賀巍

摘 要：通過觀測數(shù)據(jù)日均值一致性分析、逐步回歸法基線值分析以及背景噪聲分析，對榆林地磁臺兩套GM4磁通門磁力儀2011年～2013年的觀測資料的質(zhì)量進行了分析，本文就此次分析進行了詳細(xì)的說明。

關(guān)鍵詞：地磁觀測資料；地磁日變化；榆林地震臺；

0 引言

地磁觀測的基本任務(wù)是取得連續(xù)完整、準(zhǔn)確可靠的地磁場變化資料，為地震預(yù)報及其他科學(xué)研究服務(wù)，分為地磁絕對觀測與地磁相對觀測[1]。地磁相對觀測能夠記錄到地磁場的日變化信息，但由于受觀測儀器探頭軸向正交度、格值線性度、溫度系數(shù)、安裝定向準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性和觀測環(huán)境溫度變化等因素影響，記錄到的地磁日變化與地磁場的真實變化會存在一定的誤差，并且每個臺站和每套儀器的誤差均不相同[2]。但同一個地磁臺站的多套儀器的觀測資料的變化應(yīng)該高度一致[3-4]。榆林地磁臺（以下簡稱“榆林臺”）配備有兩套GM4磁通門磁力儀，自2010年1月起正式運行，現(xiàn)已取得4年的連續(xù)、可靠的地磁相對觀測資料。而正確評價地磁相對觀測資料的質(zhì)量，是資料使用前應(yīng)進行的一項工作。為此，筆者通過對榆林臺兩套GM4磁通門磁力儀2011年至2013年日均值數(shù)據(jù)一致性分析，利用回歸分析方程方法對基線值分析，對背景噪聲進行分析等方法，對榆林臺GM4磁通門磁力儀的資料質(zhì)量進行了定量評價。

1 臺站概況及觀測儀器

1.1 臺站概況

榆林臺為國家基準(zhǔn)地磁臺，位于陜西省榆林市西北方向約14km的小紀(jì)汗鄉(xiāng)昌漢界村，臺基是前震旦系地槽型以砂巖為主的碎屑巖構(gòu)造，底部以灰綠或粉紅色厚層長石沙巖和沙質(zhì)頁巖及夾可采煤層或油母頁巖為主，上部風(fēng)化較強，巖體破碎，風(fēng)化殼深約40m。觀測室附近地磁場分布均勻，磁場梯度小于1nT/m 。

1.2 觀測儀器

榆林臺配備有地磁絕對觀測儀器CTM-DI磁通門無磁經(jīng)緯儀、G856質(zhì)子旋進式磁力儀和地磁相對觀測儀器GM4磁通門磁力儀。其中，按照地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，GM4磁通門磁力儀D、H、Z各分量的最小示值不大于0.1nt，環(huán)境溫度T的最小示值不大于0.1℃，噪聲應(yīng)不大于0.1nt（RMS），最大允許誤差應(yīng)不大于±（5%+0.5nt），補償磁場值的范圍為-60000～60000 nt，測量范圍為-2000nt～2000nt，溫度系數(shù)不大于1 nt/℃，頻帶范圍DC～30Hz，三分量傳感器的正交度誤差應(yīng)不大于20′。

2 觀測數(shù)據(jù)一致性分析

2011—2013年榆林臺兩套GM4磁通門磁力儀運轉(zhuǎn)正常，觀測數(shù)據(jù)連續(xù)率和完整率均在99%以上。對兩套GM4磁通門磁力儀基線值改正后的日均值進行繪圖。

3 基線值分析

理論上，在磁照圖上的基線是一條不變的直線，當(dāng)變化曲線與基線相重合時，用絕對觀測儀器測得的磁場值即為基線值。如果絕對觀測是在任意時間進行的，則有：

DB=D觀測-△D；（1）

同樣有： HB=H觀測-△H；（2）

ZB=Z觀測-△Z；（3）

其中DB表示D分量基線值，D觀測表示由絕對觀測儀器進行定期（周一、周四）觀測得到的地磁絕對觀測D分量數(shù)據(jù)，△D為磁通門磁力儀記錄的地磁相對數(shù)據(jù)，通過公式，就可計算得到基線值DB。

3.1 基線值的多元逐步回歸分析

對基線值的質(zhì)量評定一般采用多元逐步回歸的方法，基本思路是：設(shè)隨機因變量y隨著m個自變量x1，x2，...，xm變化，并有以下線性關(guān)系

y=a0+a1x1+a2x2+...amxm+ε （4）

則（4）式稱為回歸方程，a0，a1，a2...am為回歸系數(shù)，ε為剩余誤差，是y中無法用x1，x2，...，xm表示的各種復(fù)雜因素構(gòu)成的誤差?，F(xiàn)使用逐步回歸方法，分析基線值變化中的各種影響因素，可得 HB（i）=a0+a1T（i）+a2t（i）+εi

（i=1，2，...N） （5）

其中，HB（i）為某一次某要素的基線觀測值，T代表溫度，t代表時間，ε為剩余誤差，N為觀測次數(shù)。根據(jù)臺站N組觀測值，相應(yīng)觀測日期記錄室溫度T（i），距離2013年1月1日的時間t（i）。利用逐步回歸算法可計算出a0，a1，a2的估計值，通過統(tǒng)計檢驗（F檢驗，選取F1=F2=2）確定回歸方程中溫度T和時間t的取舍。

本文選取了2013年榆林臺的絕對觀測數(shù)據(jù)計算儀器的溫度系數(shù)與滑動系數(shù)（表1，表2）。

表1

根據(jù)計算，得到三分量的回歸方程為：

D（i）=21355.42-0.02682T（i）-0.00105t（i） （6）

H（i）=29307.5-0.16154T（i）+0.000782t（i）（7）

Z（i）=45472.02-0.9017T（i）-0.01241t（i）（8）

其中，（6）式為磁偏角的回歸方程，（7）式為水平分量的回歸方程，（8）式為垂直分量的回歸方程。利用回歸方程，可以得出基線值三分量的預(yù)測值與實際觀測值曲線。

通過計算，得出了榆林臺磁通門磁力儀的溫度系數(shù)和滑動系數(shù)，根據(jù)影響基線值的主要因素是溫度和滑動，則其他影響因素為剩余標(biāo)準(zhǔn)差。榆林臺GM4磁通門磁力儀Z分量的溫度系數(shù)較高，可以通過增加保溫措施，降低溫差的變化。另外，通過以上計算方法得出溫度系數(shù)，消除這種影響，同樣也可以保證觀測資料的質(zhì)量。

4 結(jié)論

（1）榆林臺兩套GM4磁通門磁力儀運轉(zhuǎn)正常，取得的觀測資料連續(xù)、可靠，觀測到的地磁各分量日均值變化一致性較好，相關(guān)系數(shù)較高；

（2）榆林臺兩套GM4磁通門磁力儀各分量的基線值主要影響因素為溫度系數(shù)和滑動系數(shù)，Z分量表現(xiàn)最為突出，可以通過逐步回歸算法的計算結(jié)果消除溫度系數(shù)的影響，為日后臺站選用基線值的準(zhǔn)確性提供依據(jù)，以保證觀測質(zhì)量；

（3）榆林臺兩套GM4磁通門磁力儀各分量的背景噪聲高于全國臺網(wǎng)的平均水平，應(yīng)采取行之有效的降噪措施，以提高觀測資料的質(zhì)量。