龔　耀，朱培育，趙俊香，朱佳苗，施俊杰，杜　勵(lì)，魏　薇

(上海市地震局崇明地震臺(tái)，上海　崇明　202164)

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上海市地震局綜合深井臺(tái)地磁記錄數(shù)據(jù)質(zhì)量初步分析

龔耀，朱培育，趙俊香，朱佳苗，施俊杰，杜勵(lì)，魏薇

(上海市地震局崇明地震臺(tái)，上海崇明202164)

摘要：城市的快速發(fā)展使地震前兆監(jiān)測(cè)環(huán)境日益惡化，特別是地磁記錄觀測(cè)受到嚴(yán)重影響。為減少人為干擾對(duì)地磁記錄的影響，近幾年上海市地震局開展深井綜合觀測(cè)，其中就包含地磁記錄。本文就地面臺(tái)站的地磁記錄資料和深井地磁記錄的資料進(jìn)行對(duì)比，分析其記錄數(shù)據(jù)的特征，給以后開展深井地磁觀測(cè)記錄的單位提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：深井綜合觀測(cè)；地磁；日變化

0引言

自1980年上海市崇明地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱崇明臺(tái))開始地磁觀測(cè)迄今已有35年觀測(cè)歷史，積累了大量的觀測(cè)資料，是上海市僅有的兩個(gè)專業(yè)地磁觀測(cè)臺(tái)之一。但隨著城市的發(fā)展，軌道交通遍及城市的各個(gè)角落，使崇明臺(tái)的地磁觀測(cè)受到影響。從記錄數(shù)據(jù)來看，干擾時(shí)間與軌道交通的始末班時(shí)間基本一致，一般為早4時(shí)30分至晚23時(shí)45分。為減少干擾帶來的影響，2010年開始上海市地震局開始嘗試綜合深井前兆觀測(cè)，先后建成了長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)綜合深井臺(tái)和浦東張江綜合深井臺(tái)，井深分別達(dá)到464 m和407 m。地磁儀器的探頭被固化在深井最底部并在每個(gè)深井中安裝了兩套地磁儀器探頭，目前儀器已經(jīng)記錄了近兩年的觀測(cè)資料。崇明臺(tái)與長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)綜合深井臺(tái)相距13公里，由于所處位置不同，其記錄特征也有所不同。

1儀器概況

(1) 崇明臺(tái)地磁相對(duì)記錄儀使用的是丹麥的懸掛式探頭，分別用于記錄地球磁場(chǎng)D、H、Z分量隨時(shí)間的變化，儀器的靈敏度和分辨率為0.2 nT，采樣率為1次/秒，頻率響應(yīng)為DC-1HZ。

(2) 長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)綜合深井臺(tái)和浦東張江綜合深井臺(tái)記錄儀器使用的是Batington公司的Mag-03系列磁通門磁力儀，分別用于記錄地球磁場(chǎng)X、Y、Z分量隨時(shí)間的變化，儀器的靈敏度和分辨率為0.1 nT，采樣率為1次/秒?？紤]到是固化在深井底部，出現(xiàn)故障不能修復(fù)，因此儀器探頭下放時(shí)投入了兩套探頭，同時(shí)記錄。

2資料選取

為便于分析，本次專門選取了2014年6月8日至2014年6月17日進(jìn)行日變形態(tài)對(duì)比分析，并對(duì)6月8日單獨(dú)放大觀察，因?yàn)樵摃r(shí)段內(nèi)出現(xiàn)了磁暴現(xiàn)象，使反映頻譜信息更加豐富。此次分析使用資料為分鐘值，由于儀器記錄的磁場(chǎng)分量不同，前期已經(jīng)做了數(shù)據(jù)處理。其中，對(duì)比分析時(shí)以崇明臺(tái)的地磁記錄為基準(zhǔn)。

3資料的對(duì)比分析

(1) 由于崇明臺(tái)儀器記錄的是D、H、Z分量，而長(zhǎng)江深井臺(tái)儀器記錄的是X、Y、Z分量，因此以崇明臺(tái)為基準(zhǔn)，把長(zhǎng)江深井臺(tái)儀器記錄的X、Y、Z分量轉(zhuǎn)化成D、H、Z分量，然后進(jìn)行對(duì)比分析(見第12頁(yè)圖1)。

從圖1可以看出，兩個(gè)臺(tái)站Z分量分鐘值曲線圖日變形態(tài)基本一致，兩條曲線幾乎重合，但從H分量和D分量的曲線對(duì)比圖上看，日變形態(tài)由于儀器本身的靈敏度等性能特點(diǎn)的不同而存在一定差別。另外，從圖上還可看出兩臺(tái)儀器存在一定的相位差，分析認(rèn)為是儀器時(shí)間不一致造成的。

(2) 為能更仔細(xì)的看出其不同特征，將6月8日單獨(dú)進(jìn)行放大觀察，由于當(dāng)天出現(xiàn)磁暴現(xiàn)象，K指數(shù)大，變化劇烈，更突出的反映了兩臺(tái)儀器的記錄特征(見第12頁(yè)圖2)。

由圖2可見，Z分量分鐘值曲線圖日變形態(tài)基本一致，而H分量和D分量的日變形態(tài)仍存在差別。分析有以下幾個(gè)原因：定向問題。深井地磁探頭靠?jī)?nèi)置的電子羅盤定向，如果定向過程中有干擾或誤差，會(huì)造成記錄結(jié)果產(chǎn)生差別；地下電性結(jié)構(gòu)的不同。由于兩個(gè)臺(tái)站所處位置地下電性結(jié)構(gòu)的不同，可能使儀器在接收信號(hào)時(shí)產(chǎn)生差異；儀器自身原因。由于井下地磁探頭尚首次在國(guó)內(nèi)使用，在儀器下井過程和固化過程可能產(chǎn)生不確定因素。

圖1　崇明與長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)地震臺(tái)地磁D、H、Z分量日變化曲線圖Fig.1　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Changjiang Farm seismic station

圖2　崇明與長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)地震臺(tái)地磁D、H、Z分量日變化曲線圖Fig.2　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Changjiang Farm seismic station

(3) 以長(zhǎng)江臺(tái)的深井記錄數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，把崇明臺(tái)儀器記錄的是D、H、Z分量轉(zhuǎn)化成X、Y、Z分量進(jìn)行對(duì)比，由于記錄的Z分量是一致的，因此只對(duì)比X、Y分量(見圖3)。

從圖3來看，兩個(gè)臺(tái)的形態(tài)大致相同，但X分量有很大差別，還存在一定的相位差，這可能與儀器的時(shí)鐘不一致有關(guān)。經(jīng)分析認(rèn)為，X、Y分量由有記錄的H分量和D分量轉(zhuǎn)化得來，H分量和D分量存在差別，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化得來的X、Y分量也存在差別且誤差更大。

圖3　崇明與長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)地震臺(tái)地磁X、Y分量日變化曲線圖Fig.3　Diurnal variations of geomagnetic X,Y components at Chongming and Changjiang Farm seismic station

(4) 崇明臺(tái)與張江深井臺(tái)的分析對(duì)比與長(zhǎng)江臺(tái)一致，以崇明臺(tái)為基準(zhǔn)，把張江深井臺(tái)儀器記錄的X、Y、Z分量轉(zhuǎn)化成D、H、Z分量，然后進(jìn)行對(duì)比分析(見圖4)。

圖4　崇明與張江地震臺(tái)地磁D、H、Z分量日變化曲線圖Fig.4　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Zhangjiang seismic station

從圖4看，崇明臺(tái)與張江深井臺(tái)的各個(gè)分量曲線形態(tài)完全一致，幾乎重合。但從圖上可以明顯看出張江深井臺(tái)受軌道交通的干擾更為明顯，張江深井臺(tái)距離軌道交通的直線距離大概1公里左右。

4內(nèi)在質(zhì)量分析

一般評(píng)價(jià)記錄儀記錄質(zhì)量的好壞通常用絕對(duì)觀測(cè)來對(duì)它進(jìn)行基線值考察，在參與絕對(duì)觀測(cè)的人員和儀器保證可靠的前提下，如果月觀測(cè)精度符合學(xué)科組的規(guī)定(δDB<0.1；δHB<1.0；δZB<1.0)那認(rèn)為記錄儀記錄正常。分別用崇明臺(tái)每周的觀測(cè)值對(duì)崇明臺(tái)及長(zhǎng)江農(nóng)場(chǎng)深井臺(tái)的相對(duì)記錄值進(jìn)行基線值計(jì)算(見表1)，以考察相對(duì)記錄儀內(nèi)在質(zhì)量的好壞。圖5所示為兩個(gè)臺(tái)站的基線值圖，通過選取2014年1月1日至6月30日的資料進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)崇明臺(tái)相對(duì)記錄儀基線值均在范圍之內(nèi)，而長(zhǎng)江深井臺(tái)相對(duì)記錄儀的D分量超出范圍，H和Z分量在精度范圍內(nèi)。

表1　崇明臺(tái)與長(zhǎng)江深井臺(tái)基線值觀測(cè)月精度表

從圖5可以看出，H、Z分量除個(gè)別點(diǎn)外曲線一致性較好與表1的計(jì)算結(jié)果相符，圖中D分量基線值存在較大差別跟日變曲線存在較大差別的原因也是一致，說明深井記錄的D分量存在問題。但總體看來，深井記錄儀是穩(wěn)定可靠的，內(nèi)在質(zhì)量值得信賴，其中D分量需重新定向。

圖5　崇明與張江地震臺(tái)地磁D、H、Z分量基線值圖Fig.5　Diurnal variations of geomagnetic D,H,Z components at Chongming and Zhangjiang seismic station

5結(jié)論

(1) 通過以上對(duì)比分析，認(rèn)為深井記錄的地磁資料可信、可用，日變形態(tài)與地面記錄到的地磁記錄基本一致，幅度相當(dāng)。崇明臺(tái)與長(zhǎng)江臺(tái)H、D分量曲線不重合的主要原因是深井探頭定向不準(zhǔn)造成的，需要重新定向。

(2) 城市軌道交通的干擾影響主要是由記錄臺(tái)站距離地鐵站的遠(yuǎn)近決定，與探頭放在地面和井下并無太大關(guān)聯(lián)。從各個(gè)分量來看，張江深井臺(tái)受到明顯的軌道交通干擾與其位置距地鐵站最近有密切聯(lián)系。

(3) 所有儀器設(shè)備應(yīng)每天進(jìn)行GPS校時(shí)，以使所有儀器記錄的數(shù)據(jù)與時(shí)間變化統(tǒng)一。

(4) 從基線值圖上看，深井記錄儀內(nèi)在質(zhì)量值得信賴，記錄穩(wěn)定，可以用固定臺(tái)站的絕對(duì)觀測(cè)值對(duì)其進(jìn)行基線值等計(jì)算，以此得到更多的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

文章編號(hào)：1000-6265(2016)02-0011-03

收稿日期：2015-11-05

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局三結(jié)合課題(150902)。

第一作者簡(jiǎn)介：龔耀(1973—)，男，上海市人。2001年畢業(yè)于上海大學(xué)，工程師。

中圖分類號(hào)：P318.6+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Preliminary Analysis of Geomagnetic Record Data Quality of Deep Well Station in Earthquake Administration of Shanghai Municipality

GONG Yao, ZHU Pei-yu, ZHAO Jun-xiang, ZHU Jia-miao, SHI Jun-jie, DU Li, WEI Wei

(Chongming Seismic Station of Earthquake Administration of Shanghai Municipality, Shanghai 202164, China)

Abstract:Comprehensive observation of deep well in Earthquake Administration of Shanghai Municipality is carried out in recent years in order to reduce the influence caused by city rapid development. In order to determine the reliability and accuracy of the data of geomagnetic observation in deep wells, geomagnetic record data of the ground stations are selected and compared. The results show that the diurnal variation morphology and ranges of the two forms are consistent. It is indicated that the geomagnetic observation in deep well is feasible.

Key words:Geomagnetic observation of deep well; Geomagnetic observation of ground stations; Data feature