成都地震基准台及其下属台站地磁干扰类型和数据预处理分析

廖绍欢，李雪浩，魏嘉曦

（1.四川省地震局成都地震监测中心站，四川 成都611730；2.四川省地震局江油地震台，四川 江油621724）

地磁观测是地震前兆观测的基本手段之一。由于地震在孕育过程中存在磁效应变化，故地磁观测数据已广泛用于地震预测研究（林云芳，1990；黄雪香等，1999）。在地磁异常研究过程中，不同类型的干扰信号会对地震电磁异常的判断产生影响，而识别此类干扰和异常的一种可靠方式就是找出所有干扰并分类，通过建立干扰信息索引，甄别出真正与地震相关的电磁异常（包文超等，2020）。通过对成都地震基准台及其下属台站近几年来地磁观测数据进行检查，发现其中存在多种形式的观测数据错误处理或过度处理的情况，譬如造成隔天数据台阶变化、删除正确数据和处理数据段错误等。如果这些干扰数据不能被正确地预处理，将会给地震预报研究工作带来困扰，甚至误导。本研究通过对成都地震监测中心站及其下属台站2013～2018年观测数据的梳理，统计分析研究区域存在的地磁干扰类型，并对这些干扰数据进行预处理分析，以便正确排除干扰，识别出有效的地震前兆观测信息。

1 成都监测中心站及其下属台站干扰类型

1.1 成都地震监测中心站干扰类型

成都地震监测中心站台址位于走石山，除东边1 km左右有一机砖厂（机砖厂现已停工）和一座信号接收塔外，附近没有其它的工矿干扰源。如表1所示，成都地震监测中心站主要受到的地磁干扰是高压直流输电和仪器故障干扰。其原因主要是成都台受到宝德线、酒湖线、苏锦线高压直流输电线干扰。其中宝德线距离该台最近，产生的干扰幅度最大。成都台GM4（2）型磁力仪台于2016年投入使用；GM4（1）型磁力仪于2013年投入使用，使用年限相对较长，仪器可能存在老化等原因，所以仪器故障干扰较多。

表1 成都台GM4仪干扰类型汇总 （单位：次）

1.2 崇州台干扰类型统计

2008年因成青快铁建设，成都地震台部分观测项目不得不进行搬迁。2011年6月，新建崇州地震台，2014年正式投入观测。如表2所示，崇州台主要受到的干扰是基建工程和人为干扰。基建工程干扰其原因主要是在近几年在崇州台观测区域进行了多种项目改造，如川滇实验场三分量电磁扰动观测场地的施工建设，在此期间每日23时至次日8时均为施工时段，还有周边居民修建了几家农家乐小院。而这些工程涉及观测场地的平整及钻井，汇集了大型机械，铁磁性设备对观测环境造成了电磁干扰，导致地磁观测环境发生改变，施工结束后影响消失。人为干扰主要原因是前几年在地磁房30 m远的位置修建了一个养鸡场（现已拆除），其用电作业等会影响地磁场数据。

表2 崇州台GM4仪干扰类型汇总 （单位：次）

1.3 江油台干扰类型统计

江油地震台由于江油西环线公路的建设而搬迁，继承原台（江油市德胜村）部分观测手段。2015年10月完成仪器的安装和调试，2016年正式投入使用。附近是农田，无任何工业厂矿。如表3所示，江油台主要受到的干扰是高压直流输电、车辆干扰和人为干扰。高压直流输电干扰主要是江油台受到宝德线、酒湖线、昌宣线高压直流输电线干扰。其中宝德线距离该台最近，受到的干扰幅度最大。车辆干扰是由于江油台地磁观测室与台站办公楼的最小距离为80 m，仪器房外围与附近的村道距离为40 m，围墙与办公楼处时常有车辆停放，这会对仪器观测造成干扰。人为干扰是台站周边地势平坦，大部分为农田，随着农村经济建设的发展，台站附近村民使用农田旋耕机、大型拖拉机耕地，建桥施工、农田栽种、虾塘搭建，养蜂人员工作使用铁器等等因素，这些都是施工设备造成的，即铁磁性设备或大电流设备靠近记录室引起的。

表3 江油台GM4仪干扰类型汇总 （单位：次）

1.4 巴中台干扰类型统计

巴中地震台址周围1 km范围内无大型工矿企业，北东方向约300 m处有一小规模采石场。最近居民点距台址约100 m，巴州至光辉乡公路从台址以东约1 km处通过，台址周围为浅土层耕地。如表4所示，巴中台主要受到高压直流输电、仪器故障和电源故障的影响。其原因主要是巴中台受到宝德线、酒湖线、昌宣线高压直流输电线干扰。其中宝德线距离该台最近，产生的干扰幅度最大。巴中台属于无人值守无人看管台站，仪器或者电源故障不能及时的维修。

表4 巴中台GM4仪干扰类型汇总 （单位：次）

2 干扰数据预处理方法

我们通常采用剔除尖峰、去除台阶和删除错误数据三种方法对干扰数据进行处理。剔除尖峰是对单点尖峰按线性插值处理，即尖峰数据用其前点和后点数据的均值代替；去除台阶也就是说对发生台阶跳动的数据整体加上或减去一个值，使数据曲线恢复正常的日变形态；对于错误数据，由于其变化杂乱无章，且具有连续性，无法校正，只能删除，即当做缺数处理。在进行数据预处理时，我们必须坚持一个原则：最大限度保留正确数据，精确校正可挽救数据，坚决去除错误数据（张正霞等，2009）。即对于正确反映自然地磁场变化的记录数据，我们一定要保留，不可随意修改或删除；对于可挽救数据要注意把握预处理尺度；对于不可修正的错误数据应坚决予以删除。这些干扰预处理需要结合以下几种方法。

2.1 多台曲线对比

对于有条件在预处理软件中查看多台曲线的台站，我们可利用处理软件中的“多台预处理”功能选取临近各台站的曲线，对各台的预处理数据进行对比，这样可以把任何隐蔽的干扰或不熟悉的干扰形态查找出来。崇州台2016年4月14日D分量的干扰不明显（见图1a），但在多台对比中，我们能清楚看到干扰曲线部分异于其他台（见图1b）。

图1 巴中与崇州台干扰数据对比

2.2 不同尺度放大查看曲线形态

在干扰幅度很小的情况下，整天的曲线形态中，我们无法轻易地发现干扰的存在。但我们可以对日曲线的各个时段进行放大查看以便于发现干扰。江油台2018年8月12日数据曲线放大之前，看不出明显干扰来（见图2a）；但放大后，江油台2018年8月12日6点至7点之间的数据曲线，我们能清楚的看到各分量存在台阶干扰（见图2b）。

图2 江油台数据放大前、后对比

2.3 不同分量对比

一般情况下，各分量同时受到干扰，但各分量受到的干扰幅度可能不同，部分分量干扰表现不明显，预处理时比较容易出现漏处理。这时我们可以把各分量预处理对应时段的曲线进行放大对比，可以看到成都台2018年4月14日GM4仪器D、H分量存在小幅台阶，正好与Z分量的大幅台阶发生时间上完全一致，可以断定该处存在干扰台阶（见图3）。

图3 不同分量对比发现干扰

2.4 结合秒数据形态

对于有秒数据产出的台站，当分数据中干扰无法判断时，我们可以结合秒数据对干扰发生时段作出判断。一般干扰在高采样率数据中会表现得比较明显，特别是在磁场扰动时，原来固有的干扰在分钟值上可能无法轻易识别出来。成都台2018年3月1日的地电阻率观测供电干扰，当磁场扰动比较大时，我们无法从分钟值上找准地电干扰的时间段，但秒数据上却表现得非常明显（见图4）。

图4 成都台分、秒数据中的供电干扰

2.5 绘制查看连续多天数据曲线

在数据曲线中，我们经常发现跨天的台阶干扰，很多时候只能查看到当天数据，无法看全一个完整的台阶，可能无法分清数据的干扰段和正常段，这时我们可以绘制连续多天数据曲线，发现跨天台阶，分清楚受干扰数据段。成都台2018年8月1-2日连续两天受到宝鸡德阳线直流输电台阶干扰（见图5）。

图5 跨天台阶

3 总结

通过对成都地震监测中心站及下属台站的八套GM4仪地磁观测数据出现的各类干扰情况进行分类统计及研究，得出以下结论：磁暴、地铁轻轨、地电阻率和高压直流输电等这些无法避免的干扰在以后台站重建或迁建中可考虑远离，扩大地电阻率观测供电线路与地磁记录室的距离，避免或减小其干扰。人为干扰、基建工程影响、车辆影响、雷击干扰和仪器电源故障这几类干扰可以尽量避免。通过对观测保护区进行巡查，可以尽量避免人为干扰，如存在隐患应及时制止。基建工程影响主要是由于施工过程中铁磁性施工设备造成，当施工结束，影响也就会随之消失。车辆影响大多数是车辆过于靠近记录室，也可通过人为干预加以消除。雷击干扰造成的干扰应该加强防雷措施，比如在信号线接口和GPS接口处加装专用避雷装置；由于仪器电源故障干扰可能是仪器存在老化等故障原因，可在台站配足备机备件以防仪器断记。干扰在记录曲线上的表现为单点突跳、频繁的单点或多点突跳、一定时段内数据突升或下降的台阶。各类干扰都具有相应的原理和特征，特定台站的干扰类型、干扰出现时间及其干扰表现形态存在一定的规律，在一定时期内不会有太大的变化。合理组合利用各种判断处理方法，在日常处理资料工作中就可以准确地剔除干扰信息，可以提升观测数据质量，为震情跟踪分析和地震预报提供可靠的基础信息。