張明明 謝石文 薛志明 曾憲軍 汪繼林 劉紅飛

摘 要：通過(guò)對(duì)蒙城臺(tái)2015年地電場(chǎng)與地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，研究磁場(chǎng)擾動(dòng)期間磁場(chǎng)變化與地電場(chǎng)的關(guān)系，通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)地磁H分量的數(shù)據(jù)變化與地電場(chǎng)受磁場(chǎng)擾動(dòng)產(chǎn)生的變化相關(guān)性較高。通過(guò)對(duì)原始地電場(chǎng)和地磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，總結(jié)同臺(tái)站電場(chǎng)、磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的規(guī)律，變化電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)在同時(shí)段不同K指數(shù)情況下的相關(guān)性與差異性。從而依據(jù)一定的數(shù)據(jù)變化形態(tài)和特點(diǎn)，及時(shí)識(shí)別數(shù)據(jù)的正常與非正常變化，以便為地震預(yù)報(bào)提供及時(shí)、可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：地電場(chǎng) 地磁場(chǎng) 觀測(cè)數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：P31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（c）-0074-03

地磁場(chǎng)是時(shí)間和空間變化的矢量場(chǎng)，它隨時(shí)間的變化既有長(zhǎng)期變化，也有短期變化。地磁日變化是一種短期變化，分為磁靜日變化和磁擾日變化。靜日變化起源于電離層中的電流體系，表現(xiàn)為連續(xù)出現(xiàn)的周期性變化。干擾變化主要起源于由太陽(yáng)噴射出來(lái)的帶電離子流，在電離層及其以外的外部空間所產(chǎn)生的多種短暫電流體系，表現(xiàn)為偶然出現(xiàn)的各種復(fù)雜的短期變化，是疊加在平靜變化之上的一種突然變化[1]。通過(guò)對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)地磁場(chǎng)要素的長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)，就有可能掌握該測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化和短期變化特征，進(jìn)而提取出干擾變化[2]。

1 觀測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

蒙城地震臺(tái)，屬于國(guó)家基本臺(tái)。臺(tái)站位于皖西北蒙城縣境內(nèi)的黃柏山上，臺(tái)基巖性為震旦紀(jì)砂巖及第四紀(jì)覆蓋層，周圍地區(qū)覆蓋層厚度大概都在200～300m左右，地處郯廬斷裂的西側(cè)，北部有隱伏的北西向板橋集斷層通過(guò)，西部數(shù)十公里有北北東向口孜集斷裂和王老人集斷裂通過(guò)，位于秦嶺-大別斷褶帶上。

蒙城臺(tái)大地電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)于1999年12月份建成，并于2000年1月1日進(jìn)行正式觀測(cè)記錄。觀測(cè)系統(tǒng)采用中國(guó)地震局分析預(yù)測(cè)研究所研制的自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化ZD9A-Ⅱ型地電場(chǎng)儀，儀器采樣率為每分鐘1次，布極方法采用共用電極長(zhǎng)短極距法（圖1），有三個(gè)分向，其分別為：NS向長(zhǎng)、短極距，EW向長(zhǎng)、短極距，長(zhǎng)極距為226m，短極距為113m，斜長(zhǎng)極距為320m，斜短極距為160m。線路采用架空方式，電極埋深為1.8m。ZD9A-Ⅱ型地電場(chǎng)儀與ZD8M地電儀同場(chǎng)觀測(cè)。測(cè)區(qū)內(nèi)地形較平坦（農(nóng)田），觀測(cè)環(huán)境較好，無(wú)較大、明顯的干擾，觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)及布極區(qū)的環(huán)境狀況均符合規(guī)范要求，觀測(cè)質(zhì)量較好，能觀測(cè)到較明顯的日變化。

蒙城臺(tái)地磁觀測(cè)開始于1978年，為地磁國(guó)家二類臺(tái)。該手段在我臺(tái)開展的項(xiàng)目比較齊全，目前正在運(yùn)行的項(xiàng)目有三個(gè)：絕對(duì)觀測(cè)、相對(duì)記錄和定點(diǎn)核旋觀測(cè)。我臺(tái)絕對(duì)觀測(cè)采用的是國(guó)際通用的觀測(cè)組合，即對(duì)D、I、F組合，每周二、五進(jìn)行；相對(duì)記錄現(xiàn)有模擬、數(shù)字化兩套正在并行運(yùn)作；每晚21點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)核旋觀測(cè)。我們臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境得天獨(dú)厚，無(wú)任何大型干擾源，背景噪聲小，觀測(cè)室附近磁場(chǎng)分布均勻。經(jīng)過(guò)臺(tái)站人員對(duì)背景噪聲水平、絕對(duì)觀測(cè)室和相對(duì)記錄室周圍30m及觀測(cè)場(chǎng)地200m×200m，100m×100m磁場(chǎng)梯度分別進(jìn)行了量算，計(jì)算出我臺(tái)背景噪聲不大于0.10nT，磁場(chǎng)梯度為1nT/m。符合“電磁觀測(cè)技術(shù)規(guī)范”要求，非常適合于開展地磁觀測(cè)。

2 資料選取

根據(jù)地球電磁感應(yīng)的理論，當(dāng)研究區(qū)域遠(yuǎn)小于源場(chǎng)尺度時(shí)，源場(chǎng)可以近似的看作是均勻的、無(wú)限的平面電磁波[3]。因此，對(duì)于定點(diǎn)臺(tái)站，所研究的問(wèn)題是平面問(wèn)題。由此，即地電場(chǎng)的南北向分量對(duì)應(yīng)于地磁場(chǎng)東向分量的時(shí)間變化；地電

場(chǎng)的東西向分量對(duì)應(yīng)于地磁場(chǎng)北向分量的時(shí)間變化[4]。

選取2015年7月4日至7月5日磁暴期間蒙城臺(tái)地磁H分量分?jǐn)?shù)據(jù)，地電場(chǎng)EW方向長(zhǎng)極距數(shù)據(jù)（圖1、圖2）。

通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)磁暴期間，地磁H分量變化幅度在110nT左右，地電場(chǎng)日差值變化在70mV/左右，地磁場(chǎng)和地電場(chǎng)數(shù)據(jù)變化都非常明顯，且波動(dòng)變化的時(shí)間較一致。

3 磁場(chǎng)擾動(dòng)與地電場(chǎng)的相關(guān)性分析

為了更好地研究磁擾與地電場(chǎng)數(shù)據(jù)變化相關(guān)性，我們選取2015年7月一整月的地磁與地電場(chǎng)數(shù)據(jù)，首先對(duì)地磁H分量的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波擬合生成H-SR曲線（圖3）。

由于磁擾對(duì)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)影響主要集中在高頻，因此我們對(duì)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行高通濾波處理。在窗函數(shù)的選擇方面，窗函數(shù)有很多種，最常用的有矩形窗、三角窗、傅立葉核窗、漢明窗、冪窗、高斯窗等。每種窗函數(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如矩形窗，其優(yōu)點(diǎn)是主瓣比較集中，缺點(diǎn)是有負(fù)的邊瓣，帶進(jìn)高頻干擾和漏能，而漢寧窗和漢明窗可以很好地消除負(fù)的邊瓣，消去高頻干擾和漏能，其缺點(diǎn)是主瓣太寬。由于我們希望了解磁擾數(shù)據(jù)變化及地電場(chǎng)的頻譜結(jié)構(gòu)特征，這就要求所選窗函數(shù)的邊瓣盡量小，要求沒(méi)有負(fù)的邊瓣，能給出整個(gè)頻段的波譜結(jié)構(gòu)。因此，我們采用的窗函數(shù)為漢明（hamming）窗。

通過(guò)對(duì)比圖3、圖4、圖5，我們發(fā)現(xiàn)蒙城臺(tái)地磁H分量預(yù)處理數(shù)據(jù)的H-SR曲線和地電場(chǎng)東西向的濾波后的曲線的形態(tài)比較一致，即地磁場(chǎng)磁場(chǎng)變化率大的時(shí)刻（K指數(shù)大的時(shí)候），地電場(chǎng)擾動(dòng)變化大，地磁場(chǎng)磁場(chǎng)變化率小的時(shí)刻，地電場(chǎng)擾動(dòng)變化小。同時(shí)，二者的幅度值、周期也具有一定的相關(guān)性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)蒙城臺(tái)H分量預(yù)處理分?jǐn)?shù)據(jù)H-SR曲線與地電場(chǎng)濾波后曲線的對(duì)比，得出二者無(wú)論在形態(tài)上、幅度上還是在周期成分上都有很好的相關(guān)性，因此可以綜合利用地磁和地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)開展研究工作。

由于磁擾對(duì)于地電場(chǎng)影響相對(duì)較大，因此正確地識(shí)別磁擾對(duì)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)的影響，對(duì)于異常核實(shí)工作尤為重要，通過(guò)地磁數(shù)據(jù)與地電場(chǎng)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以較為準(zhǔn)確地識(shí)別磁擾信號(hào)。

參考文獻(xiàn)

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