蒙城野外站電磁場同臺變化分析

張明明　薛志明　周振貴　孫伯樂　汪繼林　李雪華

摘? 要：該文采用盡量減少自然現象如較大磁擾、磁暴、天氣變化等變化影響的電磁場觀測數據對磁靜日的日變化分析認為，磁靜日電、磁場變化主要由影響范圍在1000km覆蓋蒙城野外站所在區域的渦旋電流場所主宰，不同磁靜日電、磁場的日變化曲線形態存在較大差異，同日電、磁場變化的差異由不同場源的自然電場、地磁感應場等變化導致。

關鍵詞：蒙城野外站? 地電場? 地磁場? 磁靜日? 變化率

中圖分類號：P631 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0019-03

地球電磁場包括地磁場和地電場兩個本質上相關的地球物理場。電磁觀測是地震監測預報重要的前兆手段之一，杜學彬等人（2007）研究認為地電場的日變化不僅與緯度有關而且與季節有關。地磁日變化的一般規律是白天變化大，夜間變化小。

張素琴等人（2010）研究了磁暴期間磁場變化率與地電場的關系，結果表明，磁暴期間H分量變化率與地電場東向分量觀測數據顯著相關，并且周期成分相同。由于利用電場、磁場的變化進行震兆分析還處于實踐探索階段，目前的當務之急是努力尋找地電場、地磁場的變化規律和特點。

電磁觀測是地震監測預報重要的前兆手段之一，而利用電場、磁場的變化進行震兆分析還處于實踐探索階段，目前的當務之急是努力尋找地電場、地磁場的變化規律和特點。

1? 臺站的基本情況

蒙城地球物理國家野外科學觀測研究站（下簡稱蒙城野外站）位于郯廬斷裂帶西側約140km，皖西北亳州市蒙城縣小澗鎮境內的黃柏山上，海拔高程54m，東經116.5°，北緯33.4°。臺基主要是震旦系沙巖及第四紀覆蓋層，周圍地區覆蓋大都在100～300m左右。巖石出露為尖山、黃柏山、施連山、狼山等南北走向的低山。測區內地形較平坦，測區內為農田（旱田）。蒙城野外站電磁場主要進行地電阻率、地電場、地磁觀測，觀測儀器為ZD8M地電儀、ZD9A-Ⅱ地電場儀、GM4相對記錄儀進行同臺觀測。地電場測區位于地電阻率測區內，而GM4相對觀測室距該測區60m左右，相對高度3m左右。

2? 數據的選取

目前臺站電、磁場觀測是在地表的固定觀測，所觀測物理量的特性，使其在觀測過程中容易受到各種自然、人為干擾的影響，其中地磁場的擾動、磁暴和降水、雷電的影響占了絕大多數。各地磁要素日變化的一般規律是白天變化大，夜間變化小。而地磁靜日變化以一個太陽日為周期依賴于地方太陽時的平靜變化。基本排除了較大磁擾、磁暴的影響。

根據地電場、地磁場的廣域性，蒙城野外站地電場觀測區和地磁觀測儀器布設位置的差異對觀測數據的影響基本可忽略不計。

因此，對比2012年度地電場長極距和自然電位差日均值曲線（見圖1），2012年6～10月受降水、雷電影響變化教大，故選取2012年1～5月數據變化較平穩時段的磁靜日數據進行分析，從而盡量減少測區自然環境環境等變化帶來的影響。

依據地球電磁感應的理論，地電場的南北分量對應于地磁場的東向分量的時序變化，地電場的東西分量對應于地磁場的北向分量的時序變化。該文選取地磁的H分量與地電場東西分量進行分析。經過對地磁H分量分鐘值數據繪圖分析，為了更好地比較電、磁場變化的形態學和統計學特征，選取磁靜日H分量1月14日、2月17日等幾天的電、磁場數據進行分鐘值數據曲線形態分析比較，磁靜日H分量曲線部分形態差異較大（見圖2）。

3? 數據處理

由于電、磁場的物理量不同，為了便于比較分析，分別對電場、磁場數據進行了處理。以當日電場、磁場00：00的數據為基準，分別計算每分鐘相對于00：00數據的變化率。為便于比較將磁場變化率擴大1000倍。分別繪制電、磁場變化率曲線圖，具體見圖3。

即H變化率=（X_n-X₁）/X₁×100×1000? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

E0變化率=（X_n-X₁）/X₁×100? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

3.1 日總K值、電磁變化的相關性、出現轉折時差

具體情況見表1。

3.2 地電場、地磁場磁靜日曲線峰、谷轉折分析

具體情況見表2。

4? 分析

從圖3可以看出，不同磁靜日電、磁場的變化形態存在較大差異，但同日地電場E向分量、地磁場H分量變化率曲線多具有相似的變化形態，也存在部分變化不一致的現象。

由相關系數顯著性檢驗可知，在顯著性水平α=0.01、N=1000的情況下，r≥0.077即認為兩者相關。計算電、磁場變化率的r分析，地電場、地磁場兩者之間存在明顯相關。2月23日r=-0.003、3月26日r=-0.07相關性不高，從變化率曲線圖上可以看出930min、820min之后的數據變化存在較大的差異。在相關性較高的時段內，仔細觀察仍可發現如5月2日640～1320min之間存在部分變化不相符的情況。葉青等人（2007）運用最大熵譜方法對部分臺站地電場日變化、地電暴等譜成分的研究表明：地電場日變化主要是12h的半日波成分最強，24～25h的全日波和8h周期成分次之。其正常的日變形態具有雙峰雙谷的變化特點，對地電場、地磁場變化率峰、谷轉折時刻的統計表明，兩者有相似的峰、谷轉折現象，地磁場的轉折滯后于地電場的轉折，平均達16.5min。

5? 討論

在蒙城野外站周圍1000km范圍內，地磁低點位移異常與蒙城野外站地磁垂直分量日變形態畸變存在較高的對應率，表示該渦旋電流場影響范圍應在1000km以內等。由地球內部感應電流所產生的日變磁場與地殼、地幔的電阻率有關：電阻率大，則感應電流小，磁場小;電阻率小，則感應電流大，磁場大。地球應力場的變化會引起地下電阻率的變化，從而影響日變磁場的正常變化。地磁場峰、谷轉折時間較地電場滯后，是否與地下介質電性結構有關值得近一步研究。

6? 結論

（1）不同磁靜日，電、磁場的日變化曲線形態存在較大差異，但同日的地電、磁場則多具有相似的變化形態。

（2）磁靜日電、磁場變化的部分差異可能由不同場源如自然電場、地磁感應場等變化導致。

（3）磁靜日電、磁場變化主要由影響范圍在1000km覆蓋臺站所在區域的渦旋電流場所主宰。

（4）地磁場峰、谷轉折時間較地電場滯后，是否與地下介質電性結構有關值得近一步研究。

參考文獻

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[2] 張素琴.磁暴時磁場變化率與地電場相關性研究[J].地震地磁觀測與研究，2010，31（3）：7-12.

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