嘉峪關(guān)地震臺(tái)磁通門磁力儀記錄準(zhǔn)確度分析

董海龍楊冬梅張素琴李西京1）中國(guó)甘肅735100嘉峪關(guān)中心地震臺(tái)2）中國(guó)北京100081中國(guó)地震局地球物理研究所3）中國(guó)陜西713300乾陵地震臺(tái)

?

嘉峪關(guān)地震臺(tái)磁通門磁力儀記錄準(zhǔn)確度分析

董海龍1)楊冬梅2)張素琴2)李西京3)
1）中國(guó)甘肅735100嘉峪關(guān)中心地震臺(tái)2）中國(guó)北京100081中國(guó)地震局地球物理研究所3）中國(guó)陜西713300乾陵地震臺(tái)

摘要通過(guò)日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定的基線值和同臺(tái)多套儀器記錄的分均值資料，應(yīng)用差值分析方法，結(jié)合儀器定向?qū)嶒?yàn)，對(duì)磁通門磁力儀記錄準(zhǔn)確度進(jìn)行研究。分析發(fā)現(xiàn)，磁通門磁力儀GM4 (6)的H分量和GM4 (8)的Z分量記錄的地磁場(chǎng)變化準(zhǔn)確度存在偏差，定向?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)，儀器3個(gè)磁通門傳感器線圈正交度存在誤差，是引起磁通門磁力儀記錄準(zhǔn)確度偏差大的主要原因。

關(guān)鍵詞日變化；準(zhǔn)確度；基線值；分均值；定向

0 引言

磁通門磁力儀受格值線性度、溫度穩(wěn)定性和溫度變化等因素影響，在準(zhǔn)確記錄地磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)存在誤差，使其基線值和分均值差值不是理論恒定值，但必須在《數(shù)字地磁臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量評(píng)比辦法》要求范圍內(nèi)。日常工作發(fā)現(xiàn)，同一絕對(duì)觀測(cè)組合對(duì)不同相對(duì)記錄儀器測(cè)量基線時(shí)，個(gè)別儀器基線會(huì)偏離較大，在同一觀測(cè)場(chǎng)地內(nèi)，相對(duì)記錄儀記錄到的地磁場(chǎng)變化數(shù)據(jù)差值偏大，說(shuō)明儀器在記錄地磁場(chǎng)變化時(shí)的準(zhǔn)確度存在偏差。日變化準(zhǔn)確度標(biāo)定是定量考察地磁相對(duì)記錄儀器記錄地磁日變化的準(zhǔn)確程度，以利于確定臺(tái)站絕對(duì)觀測(cè)的合適時(shí)間段及數(shù)據(jù)的研究應(yīng)用（張素琴，2011）。本文利用日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定結(jié)果的基線值、儀器記錄數(shù)據(jù)的相對(duì)差值和定向?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，分析嘉峪關(guān)地震臺(tái)磁通門磁力儀記錄的準(zhǔn)確度。

1 日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定結(jié)果

基線值能夠反映相對(duì)記錄儀器工作狀態(tài)穩(wěn)定性和絕對(duì)觀測(cè)誤差等問(wèn)題，通常用標(biāo)準(zhǔn)偏差和變化幅度來(lái)衡量基線精度和穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)差是綜合參數(shù)，既反映儀器工作狀態(tài)好壞，也反映觀測(cè)誤差大小（高玉芬，1991）。采用Mingeo-Dim和Overhauser的絕對(duì)觀測(cè)組合，對(duì)嘉峪關(guān)地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱嘉峪關(guān)臺(tái)）FHDZ-M15、GM4 (6)和GM4 (8)儀器日變化記錄準(zhǔn)確度進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定數(shù)據(jù)DB、HB、ZB分量的標(biāo)準(zhǔn)差分別為：FHDZ-M15：δD=0.05＇、δH=0.2 nT、δZ=0.2 nT；GM4 (6)：δD=0.06＇、δH=0.8 nT、δZ=0.5 nT；GM4 (8)：δD=0.05＇、δH：0.3 nT、δZ：1.1 nT。3套儀器在同一個(gè)觀測(cè)室內(nèi)，理論上同一絕對(duì)觀測(cè)組合給不同相對(duì)儀器計(jì)算的基線變化趨勢(shì)應(yīng)該一致，從日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定時(shí)段的基線（圖1）發(fā)現(xiàn)，GM4 (6)儀器H分量基線HB和GM4 (8) Z分量基線ZB日變化形態(tài)和幅度變化較大，GM4(6)儀器HB變化幅度最大偏差約1.2 nT，GM4(8)儀器ZB變化幅度最大約1.7 nT。從3套儀器日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定結(jié)果看，F(xiàn)HDZ-M15儀基線值標(biāo)準(zhǔn)差偏小，穩(wěn)定性較好，GM4(6)儀δH和GM4(8)儀δZ標(biāo)準(zhǔn)差偏大，儀器穩(wěn)定性較差。

圖1　嘉峪關(guān)臺(tái)日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定基線值(a) FHDZ-M15儀器；(b) GM4(6)儀器；(c) GM4(8)儀器Fig.1 Diurnal changes of baseline calibration period of Jiayuguan Seismic Station

2 分均值差值

由于FHDZ-M15組合觀測(cè)儀是懸掛式FGE磁通門磁力儀，測(cè)量基線值穩(wěn)定，溫度系數(shù)（小于等于0.25 nT/℃）和傳感器長(zhǎng)周期漂移（2—3 nT/年）小，并且日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定基線值穩(wěn)定，特作為參考儀器來(lái)對(duì)GM4(6)和GM4(8)進(jìn)行分均值差值分析，從分均值差值圖發(fā)現(xiàn)（圖2），在0—10時(shí)（世界時(shí)）期間，GM4(6)儀H分量和GM4(8)儀Z分量差值偏離均值較大，最大偏差幅度分別為1.7 nT和1.9 nT，超出《數(shù)字地磁臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量評(píng)比辦法》中ΔD ＜ 0.10＇、ΔH≤1.0nT、ΔZ≤1.0 nT要求，11時(shí)后偏差較小。從分均值差值分析結(jié)果得出，GM4(6)儀器H分量和GM4(8)儀器Z分量記錄準(zhǔn)確度存在偏差。

3 定向?qū)嶒?yàn)

在對(duì)嘉峪關(guān)臺(tái)GM4(6)儀器進(jìn)行重新定向時(shí)發(fā)現(xiàn)，在絕對(duì)觀測(cè)狀態(tài)下，將偏角D定向?yàn)?2.64 nT，轉(zhuǎn)換到相對(duì)狀態(tài)后，偏角觀測(cè)值變?yōu)?9.12 nT。對(duì)GM4(8)進(jìn)行重新定向時(shí)也發(fā)現(xiàn)，在絕對(duì)狀態(tài)下，D定向?yàn)?3.14 nT，轉(zhuǎn)換到相對(duì)狀態(tài)后，其偏角觀測(cè)值變?yōu)?4.03 nT。根據(jù)三分量磁通門磁變儀探頭正交誤差對(duì)定向的影響（朱兆才，2004），要求3個(gè)磁通門傳感器分量線圈兩兩正交，否則線圈的電流可能影響到其他分量線圈。在地磁場(chǎng)劇烈變化時(shí)，3個(gè)分量線圈的電流相互影響變大，初步判斷為嘉峪關(guān)臺(tái)GM4(6)和GM4(8)儀的H、Z分量線圈的電流影響了偏角D分量的測(cè)量，說(shuō)明儀器3個(gè)磁通門傳感器線圈正交度存在誤差。對(duì)分均值差值分析發(fā)現(xiàn)，在0—10時(shí)（世界時(shí)）地磁場(chǎng)日變化劇烈時(shí)，GM4(6)儀H分量和GM4(8)儀Z分量差值偏離較大。

圖2　嘉峪關(guān)地震臺(tái)分均值差值（a）GM4(6) -FHDZ-M15；（b）GM4(8) -FHDZ-M15Fig.2 Mean value difference chart of Jiayuguan Seismic Station

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)3套磁通門磁力儀日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定時(shí)段基線值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，嘉峪關(guān)GM4(6)儀H分量和GM4(8)儀Z分量標(biāo)準(zhǔn)差偏大，儀器穩(wěn)定性較差；在分均值差值分析中發(fā)現(xiàn)，GM4(6)儀H分量和GM4(8)儀Z分量差值偏離均值較大，幅度分別為1.7 nT和1.9 nT，說(shuō)明GM4(6)儀H分量和GM4(8)儀Z分量記錄準(zhǔn)確度存在偏差；在對(duì)磁通門磁力儀GM4(6)和GM4(8)定向時(shí)發(fā)現(xiàn)，偏角D分量的測(cè)量受到H、Z分量線圈的電流影響，根據(jù)三分量磁通門磁變儀探頭正交誤差對(duì)定向的影響（朱兆才，2004），可以判斷GM4(6)和GM(8)儀3個(gè)磁通門傳感器線圈正交度存在誤差，可以確定此為引起磁通門磁力儀記錄準(zhǔn)確度偏差大的主要原因。

參考文獻(xiàn)

高玉芬，程安龍，趙水芬，等. 地磁臺(tái)基線值分析[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究，1991，12（2）：3-10.

李西京，張素琴，辛長(zhǎng)江，等.不同磁通門經(jīng)緯儀產(chǎn)出基線值對(duì)比分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2012，33（1）：88-93.

徐濤，吳寶元，寧百奇.臺(tái)站地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)精度提高方法[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2014，35（5/6）：237-243.

張素琴，楊冬梅.地磁日變化記錄準(zhǔn)確度標(biāo)定結(jié)果分析[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32（5）：60—65.

朱兆才.三分量磁通門磁變儀探頭正交誤差對(duì)定向的影響[J].東北地震研究，2004，20（2）：70-75.

朱兆才.三分量磁通門磁變儀和經(jīng)典磁變儀記錄的比較[J].東北地震研究，2002，18（4）：66-73.

Accuracy analysis on fluxgate magnetometer records at Jiayuguan Seismic Station

Dong Hailong1)，Yang Dongmei2)，Zhang Suqin2)and Li Xijing3)

1) Jiayuguan Seismic Station，Gansu Province 735100，China 2) Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China 3) Qianling Seismic Station，Shaanxi Province 713300，China

Abstract

With the baseline values of diurnal change records and the mean value of multiple sets of equipment on same station， using difference analysis method， combining the orientation experimental instrument of instrument， the recording accuracy of fluxgate magnetometer is studied. It is found that there are accuracy deviations in diurnal variation accuracy of the calibration results of H component of fluxgate magnetometer GM4(6) and Z component of GM4(8). It also is found by orientation experiment that the orthogonal error of three fl uxgate sensor coils is main reason of the large recording deviation of the fl uxgate magnetometer.

Key words：diurnal changes，accuracy，baseline value，mean value，orientation

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 013

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局蘭州地震研究所地震科技發(fā)展基金青年基金項(xiàng)目（2014Q01）資助

作者簡(jiǎn)介：董海龍（1982—），男，工程師，主要從事地磁觀測(cè)與研究工作。E-mail：donghl9712@163.com

本文收到日期：2015-05-25