城地震台为江苏省省属地震台站，位于江苏省东部盐城市龙冈镇果林场内，台基坐落在第四纪沉积层上，处在南黄海地震活动带边缘。台站及邻近地区地震地质构造比较复杂，苏北—南黄海坳陷区受到不同地质时期的构造运动作用，形成了一系列级别不等的活动断裂。主要断裂构造有NE向的淮阴—响水断裂、洪泽—沟墩断裂和盐城—南洋岸断裂等，NW 向的苏北滨海大断裂、沟墩断裂等，全部隐伏在沉积层之下。盐城台地磁观测场地位于台站内部，观测场地磁场平均梯度小于2 nT/m，采用数字化FHD-2B型质子磁力仪进行日常观测。

2 干扰因素分析

2.1 磁暴干扰

太阳表面活动旺盛时，尤其是太阳黑子极大期，太阳表面耀斑爆发次数增加，耀斑爆发时辐射出X射线、紫外线、可见光、高能量的质子和电子束，带电粒子形成的电流冲击地球地磁场，导致地球磁场的强度和方向发生急剧变化，这种现象称之为磁暴。磁暴发生时，各个地磁观测分量同时受到干扰，水平分量、磁偏角变化明显，且开始时间和结束时间同步。盐城台FHD-2B记录到2021年5月12日磁暴干扰期间分钟值曲线形态（见图1），干扰期间地磁各分量变化剧烈，尤以D和H分量波动明显，出现明显突跳。因磁暴具有偶然性、全球性等特点，可通过多台对比判定，因此对于受磁暴干扰时段的数据不需做预处理。

图1 2021年5月12日盐城台地磁受磁暴干扰记录曲线

2.2 高压直流电干扰

经研究表明高压直流输电线路能对其两侧数百千米内地磁观测产生影响，全国许多地磁台站都不同程度受到干扰，具体表现为当换流站发生不平衡电流或者高压线路上产生感应电流时导致地磁产生突跳性变化（蒋延林等，2014）。供电部门对高压直流线路的调试具有随机性，且造成的干扰不可避免，因此台站需准确判别其干扰形态并采用正确手段进行预处理，目前地磁台网高压直流输电判别处理系统为一线台站人员提供了参考标准。

经长期调查总结发现，影响盐城台地磁观测的高压直流电线路有7条，分别为葛上线、三上线、三常线、锦苏线、锡泰线、昌宣线及溪浙线，其中锡泰线距离盐城台最近，干扰幅度最大，影响范围为0.1～14 nT（见图2）。高压直流电对地磁观测数据造成的影响具有时域特征，即同一条干扰线路的同一个干扰事件对线路两边的地磁台站观测造成的干扰会同步发生、方向及幅度特征表现为在导线的两边产生的磁场方向相反，与输电线路距离台站的距离成反比（杨学慧等，2020）。盐城台与淮安台、高邮台分别位于锡泰线两侧，通过比对2020年5月31日地磁观测时域记录数据（见图3）发现，三个台站干扰时段同步，同侧台站干扰形态方向一致、异侧台站干扰形态方向相反，且距离线路越近，影响幅度越大。高压直流电对地磁观测的影响主要体现在Z分量上，D分量次之，H分量最为轻微，干扰形态主要表现为台阶。以2021年2月2日和2021年5月26日的地磁观测数据为例，台阶的形态主要有两种：直起直落或起落缓变时间短台“方波”状台阶和缓变连续的弧形或U型台阶（见图4）。同一事件、同一时间段内常见多种形态台阶或台阶嵌套，无论哪种形态，确定缓变起始时间都有一定难度，日常处理须在参考地磁台网高压直流输电判别处理系统的基础上，辅助人工判定才能对观测数据进行正确预处理。

图2 2021年1月7日盐城台地磁受锡泰线高压直流输电干扰曲线

图3 2020年5月31日锡泰线东侧盐城台与锡泰线西侧淮安台和高邮台地磁受高压直流输电干扰曲线

图4 2021年2月2日（a、b、c、d）和2021年5月26日（e、f、g、h）盐城台受高压直流输电干扰曲线

2.3 观测噪声干扰

地磁观测噪声干扰主要是由于观测环境背景噪声、仪器工作参数偏离、信号线较长产生的涡流电流影响、交流干扰和集成干扰等造成的（陈贤等，2020）。根据国家地磁台网中心网站发布的计算噪声方法，通过计算发现盐城台2019年10月至2020年6月地磁数据背景噪声偏大（见表1中2020年7月之前的数据），对观测数据的精度产生一定影响。为解决分量噪声偏大的问题，盐城台与生产厂方进行联系排查，在测试中发现，仪器的接地线不好，导致信号衰减，从而背景噪声增大，经处理修正后，各分量背景噪声于2020年7月恢复正常（见表1中2020年7月之后的数据），确保了观测数据的精度。

表1 2019年10月至2021年3月盐城台地磁F、D、H、Z分量噪声月平均值

2.4 车辆的影响

盐城台紧邻省道232，磁房距离公路直线距离约200 m，且公路上经过的重型车辆较多，对地磁观测数据造成了一定的影响。当车辆快速通过时，对磁房附近磁场的影响突然且时间短，对观测数据的形态干扰表现为突跳和尖峰。通过分析2021年5月23日地磁观测数据（见图5）发现，车辆的干扰对H分量的影响最大、Z分量次之。在确定干扰因素后，需要对观测数据进行台阶预处理，使数据曲线达到平滑状态。

图5 2021年5月23日盐城台地磁FHD观测受车辆干扰曲线

2.5 基建的影响

盐城台位于盐城市盐都区龙冈果林场（公园）内，该区域被地方政府规划为旅游景区，规模多次扩大，建设过程中工程车辆设备进出停靠、作业，工地堆积的含铁磁性材料都对磁房外的观测环境造成了严重影响。值班人员在结合巡检排查基础上确定干扰时段，并进行相应预处理。

3 结论

通过对2019～2021年盐城台地磁观测数据分析，发现影响观测精度的因素主要有自然因素、环境因素、人为因素以及仪器故障等。受干扰数据的曲线形态主要表现为单点突跳、多点突跳和突跳台阶等。造成数据曲线异常的主要原因有磁暴、高压直流电、噪声、车辆和基建等。

地震观测数据的质量直接影响分析预报的可信度。只有充分识别地磁观测中的各类干扰因素，正确预处理数据，方能使产出数据完整、连续、可靠。以盐城台为例，剖析了地磁观测中的部分影响因素及相应干扰的形态，有效排除可控干扰源，解决了日常观测中背景噪声大的问题，提高了观测数据质量。