安徽六安磁通门台阵数据质量分析及方法应用

2024-06-20车濛琪吴婉楠应允翔朱厚林胡志文张明明

科技资讯 2024年3期

车濛琪吴婉楠应允翔朱厚林胡志文张明明

摘要：安徽省地震局于“十三五”时期在皖大别山地区建设由15个台点组成的磁通门台阵，选取2023年6月—9月地磁三分量的观测资料，通过该时间段的数据连续率、完整率判断仪器的运行状况，利用数据的拟合分析、地磁加卸载响应比、逐日比和大致处在相同经度、纬度仪器的日变特征分析对仪器运行以来的观测数据质量进行分析评估，得出安徽六安地区磁通门台站数据质量较好结论。

关键词：地磁台阵拟合分析日变特征分析质量分析评估

Data Quality Analysis and Method Applications of the Fluxgate Array in Lu'an， Anhui

CHE Mengqi1，2 WU Wannan3，4* YING Yunxiang1，2 ZHU Houlin3，4 HU Zhiwen1，2 ZHANG Mingming1，2

（1.Mengcheng Seismic Monitoring Center Station， Mengcheng， Anhui Province， 233527 China; 2. Mengcheng National Geophysical Observatory， Mengcheng， Anhui Province， 233527 China; 3. Lu'an Seismic Monitoring Center Station， Lu'an， Anhui Province， 237000 China; 4. Dabie Mountain Seismic Monitoring and Forecasting Experimental Site， Lu'an， Anhui Province， 237000 China）

Abstract： In “the 13th Five-Year Plan” period， the Anhui Earthquake Agency constructed a fluxgate array consisting of 15 stations in the Dabie Mountain area in Anhui Province. This paper selects the three-component observation data of the geomagnetic field from June to September 2023， judges the operation status of the instrument by the continuity and completeness rates of data during the period， analyzes and evaluates the quality of observation data since the operation of the instrument by utilizing the fitting analysis of data， the response ratio and day-by-day ratio of geomagnetic loading and unloading， and the analysis of the daily characteristics of the instrument at the approximate same longitude and latitude， and concludes that the data quality of fluxgate stations in Lu'an， Anhui is better.

Key Words： Geomagnetic array; Fitting analysis; Daily variation characteristic analysis; Quality analysis and assessment

地磁场是地球最基本的物理场之一，在地震研究中，地磁学科的基本任务是基于地磁学的理论和方法技术，探索与孕震过程有关的地球介质的磁性质变化及规律，为地震预报及孕震过程的理论研究服务[1]。

我国地磁台网的大规模建设开始于20世纪50年代。目前我国的地磁观测站总数达150个，它们多分布在国内各主要活动构造带、地震重点监视区和地震预报实验场。中国地震局“十五”地磁台站数字化建设以来，电磁台站已达50多个，安徽地区运转台站3个。相关专家及学者很早就已注意到地磁异常与地震的关系，并开展其变化规律的研究。大量的观测事实表明，电磁场会在地震的孕育和发生阶段发生变化，单一地磁仪器的异常信号具有偶然性，因此在我国部分地区建设了地磁台阵。

在安徽省内定点地磁台站仅有3个的现状下，“十三五”期间，在六安大别山地区新增由15个台点组成的磁通门台阵，主要目的在于加强安徽省内地震多发地区-霍山地震窗的地磁场监控，实现对霍山窗地区落儿岭—土地岭、青山—晓天、梅山—龙河口等主要断裂的地磁变化监测，实现对霍山地区地磁变化与小震活动之间关系的细化研究，为大别山地区4.5级地震前地磁异常的发现和提取提供数据。

1970年以来的地震记录表明，皖西北大别山地区微震、小震活动频繁，并集中分布在青山—晓天断裂和落儿岭—土地岭断裂交会处附近。发生在安徽的5级以上地震绝大部分都分布在郯庐断裂带南段及其附近区域[2]。为此，安徽省地震局于2021年7月至2022年10月在大别山主要活动断裂地区完成15套磁通门磁力仪的布设，仪器为秒采样，以构建六安磁通门台阵来获取地磁三分量的观测资料。本文利用数据均来自六安磁通门台阵，但由于测点多布设在田中、路边、房屋后，部分仪器数据会受到人为或周边环境干扰，在数据分析时对部分仪器进行筛选排除。

1 仪器运行与数据质量分析

表征仪器与数据质量有两个指标，一是数据连续率，指实际产出数据与应产出数据的比值；二是数据完整率，指有效数据与应产出数据的比值。连续率反映仪器观测系统的稳定性，完整率是整个观测系统和观测环境的综合体现[3]。选取2023年6月—9月的台阵数据进行分析，为保证数据真实连续可靠，特从15套磁通门仪器中选择试运行以来平均连续率高于90%，数据研究时段连续率98%以上的8套仪器进行数据的收集与分析，选择的台阵连续率统计见表1所示。

从统计结果来看，六安磁通门台阵观测系统工作稳定，观测环境优良，观测数据连续、稳定、可靠，观测质量总体较好。

2 台阵仪器数据一致性与变化分析

2.1 台阵仪器数据一致性分析

我们按同一标准在项目执行期内选择变化幅度较大、数据变化明显的磁扰事件进行分析，8月2—4日干扰较多，选择该事件进行分析。

通过对原始数据进行归一化拟合分析，D分量、H分量、Z分量的数据变化趋势符合日变特征分析，符合典型的北半球中低纬度双峰单谷日变形态[4]，拟合数据及仪器数据见图1。结果可见：实验台站数据一致性较好，以该数据进行分析，结果真实可靠，对开展中短期的地磁研究工作具有一定的参考价值。

2.2 依据加卸载响应比和逐日比方法开展数据变化分析

地磁加卸载响应比和逐日比法是以外空太阳风对地球磁场作用的临界变化现象的应用，建立在以太阳风的加载和卸载基础上，是地磁预报中物理意义比较明确的方法，得到的异常信息相对明显，容易判断和操作[5]。在地震预报工作中，地磁学中的加卸载响应比和逐日比方法应用较为广泛，已经成为一种用来进行中短期地震分析预测的地磁手段分析方法。选取金寨地震监测站和独山长生桥地震监测站的两套磁通门仪器开展加卸载响应比和逐日比的研究[6]，选取2033年6月1日至7月15日的原始数据作为研究的时间尺度，用以判定磁通门台阵对该方法的适用程度。

利用金寨地震监测站和独山长生桥地震监测站的原始数据，通过对原始数据进行加卸载响应比和逐日比分析，未发现地震发生前后明显的地磁异常信号。

2.3 局地范围分析

我国地区辽阔，基于观测需要，建设的地磁台站基本处在较大区域尺度的分散状态。六安磁通门台阵以霍山作为主要观测地区，将磁通门站点布设在较小尺度的区域中，满足了基于小尺度来开展特性分析的需要[7]，台阵位置分布见图3所示。

通过对六安台阵局地范围的尺度特性分析，结果发现分布在相近纬度的测站，不同经度数据之间会有一定的时差，相对应的日变曲线也会出现一定的相位平移。台阵数据符合日变数据局地范围的尺度特性分析。

3 结论与展望

本文基于安徽六安地区磁通门台阵的观测数据，通过对皖西北大别山地区的地磁短周期变化特征的研究与分析，对该台阵数据质量以及方法应用有以下几点认识。

（1）15套磁通门磁力仪组成的磁通门台阵数据连续率较好，多套仪器在试运行期间的平均连续率高于90%，数据研究时段平均连续率98%以上，数据真实稳定可靠。

（2）通过对变化幅度较大、数据变化明显的8月2—4日的磁扰事件进行归一化拟合分析，证实实验台站数据一致性较好，以该数据进行分析，结果真实可靠，具有参考价值。

（3）通过对局地范围的尺度特性分析，结果发现分布在同一纬度，不同经度的测站之间会有一定的时差，日变曲线也会出现一定的相位平移，台阵数据符合日变数据局地范围的尺度特性分析。

（4）对仪器的原始数据进行加卸载响应比和逐日比分析，未发现地震发生前后明显的地磁异常信号。

参考文献

[1]于畅.地磁异常判定方法对比研究[D].长春：吉林大学，2021.