嘉峪关地震台磁通门磁力仪记录准确度分析

董海龙杨冬梅张素琴李西京1）中国甘肃735100嘉峪关中心地震台2）中国北京100081中国地震局地球物理研究所3）中国陕西713300乾陵地震台



嘉峪关地震台磁通门磁力仪记录准确度分析

董海龙1)杨冬梅2)张素琴2)李西京3)
1）中国甘肃735100嘉峪关中心地震台2）中国北京100081中国地震局地球物理研究所3）中国陕西713300乾陵地震台

摘要通过日变化记录准确度标定的基线值和同台多套仪器记录的分均值资料，应用差值分析方法，结合仪器定向实验，对磁通门磁力仪记录准确度进行研究。分析发现，磁通门磁力仪GM4 (6)的H分量和GM4 (8)的Z分量记录的地磁场变化准确度存在偏差，定向实验发现，仪器3个磁通门传感器线圈正交度存在误差，是引起磁通门磁力仪记录准确度偏差大的主要原因。

关键词日变化；准确度；基线值；分均值；定向

0 引言

磁通门磁力仪受格值线性度、温度稳定性和温度变化等因素影响，在准确记录地磁场变化时会存在误差，使其基线值和分均值差值不是理论恒定值，但必须在《数字地磁台网观测资料质量评比办法》要求范围内。日常工作发现，同一绝对观测组合对不同相对记录仪器测量基线时，个别仪器基线会偏离较大，在同一观测场地内，相对记录仪记录到的地磁场变化数据差值偏大，说明仪器在记录地磁场变化时的准确度存在偏差。日变化准确度标定是定量考察地磁相对记录仪器记录地磁日变化的准确程度，以利于确定台站绝对观测的合适时间段及数据的研究应用（张素琴，2011）。本文利用日变化记录准确度标定结果的基线值、仪器记录数据的相对差值和定向实验数据，分析嘉峪关地震台磁通门磁力仪记录的准确度。

1 日变化记录准确度标定结果

基线值能够反映相对记录仪器工作状态稳定性和绝对观测误差等问题，通常用标准偏差和变化幅度来衡量基线精度和稳定性，标准差是综合参数，既反映仪器工作状态好坏，也反映观测误差大小（高玉芬，1991）。采用Mingeo-Dim和Overhauser的绝对观测组合，对嘉峪关地震台（以下简称嘉峪关台）FHDZ-M15、GM4 (6)和GM4 (8)仪器日变化记录准确度进行标定，标定数据DB、HB、ZB分量的标准差分别为：FHDZ-M15：δD=0.05＇、δH=0.2 nT、δZ=0.2 nT；GM4 (6)：δD=0.06＇、δH=0.8 nT、δZ=0.5 nT；GM4 (8)：δD=0.05＇、δH：0.3 nT、δZ：1.1 nT。3套仪器在同一个观测室内，理论上同一绝对观测组合给不同相对仪器计算的基线变化趋势应该一致，从日变化记录准确度标定时段的基线（图1）发现，GM4 (6)仪器H分量基线HB和GM4 (8) Z分量基线ZB日变化形态和幅度变化较大，GM4(6)仪器HB变化幅度最大偏差约1.2 nT，GM4(8)仪器ZB变化幅度最大约1.7 nT。从3套仪器日变化记录准确度标定结果看，FHDZ-M15仪基线值标准差偏小，稳定性较好，GM4(6)仪δH和GM4(8)仪δZ标准差偏大，仪器稳定性较差。

图1　嘉峪关台日变化记录准确度标定基线值(a) FHDZ-M15仪器；(b) GM4(6)仪器；(c) GM4(8)仪器Fig.1 Diurnal changes of baseline calibration period of Jiayuguan Seismic Station

2 分均值差值

由于FHDZ-M15组合观测仪是悬挂式FGE磁通门磁力仪，测量基线值稳定，温度系数（小于等于0.25 nT/℃）和传感器长周期漂移（2—3 nT/年）小，并且日变化记录准确度标定基线值稳定，特作为参考仪器来对GM4(6)和GM4(8)进行分均值差值分析，从分均值差值图发现（图2），在0—10时（世界时）期间，GM4(6)仪H分量和GM4(8)仪Z分量差值偏离均值较大，最大偏差幅度分别为1.7 nT和1.9 nT，超出《数字地磁台网观测资料质量评比办法》中ΔD ＜ 0.10＇、ΔH≤1.0nT、ΔZ≤1.0 nT要求，11时后偏差较小。从分均值差值分析结果得出，GM4(6)仪器H分量和GM4(8)仪器Z分量记录准确度存在偏差。

3 定向实验

在对嘉峪关台GM4(6)仪器进行重新定向时发现，在绝对观测状态下，将偏角D定向为22.64 nT，转换到相对状态后，偏角观测值变为19.12 nT。对GM4(8)进行重新定向时也发现，在绝对状态下，D定向为23.14 nT，转换到相对状态后，其偏角观测值变为-4.03 nT。根据三分量磁通门磁变仪探头正交误差对定向的影响（朱兆才，2004），要求3个磁通门传感器分量线圈两两正交，否则线圈的电流可能影响到其他分量线圈。在地磁场剧烈变化时，3个分量线圈的电流相互影响变大，初步判断为嘉峪关台GM4(6)和GM4(8)仪的H、Z分量线圈的电流影响了偏角D分量的测量，说明仪器3个磁通门传感器线圈正交度存在误差。对分均值差值分析发现，在0—10时（世界时）地磁场日变化剧烈时，GM4(6)仪H分量和GM4(8)仪Z分量差值偏离较大。

图2　嘉峪关地震台分均值差值（a）GM4(6) -FHDZ-M15；（b）GM4(8) -FHDZ-M15Fig.2 Mean value difference chart of Jiayuguan Seismic Station

4 结论

通过对3套磁通门磁力仪日变化记录准确度标定时段基线值对比发现，嘉峪关GM4(6)仪H分量和GM4(8)仪Z分量标准差偏大，仪器稳定性较差；在分均值差值分析中发现，GM4(6)仪H分量和GM4(8)仪Z分量差值偏离均值较大，幅度分别为1.7 nT和1.9 nT，说明GM4(6)仪H分量和GM4(8)仪Z分量记录准确度存在偏差；在对磁通门磁力仪GM4(6)和GM4(8)定向时发现，偏角D分量的测量受到H、Z分量线圈的电流影响，根据三分量磁通门磁变仪探头正交误差对定向的影响（朱兆才，2004），可以判断GM4(6)和GM(8)仪3个磁通门传感器线圈正交度存在误差，可以确定此为引起磁通门磁力仪记录准确度偏差大的主要原因。

参考文献

高玉芬，程安龙，赵水芬，等. 地磁台基线值分析[J]. 地震地磁观测与研究，1991，12（2）：3-10.

李西京，张素琴，辛长江，等.不同磁通门经纬仪产出基线值对比分析[J].地震地磁观测与研究，2012，33（1）：88-93.

徐涛，吴宝元，宁百奇.台站地磁观测数据精度提高方法[J].地震地磁观测与研究，2014，35（5/6）：237-243.

张素琴，杨冬梅.地磁日变化记录准确度标定结果分析[J]. 地震地磁观测与研究，2011，32（5）：60—65.

朱兆才.三分量磁通门磁变仪探头正交误差对定向的影响[J].东北地震研究，2004，20（2）：70-75.

朱兆才.三分量磁通门磁变仪和经典磁变仪记录的比较[J].东北地震研究，2002，18（4）：66-73.

Accuracy analysis on fluxgate magnetometer records at Jiayuguan Seismic Station

Dong Hailong1)，Yang Dongmei2)，Zhang Suqin2)and Li Xijing3)

1) Jiayuguan Seismic Station，Gansu Province 735100，China 2) Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China 3) Qianling Seismic Station，Shaanxi Province 713300，China

Abstract

With the baseline values of diurnal change records and the mean value of multiple sets of equipment on same station， using difference analysis method， combining the orientation experimental instrument of instrument， the recording accuracy of fluxgate magnetometer is studied. It is found that there are accuracy deviations in diurnal variation accuracy of the calibration results of H component of fluxgate magnetometer GM4(6) and Z component of GM4(8). It also is found by orientation experiment that the orthogonal error of three fl uxgate sensor coils is main reason of the large recording deviation of the fl uxgate magnetometer.

Key words：diurnal changes，accuracy，baseline value，mean value，orientation

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 013

基金项目：中国地震局兰州地震研究所地震科技发展基金青年基金项目（2014Q01）资助

作者简介：董海龙（1982—），男，工程师，主要从事地磁观测与研究工作。E-mail：donghl9712@163.com

本文收到日期：2015-05-25