基于数据跟踪分析的内蒙古电磁干扰因素分析

文金龙 包文超 王 西

（锡林浩特地震监测中心站，内蒙古 锡林浩特 026000）

0 引言

内蒙古自治区地域辽阔，东起东经126°04'，西至东经97°12'，横跨经度28°52'，东西最长直线距离约为2 400 km；南起北纬37°24'，北至北纬53°23'，纵占纬度15°59'，南北最长直线距离约1 700 km；全区总面积为118.3万km2。内蒙古自治区各电磁台站相距较远，面临的干扰多种多样，干扰成因也不尽相同。

地电阻率法是通过观测地球介质的电学性质随时间变化，来进行预报地震的方法之一［1］。该方法通过固定的装置系统定点观测视电阻率随时间的变化，以此来反演测区的地下介质电性结构随时间变化而产生的变化。依据《地震台站观测环境技术要求》（GB/T 19531—2004），对地电阻率观测由电磁干扰源产生干扰的原因大体有以下几类：①城市内轨道交通；②电气化列车；③金属管道；④高压铁塔的避雷接地线；⑤接地用电器。由于内蒙古地电场地所在地区通常为村镇或郊区，面临的主要干扰为接地用电器产生的漏电干扰和供电不稳定。除此之外，自然环境和地球物理事件也会对地电观测产生干扰。

地磁观测的原理是在地震孕育和发生时，由于压磁效应、热磁效应等原因，震源区及周围地区的磁场可能发生快速变化［2］。在地磁观测中，容易受到铁磁性物质干扰，如车辆、地铁、高压直流输电等。高压直流输电线路，对地磁观测造成了较大的影响。

由于地震台站各个测项所收到的干扰逐年增加，产生干扰的原因也越来越多，若要在观测数据中找到地震前兆的异常，必须将干扰因素尽可能排除。因此，将内蒙古自治区各个台站电磁数据所受干扰进行对比分析，结合已知干扰源和干扰因素，寻找所受干扰数据的形态特点，从而实现对电磁数据更加准确的分析，有助于增加台站工作人员数据跟踪分析和日常处理的经验技巧，提高工作效率。

1 内蒙古自治区电磁台网概况

截至2023年内蒙古自治区电磁观测网共有6个观测台站：乌加河台（包括八一地磁测点）、呼和浩特台（包括集宁地电测点）、宝昌台、锡林浩特台、赤峰翁牛特地电测点、满洲里台。其中集宁和赤峰测点由于场地改建等因素目前处于停测状态。

根据国家中心运行清单，本区域台网电磁学科应分析仪器数量为19套，其中8套地电观测仪器、11套地磁绝对观测仪器。本研究选取以上仪器针对不同干扰影响中数据变化较为显著的测项，对其数据形态进行分析。

2 电磁干扰类型

对跟踪分析数据库中已有分析进行归类总结，2019—2022 年电磁仪器跟踪分析事件共704 条，选取其中7 类典型干扰事件累计605 条进行分析。其中地磁相对仪器主要干扰为急始磁暴、高压直流、供电故障、人为干扰，地电仪器主要干扰为地电暴、降雨、漏电、灌溉、高压直流输电、人为干扰。由于地电暴与急始磁暴均为电磁扰动所致，故将其归为一类。各类干扰统计结果见表1。

表1 电磁数据干扰类型数量统计

2.1 电磁扰动

太阳活动期间，大量的带电粒子进入地球空间，并被地磁场捕获。由于粒子增多，环电流也增强。磁层环电流是磁暴过程最重要的特征，也是磁暴主相产生的原因［3］。环电流产生的磁场与地磁场叠加，使得地磁场的水平分量发生很大变化，这时就发生了磁暴和地电暴。磁暴发生时，所有地磁要素都发生剧烈的变化，其中水平分量H变化最大，最能代表磁暴过程特点［4］，地电暴变化形态主要表现为数据突跳。

2.2 降雨和灌溉干扰

内蒙古地区相对干旱，地下水位较深，降雨会通过改变电极所在的表层介质的电性等方式来影响地电观测的数据变化［5-6］，通常表现为地电数据发生阶变，降雨时数据随之产生变化，雨后数据逐步恢复，地电仪的地电阻率测项受影响较为明显，地电场仪的各测项受影响较为同步。灌溉与降雨虽然形成原因不同，但根本原理具有一致性，且影响数据变化也具有相关性。以降雨为例，宝昌台和乌加河台受降雨干扰与降雨量情况如图1 所示，由图1 可知，两台站地电阻率变化与降雨发生时间相吻合，变化幅度与降雨量有一定的相关性。但宝昌台受降雨干扰地电阻率数据产生下降变化，而乌加河台地电阻率受降雨干扰产生上升变化。由两台站受降雨干扰，数据呈负相关性可以初步判断宝昌与乌加河地下介质电性结构有明显差异。对比分析宝昌与乌加河地电阻率年变，二者数据也呈现负相关性（乌加河台“夏高冬低”，宝昌台“夏低冬高”）。乌加河台地电断面为KQQ 型（中间层电阻率高于表层及底层电阻率）（国家地震局预测预防司，1998），宝昌台地电断面为H 型（中间层电阻率低于表层及底层电阻率）（国家地震局科技监测司，1988），当乌加河台供电极距在180～2 000 m之间时，a类干扰（即一层电阻率发生季节性变化的模型）K 型地电断面出现明显反常的季节变化（夏高冬低），而当宝昌台供电极距为560 m 时，a 类干扰H 型地电断面出现明显正常的季节变化［7］，进一步证实了两地地下介质电性结构的差异。

图1 部分台站地电阻率与降雨量对比

2.3 漏电干扰

漏电干扰主要表现形式为阶跃变化和突跳。漏电的阶跃变化主要为漏电流较为稳定，持续时间较长。满洲里台和赤峰台地电场受漏电干扰情况如图2 所示。其中满洲里台地电场仪由于大棚与变压器之间线路漏电，数据产生漏电干扰。由于大棚灌溉用电较为稳定故满洲里地电场数据呈阶跃变化。漏电干扰与测量场地周边环境关联较为密切，如工厂、矿产、变压器等，但用于固定线杆和外线路的钢绞线与线杆之间未采取绝缘措施，也可能形成线间漏电［8］。排查时可对外线路进行检查并参考数据干扰是否具有周期性及漏电时间与工厂工作时间、居民用电高峰时间的关联性等。

图2 部分台站地电场受漏电干扰情况

2.4 高压直流

高压直流输电干扰主要表现为数据的台阶变化，且变化幅度与场地和输电线路距离相关。如发现数据有不明原因的台阶变化，可以对比周边台站数据变化，以及对比干扰台站线路所经过的其他台站。高压直流输电干扰对各台站地磁数据的干扰在时间上具有一致性，因此可以通过以上特征进行判断。位于高压直流输电线路中段的台站可以通过毕奥-萨伐尔定律得出受干扰的幅度变化。沈红会［9］推导出的输电线路远长于台站到输电线的距离下产生的磁场强度公式为式（1）。

式中：磁导率μ0=4π×10-7H/m；电流I为咨询电力部门所得电流值；R为换流站到地磁台站的距离。

换流站周边台站不能单独采用毕奥-萨伐尔定律进行计算。如锡林浩特台受锡泰线高压直流输电干扰，且位于线路起始端，计算时必须要同时考虑换流站接地电极位置及周边地下构造和线路与台站的相对位置［10］。

通过对比台站间所受同一线路高压直流输电干扰，可以得出高压直流输电线路的大致走向，为台站人员维权提供证据。

2.5 供电故障

供电故障通常表现为停电导致缺数或电源不稳导致数据突跳，排查时只需对供电UPS 进行检测即可。如宝昌台由于夏季雷雨天气来临，对仪器进行拉闸避雷。仪器反复断电，电流不稳，导致仪器不但出现断记，而且产生部分突跳。部分台站由于仪器所在场地与台站距离较远，仪器断电后无法第一时间发现，蓄电瓶电量用尽后仪器断记（如图3 所示）。因此建议距离较远，使用CDMA 传输数据的台站可以将CDMA 与市电相连。当地停电后仪器无法远程连接，以便第一时间发现当地停电。或与当地人员建立沟通机制，第一时间获取停电信息。

图3 宝昌台第一装置地电场观测北南向＜3411＞原始分值

2.6 人为干扰

人为干扰多为台站工作人员进行标定、仪器维护等造成的，因此，在时间上具有明显的一致性。在地磁仪器进行标定时，必然会造成人为干扰。数据在仪器标定及断电回传时会产生断记，在电流不稳、工作人员携带铁磁性物质干扰时会产生数据突跳。因此，建议台站工作人员对仪器进行操作前应仔细阅读操作流程，尽量缩短标定时间，将干扰时间降至最低。

3 结论

内蒙古自治区地电台站面临的主要问题为降雨干扰及漏电干扰。内蒙古地区较为干旱，降雨相对较少，地下水埋深较深。因此台站可以申请改造，加大电极埋深。有条件的台站可以采用深井观测，这样可以有效降低降雨对数据造成的干扰。深井观测也可以减少温度等因素对地电观测的影响，提升利用数据进行时频分析［11］等手段分析预报的可靠性。同时，部分台站如锡林浩特、赤峰等由于观测场地距离台站较远，台站的气象三要素所记录的数据无法准确说明场地的气候变化情况。建议此类台站在地电场地增设气象三要素仪器。而面对漏电干扰时，应及时与电力、居委会等相关部门沟通，利用“分片停电”确定漏电区域，结合干扰时段进行重点目标确定，逐户排查，在发现干扰源后妥善沟通，及时排除干扰。

内蒙古各个地磁台站之间跨度较大，所处地区为中高纬度地区，台站受磁暴、亚暴等影响较为频繁。虽然各台站日变化形态存在相位差，但记录到急始磁暴数据变化形态接近，且具有时间同步性。但由于地磁台站较少，分布不均匀，因此对比形态不够突出。同时由于数据不足，导致前兆人员进行分析预报时采用地磁数据的可选择性较差。建议加大内蒙古地区地磁台站数量和分布密度，如赤峰、通辽、兴安盟地区和阿拉善、乌海地区等地磁台站“空区”。在建设地磁台站时不仅应考虑对已有高压直流输电线路进行避让，而且应在相关部门进行地区规划了解，减少各类干扰。

本研究仅对内蒙古地区电磁台站所受干扰进行了初步分析，仍存在许多问题，如换流站附近台站所受高压直流输电干扰应如何确定；降雨对数据的干扰与降雨量、地下介质的电性结构的关系等，仍有待进一步研究。