马陵山台地磁观测典型干扰特征分析及应对措施

王仲康 马佰顺 公续生 胡尊迎

摘  要：通过对近几年马陵山台地磁观测三套仪器（M15、GM4、FHD）受干扰的原始数据的研究分析，总结马陵山地震台地磁观测典型干扰主要有以下几种：磁暴干扰、雷电干扰、台站自有地电观测手段对地磁数据的干扰、观测室空气湿度对不同地磁仪器产生的干扰、台站改造大型金属车辆靠近地磁观测室造成的干扰。经过对比分析，提出解决方法和应对措施，为今后提高观测质量、更加精确地进行数据预处理提供参考和借鉴。

关键词：地磁观测  干扰  特征分析  应对措施

中图分类号：P315.72           文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）07（c）-0062-03

Analysis of Typical Interference Characteristics of Geomagnetic Observation at Malingshan Station and Countermeasures

WANG Zhongkang  MA Baishun  GONG Xusheng  HU Zunying

（Malingshan Seismic Station， Tancheng， Shandong Province， 276114 China）

Abstract： Based on the analysis of the original data of three sets of geomagnetic observation instruments （M15， GM4， FHD） interfered in recent years， this paper summarizes the typical interferences of geomagnetic observation in Malingshan seismic station as follows： geomagnetic storm interference， lightning interference， interference of the station's own geomagnetic observation hand section on geomagnetic data， interference of the air humidity in the observation room on different geomagnetic instruments， and interference of the station's own geomagnetic observation hand section on geomagnetic data The interference caused by the transformation of large metal vehicles close to the geomagnetic observation room. Through comparative analysis， the solutions and countermeasures are put forward， which can provide reference and reference for improving observation quality and more accurate data preprocessing in the future.

Key Words： Geomagnetic observation; Interference; Characteristic analysis; Countermeasures

人们从19世纪末就开始关注地震与地磁的关系，至今已有百多年的历史，但真正开始有目的地进行地震地磁观测与研究是从20世纪60年代开始的，先后在理论研究领域出现了压磁效应、感应磁效应、膨胀磁效应和热磁效应等，并在此基础上进行了以磁报震的实践探索。随着地震预报的蓬勃发展，地震地磁观测开始在全国各地许多地震台站展开。为了准确获取震兆地磁异常信息，就需要排除非地震因素引起的地磁干擾变化[1]。

郯城马陵山地震台是国家基本台，位于山东省郯城县泉源乡杨庄村东南，海拔高度110m。台站地处沂沭断裂带南段，跨安丘-莒县断裂。台基为破碎白垩系红色砂岩，岩层倾向东南，倾角60°～70°。马陵山台坐落在马陵山主峰西坡，远离居民点，周围是荒山、农田。

马陵山台具有多种地磁观测手段，经过近几年的连续观测记录，积累了丰富的观测资料，但是随着时间的推移、观测环境的变化，尤其是2014年台站改造项目的进行，各种干扰也随之出现。该文从5种典型干扰入手，经过分析对比，提出应对措施。分别是：磁暴干扰、雷电干扰、地电干扰、湿度干扰和施工干扰。

1  分别对上述5种干扰进行分析和对比，找出干扰特征，提出应对方法

1.1 磁暴干扰

地磁暴是高速等离子体云从太阳日冕抛射出来，相对背景太阳风速度更高，携带着日冕磁场冲击地球磁层，使磁层压缩变形。并且它通常携带南北方向转动的磁场，当磁场转为南向和地磁场相互作用时，太阳风会将巨大的能量倾泄到磁尾的大尺度空间中，使磁尾等离子体片中大量的带电粒子注入到环电流中，使环电流强度发生变化，而变化的电流会产生变化的磁场，从而引起全球范围剧烈的地磁扰动。马陵山台每年记录的大小磁暴次数很多。

特征是：各分量时间上具有一致性，即各仪器各分量干扰同时出现、同时结束;形态上H和F具有相似性，整体形态呈不规律性;对Z分量影响较小，对H分量和总场F的影响相对较大。

应对方法：日常预处理中，磁暴干扰属于正常现象，要仔细辨别，与其他干扰区分开来，不可对磁暴干扰曲线进行删除或校正。

1.2 雷电干扰

夏季的雷雨天气也会对地磁观测造成干扰，主要原因是雷雨天放电瞬间，电磁感应所产生的瞬时磁场与地磁场叠加造成，在观测曲线上表现为突跳毛刺。

特征是：干扰主要体现在秒数据中，由于放电强弱不同，所产生的感应干扰磁场强弱不同，体现在观测曲线上就是毛刺的长短不同;各仪器各分量毛刺同时产生，形态长短不一。

应对方法：遇到雷雨天气应大体记录打雷时间段，以便次日对数据进行预处理时把雷电干扰和其他干扰区分开来，通过一阶差分剔除因雷电干扰造成的超差数据。

1.3 地电干扰

马陵山台有地电阻率观测手段，每小时对电极供电，供电电流产生的磁场会对地磁观测造成干扰[2]。

特征是：主要对M15和GM4的秒数据的D、Z分量干扰较为明显，对其他分量和分钟值的影响相对较小;正常情况下每小时正反向供电，会产生两次持续约2min间隔约30s的电磁干扰;两套仪器的D、Z分量受地电干扰具有时间上的一致性和形态上的相似性。

应对方法：地电阻率正常观测的情况下，每小时固定时段进行供电，需准确记录供电起止时间，以便次日对干扰数据进行批量剔除;如遇特殊情况，地电阻率需要补测时，应准确记录每次补测供电的起止时间，次日需对干扰数据进行逐个剔除。

1.4 湿度干扰

马陵山台M15受湿度干扰最为明显，这个问题去年就已经发现。M15和GM4在同一观测室内，但GM4密封性相对较好，受湿度干扰相对较小，但M15对湿度非常敏感。为了除湿，最初采取的措施是对探头加装玻璃罩，在观测室内多处放置吸潮硅胶颗粒。但是硅胶颗粒很容易饱和，除湿效果不佳，虽然在玻璃罩内也放了硅胶颗粒，但是水汽沿观测墩上涌，效果仍然不理想。

特征是：对各分量都有干扰，其中Z分量受干扰尤为明显;造成大量毛刺和成片不可用数据;时间上和形态上都不具規律;更换吸潮剂后干扰消失。

应对方法：经考察，发现氯化钙吸潮特性良好，经济实用，可作为观测室吸潮剂使用。通过定期更换氯化钙吸潮剂，M15受湿度干扰影响明显减小，效果不错。但是更换吸潮剂需进入观测室，或多或少都会对数据造成干扰，多表现为出现台阶或毛刺，需次日进行校台阶或剔毛刺操作。

有兄弟台站把仪器封装进玻璃钢罐体后进行地埋，效果较佳，希望今后该台也可以借鉴一下。

1.5 施工干扰

近几年马陵山台进行了大量的基建工程改造，施工期间不可避免地会对地磁产生干扰，尤其是大型金属车辆靠近观测室时干扰尤为明显。

特征是：产生台阶，车辆靠近时观测曲线发生阶跃，离开时数据又会恢复;分钟值和秒数据均有影响，且对D、H、F分量影响较大，其中H分量影响最大，对Z分量影响相对要小很多;时间上，不同仪器各分量同时产生干扰，同时结束，形态上，不同仪器相同分量的干扰具有一定的相似性。

应对方法：和施工单位沟通，尽量避免施工车辆靠近观测区。经过几次实验发现，车辆停靠在罗马柱围墙西侧对地磁干扰较轻，因此，如果施工车辆必须进入观测区，也一定要停在罗马柱围墙西侧，尽量避免越过围墙。施工期间值班人员要经常到观测区巡视，一旦发现大型金属工具靠近观测室，尽快劝离的同时，记下时间，以便次日对干扰数据进行校正或剔除。

2  研究结果

经过此次研究探讨我们发现，上述5种典型的地磁干扰各有不同的特征，已分别在上文中详细介绍，在此不再赘述。在今后的日常工作中再遇到上述5种典型干扰，要根据其干扰特征，仔细甄别，看其在形态上是否具有相似性，时间上是否具有一致性，各分量受干扰影响大小强弱是否有所不同，进而确定是何种干扰类型，以便在预处理工作和日志填写及跟踪分析工作中采取恰当的应对措施。

3  成效分析

通过该项目的研究，我们对地磁5种典型干扰有了更直观、细致的认识，有利于在今后的工作中更准确地识别干扰类型，提高预处理的准确性，避免过度预处理，有利于提高观测数据的质量，为地震观测预报和分析工作提供更加优质完整的资料。

4  问题思考

地磁的干扰种类还有很多，如高压直流输电干扰、温度变化产生的干扰等，由于作者水平有限，也没有想到好的解决应对方法，故而该文没有贸然提及。仅针对日常工作中经常遇到的较为典型的上述5种干扰进行了分析对比。经过分类对比和研究应对，希望能为兄弟单位在今后的日常工作中提供些许参考和借鉴。

参考文献

[1] 刘欣.中国物理学院士群体计量研究[D].山西大学，2019.

[2] 赵斌.大庆地区隐伏活动断裂探测及其地震危险性研究[D].吉林大学，2019.

[3] 张盛峰.中国地震科学实验场暨CSEP-CN计划的若干统计地震学问题[D].中国地震局地球物理研究所，2019.

[4] 熊逸.地震预测的免疫协同方法[D].武汉大学，2019.

[5] 冯锐.中国近代地震学史纲要[J].中国地震，2018，34（2）：172-206.

[6] 缪杰.分布式地震前兆台站综合管理系统设计与实现[D].曲阜师范大学，2018.

[7] 李颖.地电场观测中环境干扰特征分析2018.[J].2016，35（23）：284-286.