地電觀測(cè)中城鐵干擾數(shù)據(jù)頻譜特性分析研究

王同利 胡樂銀 宋艷茹

1）北京市地震局，北京 100080

2）中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

地震前兆觀測(cè)中地電觀測(cè)是地震分析預(yù)報(bào)中最可靠的觀測(cè)方法之一。但隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，觀測(cè)數(shù)據(jù)受到了多元化干擾信號(hào)的侵襲，給我們?cè)诘仉娪^測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用的地震信號(hào)增加了很大的難度，為了給地電前兆地震分析提供更優(yōu)化的數(shù)據(jù)，課題組將對(duì)我局地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量做出量化分析及評(píng)估。在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)處理方法得到地電觀測(cè)數(shù)據(jù)的可用信號(hào)和干擾信號(hào)的大小，再通過實(shí)地考察，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法收集到干擾信號(hào)源的變化情況以及干擾信號(hào)源所引起的地電觀測(cè)數(shù)據(jù)變化大小，然后用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立識(shí)別和分析地電阻率干擾數(shù)據(jù)的處理方法。運(yùn)用符合數(shù)據(jù)變化的最佳擬合方法剔除或分離地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)，提取有效數(shù)據(jù)，為北京市地震局地電前兆監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)分析提供更優(yōu)化的數(shù)據(jù)服務(wù)。

地電觀測(cè)干擾情況比較多，比較復(fù)雜。北京地區(qū)地電觀測(cè)現(xiàn)在遭受的觀測(cè)干擾源主要是城市鐵路和城市作業(yè)。其干擾特征與城市鐵路的運(yùn)行情況比較吻合：夜間0～5時(shí)地電觀測(cè)是最平靜的階段，干擾最小，游離干擾也較少；6～23時(shí)間段的干擾比較明顯。目前主要選用干擾比較小的時(shí)間段，如夜間0～5時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)地電數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)分析。為了提高地電觀測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用實(shí)效，以通州地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，通過建立快速傅里葉變化FFT能量譜計(jì)算模型對(duì)地電觀測(cè)信號(hào)的大小和外界環(huán)境干擾信號(hào)的影響大小量化，建立簡(jiǎn)單的地電數(shù)據(jù)剔除干擾信號(hào)的方法和提取有效數(shù)據(jù)方法，還原和恢復(fù)地電觀測(cè)數(shù)據(jù)的天然變化。在數(shù)據(jù)處理過程中，將同頻段的觀測(cè)數(shù)據(jù)用Matlab軟件編程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及FFT分析頻譜轉(zhuǎn)換，然后再用Origin軟件對(duì)頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)換、二次數(shù)據(jù)處理和圖像繪制。圖1是城鐵干擾主要特征頻譜圖。其中，在城鐵干擾比較小的時(shí)間段的地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的頻譜特征，如圖1（左），混疊城鐵干擾的地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的頻譜特征，如圖1（右）所示。

比較分析，我們可以看到，通州臺(tái)在城鐵干擾數(shù)據(jù)的頻譜范圍比較寬，幾乎覆蓋了地電場(chǎng)正常觀測(cè)的頻段，且能量比較大（大于1 000 Mev）。利用這一特征，可以將地電場(chǎng)采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)1 000 Mev的能量數(shù)據(jù)作為本底數(shù)據(jù)，超出這部分能量范圍的能量數(shù)據(jù)就是干擾源引發(fā)的干擾數(shù)據(jù)，以便能夠從地電觀測(cè)數(shù)據(jù)中對(duì)城鐵等產(chǎn)生的干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行剝離。

圖1 通州地震臺(tái)地電場(chǎng)NS測(cè)項(xiàng)數(shù)據(jù)能量圖