武家寨FHD- 2B 地磁观测数据典型干扰分析

宫静芝，吕永青*，史舒婷，陈常俊，张亮娥，王振江

（1.山西省地震局太原地震监测中心站，山西 太原；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原）

引言

随着国民经济的快速发展，各类地磁干扰因素影响日益增加。分析干扰因素对地磁正常动态产生的影响，能够更加准确有效地识别与排除干扰异常信息，提高观测质量，甄别出真正与地震相关的电磁异常[1-5]。本文从铁磁性物质和电磁活动干扰对武家寨FHD-2B 质子矢量磁力仪（下文简称FHD 仪）测项干扰进行总结，为其他地磁观测站点识别及消除干扰提供有价值的参考。

1 台站及仪器信息

1.1 台站概况

武家寨地磁台位于晋源区晋源镇武家寨村东，地理坐标为北纬37°41′，东经112°30′，海拔高程772 m。构造上处于太原盆地中北部，交城大断裂东侧，地势开阔平坦，远离居民住宅区，测量范围内无管线通过，没有工业游散电流和其它电磁干扰源，航磁图上武家寨磁异常值80-100 nT，区域磁场平静，布格重力异常等值线图上处于负异常区，磁场梯度及干扰背景测试结果：200 m 范围内磁场梯度小于1.0 nT/m，电磁环境干扰背景≤0.1 nT，静态磁场干扰≤0.5 nT，符合地磁及地电观测规范所要求的测区条件。

1.2 仪器介绍

FHD 仪是一种用来测量地磁总强度F、水平分量H（或垂直分量Z）、相对磁偏角D 的数字化分量质子磁力仪，观测系统包括主机、探头、分量线圈及连接线路。仪器主要技术指标为：分辨率0.1 nT，总强度F 精度0.3 nT，垂直分量Z 精度0.6 nT，水平分量H精度0.6 nT，磁偏角D 精度0.1′，测量范围20 000-70 000 nT，采样率为1 min。

2 武家寨FHD 仪典型干扰因素

地磁数据干扰可分为铁磁性物质和电磁活动干扰。铁磁性物质干扰表现为在距观测点一定范围内，铁磁物体移动引起观测区内磁场一段时间内发生变化，电磁活动干扰为高压直流输电、大功率仪器设备运行等对周围电磁观测台站数据造成不同程度的干扰[6-7]。

根据历年观测资料，武家寨FHD 仪主要受到的铁磁性物质干扰为工厂运行、车辆干扰、基建工程干扰等，电磁活动干扰为高压直流输电干扰和地铁运行干扰（表1）。

表1 武家寨电磁台FHD-2B 干扰类型汇总（单位：次）

2.1 铁磁性物质干扰

2.1.1 工厂运行干扰

武家寨磁电台北面100 m 处有废铁加工厂，工厂运行时段对数据造成突跳、台阶干扰，对FHD 垂直分量Z、总强度F 造成干扰，D 分量、H 分量基本无干扰。数据突跳干扰，可进行剔除尖峰或删除数据处理，台阶型干扰，可利用台阶改正。图1 为2019 年8 月13日武家寨FHD 仪垂直分量Z 受工厂运行干扰曲线。

图1 2019 年8 月13 日武家寨FHD 仪垂直分量Z 分钟值原始曲线

2.1.2 车辆干扰

当地磁房附近有车辆过往会对地磁观测造成干扰，车辆驶入、驶离地磁房附近会引起数据突跳，时间一般持续数十秒至几分钟；车辆停靠在地磁房附近会产生台阶干扰。图2 是2018 年3 月3 日武家寨FHD数据受车辆干扰曲线，当日09:22-09:36 车辆进入地磁观测场地，11:20-11:37 驶出，驶入、驶出时段数据突跳，车辆停靠时段造成数据台阶干扰，D 分量干扰台阶-0.05′，H 分量干扰台阶-2.8 nT，F 分量干扰台阶-1.6 nT。对此类干扰需进行去除尖峰、删除数据、消除台阶的处理。

图2 2018 年3 月3 日武家寨FHD 仪分钟值原始曲线

2.1.3 基建施工影响

2018 年6 月-2019 年4月，太原迎宾桥开始建设，该桥距武家寨地磁台约800 m，对地磁观测记录造成不同程度干扰（图3）。干扰时段数据突跳、产生台阶，可参考相邻台站数据曲线进行删除数据或台阶改正处理。

图3 2019 年4 月16 日武家寨FHD 仪分钟值原始曲线

2.2 电磁活动干扰

2.2.1 高压直流输电干扰

高压直流输电线路在工程试运行阶段及运行出现故障时，会产生较大的不平衡电流，在输电线路及换流站周围产生的干扰磁场会影响正常的地磁观测，特别是对输电线路两侧300 km 内范围地磁观测影响更大[8]。高压直流输电干扰是在正常的磁场中叠加了一个外部磁场，干扰特征为台阶或突跳，距线路越近，台阶幅度越大[9]。可根据中国地磁台网高压直流输电干扰判别处理系统数据进行相应的去除缓变、去除台阶处理。武家寨FHD 仪数据主要受到上临线、宁东线、晋南线、哈郑线、宁绍线、昌宜线6 条输电线路干扰。其中上临线干扰幅度最大，昌宜线干扰幅度最小[4]，干扰时间从2 分钟到数天不等。图4 为FHD 仪垂直分量Z 受上临线干扰曲线。

图4 2018 年10 月16 日武家寨FHD 仪垂直分量Z 分钟值原始曲线

2.2.2 地铁运行干扰

地铁运行产生的杂散电流流入大地形成泄露电流，所产生的磁场打破周边磁场的平衡，形成一个附加磁场[10-11]，对周围电磁观测台站数据造成不同程度的干扰，干扰一般不做处理，可以利用小波方法对轨道交通干扰进行抑制[12-13]。

太原地铁2 号线贯穿太原市南北，南端点位于太原武家寨电磁观测点东北，与测点直线距离5 km，对武家寨FHD 仪干扰具体表现为：

（1） 2020 年12 月1 日-2021 年2 月28 日，干扰时有时无，干扰幅度水平分量大于垂直分量。

（2） 2021 年 3 月 1 日-2021 年 10 月 1日，基本没有干扰。

（3） 2021 年10 月2 日开始每天干扰，干扰时段为4:40-23:50，干扰幅度水平分量10 nT 大于垂直分量5 nT（2022 年8 月13 日-9 月30 日干扰幅度减半）。

干扰时段呈现出非常明显的高频率干扰，地铁停运时段，供电停止，地磁数据随之恢复正常（图5）。

图5 2020 年12 月4-13 日武家寨FHD 仪分钟值曲线

3 应对措施及方法

针对不同的干扰源对电磁观测的影响，可以采取以下措施应对：

（1） 铁磁性物质干扰：可以增加警示标志，划定地磁观测区范围，避免各类车辆、携带铁磁性物体的人员靠近。台站内部施工干扰，应选用无磁性工具，缩短施工时间，减少干扰时间。出现无法避免的铁磁性物体干扰时，可参考附近台站数据进行处理。对于外部施工干扰，应根据观测规范相关要求告知施工单位，并提前进行评估[6]。

（2） 电磁性活动干扰：高压直流输电干扰可根据中国地磁台网高压直流输电干扰判别处理系统进行相应的缓变、台阶处理，地铁运行干扰一般不需要处理，可以利用小波方法等对轨道交通干扰进行抑制。

4 结论与建议

梳理、识别各类干扰图像，可更好的识别前兆异常，提高地震短临预测、预报。通过对武家寨FHD 仪近几年观测资料的总结分析，受到的铁磁性物质干扰为工厂运行、车辆干扰、基建工程干扰等，电磁活动干扰为高压直流输电干扰和地铁运行干扰。铁磁性物质对武家寨FHD 仪的干扰形态为台阶、错误数据，可进行台阶、删除错误数据处理。电磁活动干扰中高压直流输电干扰可根据中国地磁台网高压直流输电干扰判别处理系统提供的数据进行相应的去除缓变、去除台阶处理，地铁运行干扰一般不需要处理。