郭灝明

（江蘇省鹽城地震臺，江蘇 鹽城 224005）

地磁觀測是一種重要的地球物理觀測手段，其不僅為地震預(yù)報服務(wù)，同時也是地磁學科和其他相關(guān)學科研究的基礎(chǔ)。然而，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，地磁的觀測環(huán)境卻在日趨惡化。國內(nèi)相關(guān)人員研究發(fā)現(xiàn)，地磁觀測數(shù)據(jù)的干擾種類主要有磁暴、高壓直流輸電、車輛、建設(shè)施工、噪聲等（張英杰等，2017）。因此，在日常觀測過程中正確識別各種干擾因素的特征，做好數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，不僅可以提高觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，還可以為識別地震前兆異常提供保障。本文以鹽城地震臺為例，結(jié)合日常工作，分析總結(jié)地磁觀測中的各類干擾因素及其記錄形態(tài)特征，為日后數(shù)據(jù)預(yù)處理提供參考。

1 觀測臺站概況

鹽城地震臺為江蘇省省屬地震臺站，位于江蘇省東部鹽城市龍岡鎮(zhèn)果林場內(nèi)，臺基坐落在第四紀沉積層上，處在南黃海地震活動帶邊緣。臺站及鄰近地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，蘇北—南黃海坳陷區(qū)受到不同地質(zhì)時期的構(gòu)造運動作用，形成了一系列級別不等的活動斷裂。主要斷裂構(gòu)造有NE向的淮陰—響水斷裂、洪澤—溝墩斷裂和鹽城—南洋岸斷裂等，NW 向的蘇北濱海大斷裂、溝墩斷裂等，全部隱伏在沉積層之下。鹽城臺地磁觀測場地位于臺站內(nèi)部，觀測場地磁場平均梯度小于2 nT/m，采用數(shù)字化FHD-2B型質(zhì)子磁力儀進行日常觀測。

2 干擾因素分析

2.1 磁暴干擾

太陽表面活動旺盛時，尤其是太陽黑子極大期，太陽表面耀斑爆發(fā)次數(shù)增加，耀斑爆發(fā)時輻射出X射線、紫外線、可見光、高能量的質(zhì)子和電子束，帶電粒子形成的電流沖擊地球地磁場，導致地球磁場的強度和方向發(fā)生急劇變化，這種現(xiàn)象稱之為磁暴。磁暴發(fā)生時，各個地磁觀測分量同時受到干擾，水平分量、磁偏角變化明顯，且開始時間和結(jié)束時間同步。鹽城臺FHD-2B記錄到2021年5月12日磁暴干擾期間分鐘值曲線形態(tài)（見圖1），干擾期間地磁各分量變化劇烈，尤以D和H分量波動明顯，出現(xiàn)明顯突跳。因磁暴具有偶然性、全球性等特點，可通過多臺對比判定，因此對于受磁暴干擾時段的數(shù)據(jù)不需做預(yù)處理。

圖1 2021年5月12日鹽城臺地磁受磁暴干擾記錄曲線

2.2 高壓直流電干擾

經(jīng)研究表明高壓直流輸電線路能對其兩側(cè)數(shù)百千米內(nèi)地磁觀測產(chǎn)生影響，全國許多地磁臺站都不同程度受到干擾，具體表現(xiàn)為當換流站發(fā)生不平衡電流或者高壓線路上產(chǎn)生感應(yīng)電流時導致地磁產(chǎn)生突跳性變化（蔣延林等，2014）。供電部門對高壓直流線路的調(diào)試具有隨機性，且造成的干擾不可避免，因此臺站需準確判別其干擾形態(tài)并采用正確手段進行預(yù)處理，目前地磁臺網(wǎng)高壓直流輸電判別處理系統(tǒng)為一線臺站人員提供了參考標準。

經(jīng)長期調(diào)查總結(jié)發(fā)現(xiàn)，影響鹽城臺地磁觀測的高壓直流電線路有7條，分別為葛上線、三上線、三常線、錦蘇線、錫泰線、昌宣線及溪浙線，其中錫泰線距離鹽城臺最近，干擾幅度最大，影響范圍為0.1～14 nT（見圖2）。高壓直流電對地磁觀測數(shù)據(jù)造成的影響具有時域特征，即同一條干擾線路的同一個干擾事件對線路兩邊的地磁臺站觀測造成的干擾會同步發(fā)生、方向及幅度特征表現(xiàn)為在導線的兩邊產(chǎn)生的磁場方向相反，與輸電線路距離臺站的距離成反比（楊學慧等，2020）。鹽城臺與淮安臺、高郵臺分別位于錫泰線兩側(cè)，通過比對2020年5月31日地磁觀測時域記錄數(shù)據(jù)（見圖3）發(fā)現(xiàn)，三個臺站干擾時段同步，同側(cè)臺站干擾形態(tài)方向一致、異側(cè)臺站干擾形態(tài)方向相反，且距離線路越近，影響幅度越大。高壓直流電對地磁觀測的影響主要體現(xiàn)在Z分量上，D分量次之，H分量最為輕微，干擾形態(tài)主要表現(xiàn)為臺階。以2021年2月2日和2021年5月26日的地磁觀測數(shù)據(jù)為例，臺階的形態(tài)主要有兩種：直起直落或起落緩變時間短臺“方波”狀臺階和緩變連續(xù)的弧形或U型臺階（見圖4）。同一事件、同一時間段內(nèi)常見多種形態(tài)臺階或臺階嵌套，無論哪種形態(tài)，確定緩變起始時間都有一定難度，日常處理須在參考地磁臺網(wǎng)高壓直流輸電判別處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，輔助人工判定才能對觀測數(shù)據(jù)進行正確預(yù)處理。

圖2 2021年1月7日鹽城臺地磁受錫泰線高壓直流輸電干擾曲線

圖3 2020年5月31日錫泰線東側(cè)鹽城臺與錫泰線西側(cè)淮安臺和高郵臺地磁受高壓直流輸電干擾曲線

圖4 2021年2月2日（a、b、c、d）和2021年5月26日（e、f、g、h）鹽城臺受高壓直流輸電干擾曲線

2.3 觀測噪聲干擾

地磁觀測噪聲干擾主要是由于觀測環(huán)境背景噪聲、儀器工作參數(shù)偏離、信號線較長產(chǎn)生的渦流電流影響、交流干擾和集成干擾等造成的（陳賢等，2020）。根據(jù)國家地磁臺網(wǎng)中心網(wǎng)站發(fā)布的計算噪聲方法，通過計算發(fā)現(xiàn)鹽城臺2019年10月至2020年6月地磁數(shù)據(jù)背景噪聲偏大（見表1中2020年7月之前的數(shù)據(jù)），對觀測數(shù)據(jù)的精度產(chǎn)生一定影響。為解決分量噪聲偏大的問題，鹽城臺與生產(chǎn)廠方進行聯(lián)系排查，在測試中發(fā)現(xiàn)，儀器的接地線不好，導致信號衰減，從而背景噪聲增大，經(jīng)處理修正后，各分量背景噪聲于2020年7月恢復(fù)正常（見表1中2020年7月之后的數(shù)據(jù)），確保了觀測數(shù)據(jù)的精度。

表1 2019年10月至2021年3月鹽城臺地磁F、D、H、Z分量噪聲月平均值

2.4 車輛的影響

鹽城臺緊鄰省道232，磁房距離公路直線距離約200 m，且公路上經(jīng)過的重型車輛較多，對地磁觀測數(shù)據(jù)造成了一定的影響。當車輛快速通過時，對磁房附近磁場的影響突然且時間短，對觀測數(shù)據(jù)的形態(tài)干擾表現(xiàn)為突跳和尖峰。通過分析2021年5月23日地磁觀測數(shù)據(jù)（見圖5）發(fā)現(xiàn)，車輛的干擾對H分量的影響最大、Z分量次之。在確定干擾因素后，需要對觀測數(shù)據(jù)進行臺階預(yù)處理，使數(shù)據(jù)曲線達到平滑狀態(tài)。

圖5 2021年5月23日鹽城臺地磁FHD觀測受車輛干擾曲線

2.5 基建的影響

鹽城臺位于鹽城市鹽都區(qū)龍岡果林場（公園）內(nèi)，該區(qū)域被地方政府規(guī)劃為旅游景區(qū)，規(guī)模多次擴大，建設(shè)過程中工程車輛設(shè)備進出?？俊⒆鳂I(yè)，工地堆積的含鐵磁性材料都對磁房外的觀測環(huán)境造成了嚴重影響。值班人員在結(jié)合巡檢排查基礎(chǔ)上確定干擾時段，并進行相應(yīng)預(yù)處理。

3 結(jié)論

通過對2019～2021年鹽城臺地磁觀測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)影響觀測精度的因素主要有自然因素、環(huán)境因素、人為因素以及儀器故障等。受干擾數(shù)據(jù)的曲線形態(tài)主要表現(xiàn)為單點突跳、多點突跳和突跳臺階等。造成數(shù)據(jù)曲線異常的主要原因有磁暴、高壓直流電、噪聲、車輛和基建等。

地震觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響分析預(yù)報的可信度。只有充分識別地磁觀測中的各類干擾因素，正確預(yù)處理數(shù)據(jù)，方能使產(chǎn)出數(shù)據(jù)完整、連續(xù)、可靠。以鹽城臺為例，剖析了地磁觀測中的部分影響因素及相應(yīng)干擾的形態(tài)，有效排除可控干擾源，解決了日常觀測中背景噪聲大的問題，提高了觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。