遼寧省數字化地磁觀測干擾識別及數據處理

趙永志，劉天龍，白 琳，滕 藤，朱曉秋，顧 娜

（1.朝陽地震臺，遼寧 朝陽 122000；2.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034；3.營口地震臺，遼寧 營口 115000；4.鐵嶺地震臺，遼寧 鐵嶺 112000）

0 引言

在任何一種地震觀測手段的觀測數據中，都不可避免的會出現各種干擾現象，例如自然干擾、環境干擾、人為干擾等。地磁觀測也是如此，對觀測數據產生的干擾種類繁多，這些干擾數據的曲線形態主要表現為記錄曲線的單點突跳；頻繁的單點或多點突跳；一定時段內數據抬起或下降（臺階）；造成這種記錄曲線異常的主要原因有以下幾種：磁暴、高壓直流輸電、車輛、建設施工、城際輕軌、地鐵、背景噪聲以及人為因素等等；只有充分認識地磁場的干擾因素，才能更好地分析地磁場的異常變化。

1 干擾類別與干擾特點

1.1 磁暴干擾

磁暴是由太陽耀斑引起的地球高層大氣的擾動，發生突然，在數小時或更短時間內大地磁場經歷顯著變化。磁暴對地磁觀測干擾的特點是：各觀測分量同時受到干擾，且開始時間和結束時間同步（圖1）。

圖1 2011年8月5日、6日磁暴干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.1 Disturbing records of magnetic storm on August 5 and 6，2011

1.2 高壓直流輸電干擾

目前遼寧境內有一條高壓直流輸電線路，線路從內蒙古呼倫貝爾起，至遼寧長嶺結束，簡稱呼遼線。

高壓直流輸電干擾主要出現在高壓直流輸電線路的維修期間，由于線路維修時間的不確定性，導致觀測數據受干擾的時間也是隨機的。高壓直流輸電干擾的具體特點是：線路維修期間內的觀測數據整體出現起伏或下降的波動，干擾最為嚴重、最為明顯的為垂直分量Z，其它干擾不明顯或無干擾（圖2）。

圖2 2012年12月25日高壓直流輸電干擾曲線（單位：nT）Fig.2 Disturbing records of D.C.high-voltage transmission on Dec.5 and 6，2012

同一線路附近的地磁觀測臺站，垂直分量Z受干擾的開始、結束時間具有一致性（圖3）。

圖3 2012年3月25日朝陽、營口、鐵嶺Z分量干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.3 Disturbing records of Z-component at Chaoyang，Yingkou and Tieling on Mar.25，2012

處于同一線路同側的地磁觀測臺站，垂直分量Z記錄到的干擾曲線方向相同，如營口、鐵嶺地震臺（圖4）；異側則相反，如朝陽、營口地震臺（圖4）。

1.3 儀器校準干擾

干擾主要是對儀器的定期校準造成的。在儀器校準期間，各測向都受到不同程度的干擾，且開始、結束時間一致（圖5）。

圖4 2011年4月10日營口、鐵嶺、朝陽Z分量干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.4 Disturbing records of Z-component at Yingkou，Tieliang and Chaoyang on Apr.10，2011

圖5 2012年7月30日儀器校準干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.5 Disturbing records of instrument calibration on Jul.30，2012

1.4 施工干擾

由于施工使用的建筑材料和施工設備具有一定磁性，對地磁場記錄數據的干擾。這種干擾主要表現為觀測記錄曲線時間一致，幅度不同（圖6）。

圖6 2012年10月15日磁房修繕干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.6 Disturbing records of the magnetic house repair on Oct.15，2012

1.5 車輛干擾

這種干擾主要是由于觀測磁房附近行駛或停放的車輛造成的。各觀測分量干擾的幅度不盡相同，開始、結束時間相同，干擾時間與車輛通過或停放的時間具有一定的呼應性（圖7）。

圖7 鐵嶺臺車輛對地磁觀測各測向干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.7 Disturbing records of the vehicles’influence to the geomagnetism at Tieling Seismic Station

1.6 噪聲干擾

主要是由于觀測環境背景噪聲、儀器工作參數偏離、信號線較長、交流干擾、集成干擾等造成的。這種干擾持續時間較長，歷時數日、數月甚至更長（圖8）。

圖8 噪聲干擾記錄曲線（單位：nT）Fig.8 Disturbing records of noise

1.7 交直流切換干擾

這種干擾主要是由于交流（市電）與直流（備用電源）相互切換供電造成的，這種干擾特點是單點或多點突跳以及記錄曲線出現臺階（圖9）。

圖9 交直流切換干擾曲線（單位：nT）Fig.9 Disturbing records of AC and DCexchanging

1.8 其他干擾

造成這種干擾原因不甚明朗，其中包括儀器本身、氣候、觀測環境突變以及人為影響等；各測向干擾的時間和干擾幅度也不同。

2 干擾數據的預處理

針對不同形態的干擾數據，處理的方式也不盡相同。對于噪聲等干擾原因比較明朗，時間固定且有一定規律的干擾產生的數據，盡量不作處理，應及時查找干擾源，改善觀測環境。

2.1 高壓直流輸電干擾數據預處理

對于高壓直流輸電干擾數據主要進行臺階處理（圖10）。

圖10 高壓直流輸電干擾原始數據與預處理數據對比曲線（單位：nT）Fig.10 Contrast curves of original and preprocessing data of DChigh-voltage transmission

2.2 儀器校準干擾數據預處理

由于在儀器校準過程中，探頭的旋轉和觀測環境的臨時改變，觀測數據必然會有大幅度的波動，這種高幅度的波動，壓制了整個數據曲線的正常形態，所以對干擾數據進行尖峰、缺數或錯誤數據處理（圖11）。

圖11 2012年7月30日儀器校準干擾數據與預處理數據對比曲線（單位：nT）Fig.11 Contrast curves of original and preprocessing data of instrument calibration on Jul.30，2012

2.3 施工干擾數據預處理

由于磁房修繕產生階躍干擾，壓制了整個數據曲線的正常形態，對于這類干擾數據可采取缺數處理（圖12）。

圖12 2012年10月12日磁房修繕干擾原始數據與預處理數據對比曲線（單位：nT）Fig.12 Contrast curves of original and preprocessing data of magnetic house repair on Oct.12，2012

2.4 車輛干擾、交直流切換干擾處理

對于干擾的數據可做剔除尖峰或錯誤數據處理，如車輛干擾（圖13）。

圖13 車輛干擾原始數據與預處理數據對比曲線（單位：nT）Fig.13 Contrast curves of original and preprocessing data of vehicle interference

3 總結

在日常地磁觀測中，能夠及時發現并準確對各種干擾的識別判定，是每位地磁觀測工作者所必須具備的能力，只有在觀測工作中相互探討相互交流，逐漸總結經驗，才能為地震監測和預報提供準確、真實、可靠的信息，更好的為防震減災事業服務。

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