安徽省地磁仪器观测质量分析

应允翔 车濛琪 刘红飞 陶方宇

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2108-5042-5872

摘  要：该文通过选取安徽省地磁观测资料、包括蒙城地震台相对和绝对观测资料、金寨地震台和泾县地震台的地磁相对观测资料，运用单台绝对差值检测法和多台相对差值检测法等方法以及通过绝对观测方法的改进，分析安徽省地磁观测资料质量。结果表明：蒙城台地磁观测系统仪器运行较为稳定，金寨台和泾县台地磁数据质量存在一定的问题。

关键词：地磁观测   地磁资料   检测   地磁台站

中图分类号：P315                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（a）-0060-05

Analysis on the Observation Quality of Geomagnetic Instruments in Anhui Province

YING Yunxiang  CHE Mengqi  LIU Hongfei  TAO Fangyu

（Mengcheng Earthquake Monitoring Center Station（Anhui Mengcheng National Geophysical Observatory）， Mengcheng， Anhui Province， 233500 China）

Abstract： This paper analyzes the quality of geomagnetic observation data in Anhui Province by selecting geomagnetic observation data in Anhui Province， including relative and absolute observation data of Mengcheng Seismic Station， geomagnetic relative observation data of Jinzhai Seismic Station and Jingxian Seismic Station， using single station absolute difference detection method and multiple station relative difference detection method， and through the improvement of absolute observation method. The results show that the instrument of geomagnetic observation system at Mengcheng Station operates stably， and there are some problems in the quality of geomagnetic data at Jinzhai Station and Jingxian Station.

Key Words： Geomagnetic observation; Geomagnetic data; Detection; Geomagnetic station

地磁台站负责日常监测地磁场的变化，为地磁、震磁关系以及相关研究提供可靠的地磁数据。随着地磁观测技术的不断提高和电子技术、通信技术的全面发展革新，新型数字地磁观测仪已投入使用，地磁观测数据越来越丰富、完善和网络化。地磁日常观测数据的运用范围不断扩大，逐步从单一的学科研究向航空、通信和导航等多领域、全方位研究展开应用。地磁学科日常观测已成为我国地震预报数据来源的重要手段之一。由于地震与地磁信息的相关性较小，地磁物理机制复杂，因此地磁数据质量的稳定性具有重要意义[1]。

1  安徽省地磁台站概况

安徽省地震局目前地磁数字化观测台站共有3个，分别为蒙城台、泾县台、金寨台。

蒙城地震台周围地势开阔，离城市和村庄较远，周边干扰源分布少，为日常数据观测提供了良好的环境。地磁观测自蒙城台建立以来从未中断过。通过近50年的连续观测，收集存储了相当数量的高质量的地磁观测资料，数据资料得到了众多学科专家和同事的充分利用，具有很高的实用价值。

泾县地震台位于安徽省皖南山区南陵凹陷南部，海拔55 m。附近有江南断裂和周王断裂，台站暴露了大面积的石英砂岩。

金寨地震台地处大别山梅山—龙河口断裂带近侧，台基岩性为变质岩。距离梅山水库2 km，是监视水库地震和皖西地区地震活动的重要台站之一。

经过“十五”项目的改造，3个台站分别安装了GM-4磁通门磁力仪、FGM-01磁通门磁力仪、FHD-2B质子矢量磁力仪。而通过将经纬仪和质子旋进式磁力仪配合相对记录仪，能够组成一套完整的地磁数字化观测系统。表1为目前安徽省内现有地磁仪器的性能指标参数。

2  地磁相对数据质量控制及方法

通过对相对数据进行去除尖峰、台阶，对错误数据进行删除等方式去除相对记录数据曲线上不是天然地磁场的变化部分形态。对于原始数据进行预处理是台站日常工作的重要组成部分，能够最大限度地保证所有计算输出数据的准确性[2]。

2.1 单台绝对差值檢测法

绝对差值检测是指由同一套绝对观测数据校正的2套（多套）相对记录器数据之间的差异。绝对差值检测适用于用于检查2台（多台）在一个月内（最长）的相对记录设备工作情况的稳定性变化，最简单的表现形式为2台仪器数据的一致性。当然绝对差值检测对于预处理数据中的问题也具有识别的作用。从图1中可以看出2020年3月1日的蒙城台2套记录仪绝对差值检测结果。两套仪器以GM-4为主仪器，以FGM-01与GM-4的数据进行差值分析，可以看出2套仪器的各分量的差值磁偏角D在0.00～0.04分之间，水平分量H在0.0～0.4 nT之间，垂直分量Z在0.0～0.6 nT之间变化，一致性较好。图2是2020年3月1～31日的蒙城台2套记录仪绝对差值的检测结果，2套仪器各分量差值磁偏角D在-0.06～0.06分之间，水平分量H在-0.8～1.0 nT之间，垂直分量Z在-0.7～1.7 nT之间。从数据的整体表现来看，一致性较好，说明在3月份期间，数据质量较为稳定。而某些情况下，在对相对数据进行预处理时，2套仪器数据重合度较好，很难从中看出问题，而通过绝对差值检测方法时，数据之间的差距非常明显。

2.2 多台相对差值检测法

观测数据的原始数据与预处理数据之间的差值通常被成为相对差值，通过差值检测可以清晰地看出每个相对记录仪的数据都进行了哪些预处理，以及数据处理的完整性和合理性。一般来说，不对原始数据进行任何处理，两者的差值应始终为0。而非零值的出现也就表示对原始数据进行了预处理[3]。差值曲线的非零情况，可以初步检查数据的预处理部分，是否存在错误处理，以及在一定时间内是否遗漏对干扰的处理。相对夜均值检测是一种相对差分的方法，它每天使用午夜数据进行差分分析。由于子夜（世界时间00：00～03：00）的数据干扰较少，数据变化情况相对明显。图3是2020年1月蒙城台GM-4、FGM-01仪与金寨台FHD-2B、泾县台FGM-01和高邮台FHD-2B相对夜均值数据对比，从图3中可以清楚地看出，在1月6日金寨台FHD-2B数据明显和其他台站数据变化不一致，数据变化幅度偏大;蒙城台FGM-01也存在整月垂直分量Z以及水平分量H的数据漂移情况。单个地磁台站的数据对比，不容易发现错误的数据。通过与国内多个地磁台站的数据进行对比，问题数据就比较容易找到。蒙城台在对日常数据进行处理后，首先确定该台站的两个仪器数据之间的相对差值，将其与省内其他站点的数据进行对比，然后是国家地磁台网的评议曲线中同一编组的数据，最后是通过国家地磁台网，将国内地磁台站绘制的一天（多天）数据进行比较。一天的绘制曲线对于一些错误数据来说并不明显，但如果通过连续几天绘制曲线，错误数据可以较为明显，发现问题可以尽快解决，这不仅有利于保证数据的完整性和准确性，同时也能提高单台观测数据的质量[4-5]。

3  蒙城地震台地磁绝对观测系统

地磁绝对观测是指担负监测地磁场长期变化任务的地磁台站必须观测的地磁要素的绝对测量。绝对观测对地磁台产出的观测数据的准确性起着相当重要的作用。相对记录仪器的数据也只有通过基线值的加权校正，才能准确地反映台站所观测区域内磁场要素的绝对值和变化水平。地磁台站最终观测数据的准确性和可靠性也是通过地磁绝对观测水平决定的[6-7]。

蒙城台在地磁绝对观测中，对绝对观测仪器配备了布罩，并通过在观测仪器旁存放一定数量的干燥剂，达到了对仪器的防尘防潮效果。按照国家地磁台网规定在每周一和周四下午地磁场较为平静时段观测3组数据，再从3组数据中选择两组较好的观测数据。图4为2019年2月GM4仪D、H、Z三分量基线值曲线图，是蒙城台通过绝对观测产出的基线数据。三分量基线值曲线变化稳定平滑，同日观测的2个基线值和相邻观测日之差均满足国家地磁台网要求的磁偏角D≤0.1'，水平分量H≤1.0 nT，垂直分量Z≤1.0 nT。

月度剩余标准偏差是衡量记录仪器运行情况的标准。表2为蒙城台2020年GM4-1仪器基线值的月残差标准差，由表2可知，偏角D、水平分量H、垂直分量Z分量的月残差标准差数据满足规范要求，数值较小，表明相对记录GM-4仪器稳定性高于FGM-01仪。

4  结语

（1）通过对安徽省地磁相对和绝对观测资料控制分析，认为蒙城台相对记录仪GM-4、FGM-01和绝对观测仪Mag-01工作正常，运行稳定，泾县台仪器稳定性有待加强，金寨台环境噪声影响较大。

（2）蒙城台地磁绝对观测通过对观测人员的严要求以及观测人员所掌握的观测技术的不断提升和仪器稳定性的逐年加强，GM-4仪三分量基线值变化逐年趋于稳定，同日及相邻两个观测日基线值之差需要控制在DB≤0.1'，DH≤1.0 nT，DZ≤1.0 nT，高于台网标准;各分量月剩余标准偏差σD≤0.06，σH≤O.5 nT，σz≤0.5 nT，也满足要求，对于GM-4仪器检测结果为其观测精度较高。

（3）该文通过对蒙城台近几年日常观测数据的处理情况进行整理，总结了台站同事在数据质量控制中的一些实用的经验，通过提高地磁观测数据的质量，使地磁观测数据得到更好的发展和应用。

参考文献

[1] 车濛琪，应允翔，汪继林，等.地磁观测质量与温度的关系分析[J].科技资讯，2020，18（33）：50-52.

[2] 畅国平，王秀敏，王志敏，等.红山地震台数字地磁观测质量控制与分析[J].高原地震，2018，30（2）：46-52.

[3] 罗磊.噪声成像技术在济南市城市地下空间探测中的应用研究[D].上海：东华理工大学，2019.

[4] 刘成.地磁观测数据质量分析及校正技术研究[D].北京：中国地震局地球物理研究所，2018.

[5] 邵馨叶.地磁台站记录中磁偏角异常信息的提取和相关性研究[D].昆明：昆明理工大学，2020.

[6] 邓娜，罗俊秋.数字地磁台站质量控制[J].地震地磁观测与研究，2009，30（Z1）：103-107.

[7]王晓美.地磁场相对变化观测技术研究[D].北京：中國地震局地球物理研究所，2019.