地电观测中城铁干扰数据频谱特性分析研究

王同利 胡乐银 宋艳茹

1）北京市地震局，北京 100080

2）中国地震局地震预测研究所，北京 100036

地震前兆观测中地电观测是地震分析预报中最可靠的观测方法之一。但随着城市建设的快速发展，观测数据受到了多元化干扰信号的侵袭，给我们在地电观测数据中提取有用的地震信号增加了很大的难度，为了给地电前兆地震分析提供更优化的数据，课题组将对我局地电阻率观测数据质量做出量化分析及评估。在此基础上，通过数据处理方法得到地电观测数据的可用信号和干扰信号的大小，再通过实地考察，数据统计的方法收集到干扰信号源的变化情况以及干扰信号源所引起的地电观测数据变化大小，然后用数理统计方法建立识别和分析地电阻率干扰数据的处理方法。运用符合数据变化的最佳拟合方法剔除或分离地电阻率观测数据中的干扰信号，提取有效数据，为北京市地震局地电前兆监测预报分析提供更优化的数据服务。

地电观测干扰情况比较多，比较复杂。北京地区地电观测现在遭受的观测干扰源主要是城市铁路和城市作业。其干扰特征与城市铁路的运行情况比较吻合：夜间0～5时地电观测是最平静的阶段，干扰最小，游离干扰也较少；6～23时间段的干扰比较明显。目前主要选用干扰比较小的时间段，如夜间0～5时的观测数据，对地电数据进行长趋势监测预报分析。为了提高地电观测数据的应用实效，以通州地电场观测数据为例，通过建立快速傅里叶变化FFT能量谱计算模型对地电观测信号的大小和外界环境干扰信号的影响大小量化，建立简单的地电数据剔除干扰信号的方法和提取有效数据方法，还原和恢复地电观测数据的天然变化。在数据处理过程中，将同频段的观测数据用Matlab软件编程进行数据处理及FFT分析频谱转换，然后再用Origin软件对频谱数据进行矩阵转换、二次数据处理和图像绘制。图1是城铁干扰主要特征频谱图。其中，在城铁干扰比较小的时间段的地电场观测数据的频谱特征，如图1（左），混叠城铁干扰的地电场观测数据的频谱特征，如图1（右）所示。

比较分析，我们可以看到，通州台在城铁干扰数据的频谱范围比较宽，几乎覆盖了地电场正常观测的频段，且能量比较大（大于1 000 Mev）。利用这一特征，可以将地电场采集的观测数据1 000 Mev的能量数据作为本底数据，超出这部分能量范围的能量数据就是干扰源引发的干扰数据，以便能够从地电观测数据中对城铁等产生的干扰数据进行剥离。

图1 通州地震台地电场NS测项数据能量图