安徽六安磁通門臺陣數據質量分析及方法應用

車濛琪 吳婉楠 應允翔 朱厚林 胡志文 張明明

摘要：安徽省地震局于“十三五”時期在皖大別山地區建設由15個臺點組成的磁通門臺陣，選取2023年6月—9月地磁三分量的觀測資料，通過該時間段的數據連續率、完整率判斷儀器的運行狀況，利用數據的擬合分析、地磁加卸載響應比、逐日比和大致處在相同經度、緯度儀器的日變特征分析對儀器運行以來的觀測數據質量進行分析評估，得出安徽六安地區磁通門臺站數據質量較好結論。

關鍵詞：地磁臺陣??擬合分析?日變特征分析?質量分析評估

Data?Quality?Analysis?and?Method?Applications?of?the?Fluxgate?Array?in?Lu'an，?Anhui

CHE?Mengqi1，2?WU?Wannan3，4*?YING?Yunxiang1，2?ZHU?Houlin3，4?HU?Zhiwen1，2?ZHANG?Mingming1，2

（1.Mengcheng?Seismic?Monitoring?Center?Station，?Mengcheng，?Anhui?Province，?233527?China;?2.?Mengcheng?National?Geophysical?Observatory，?Mengcheng，?Anhui?Province，?233527?China;?3.?Lu'an?Seismic?Monitoring?Center?Station，?Lu'an，?Anhui?Province，?237000?China;?4.?Dabie?Mountain?Seismic?Monitoring?and?Forecasting?Experimental?Site，?Lu'an，?Anhui?Province，?237000?China）

Abstract：?In?“the?13th?Five-Year?Plan”?period，?the?Anhui?Earthquake?Agency?constructed?a?fluxgate?array?consisting?of?15?stations?in?the?Dabie?Mountain?area?in?Anhui?Province.?This?paper?selects?the?three-component?observation?data?of?the?geomagnetic?field?from?June?to?September?2023，?judges?the?operation?status?of?the?instrument?by?the?continuity?and?completeness?rates?of?data?during?the?period，?analyzes?and?evaluates?the?quality?of?observation?data?since?the?operation?of?the?instrument?by?utilizing?the?fitting?analysis?of?data，?the?response?ratio?and?day-by-day?ratio?of?geomagnetic?loading?and?unloading，?and?the?analysis?of?the?daily?characteristics?of?the?instrument?at?the?approximate?same?longitude?and?latitude，?and?concludes?that?the?data?quality?of?fluxgate?stations?in?Lu'an，?Anhui?is?better.

Key?Words：?Geomagnetic?array;?Fitting?analysis;?Daily?variation?characteristic?analysis;?Quality?analysis?and?assessment

地磁場是地球最基本的物理場之一，在地震研究中，地磁學科的基本任務是基于地磁學的理論和方法技術，探索與孕震過程有關的地球介質的磁性質變化及規律，為地震預報及孕震過程的理論研究服務[1]。

我國地磁臺網的大規模建設開始于20世紀50年代。目前我國的地磁觀測站總數達150個，它們多分布在國內各主要活動構造帶、地震重點監視區和地震預報實驗場。中國地震局“十五”地磁臺站數字化建設以來，電磁臺站已達50多個，安徽地區運轉臺站3個。相關專家及學者很早就已注意到地磁異常與地震的關系，并開展其變化規律的研究。大量的觀測事實表明，電磁場會在地震的孕育和發生階段發生變化，單一地磁儀器的異常信號具有偶然性，因此在我國部分地區建設了地磁臺陣。

在安徽省內定點地磁臺站僅有3個的現狀下，“十三五”期間，在六安大別山地區新增由15個臺點組成的磁通門臺陣，主要目的在于加強安徽省內地震多發地區-霍山地震窗的地磁場監控，實現對霍山窗地區落兒嶺—土地嶺、青山—曉天、梅山—龍河口等主要斷裂的地磁變化監測，實現對霍山地區地磁變化與小震活動之間關系的細化研究，為大別山地區4.5級地震前地磁異常的發現和提取提供數據。

1970年以來的地震記錄表明，皖西北大別山地區微震、小震活動頻繁，并集中分布在青山—曉天斷裂和落兒嶺—土地嶺斷裂交會處附近。發生在安徽的5級以上地震絕大部分都分布在郯廬斷裂帶南段及其附近區域[2]。為此，安徽省地震局于2021年7月至2022年10月在大別山主要活動斷裂地區完成15套磁通門磁力儀的布設，儀器為秒采樣，以構建六安磁通門臺陣來獲取地磁三分量的觀測資料。本文利用數據均來自六安磁通門臺陣，但由于測點多布設在田中、路邊、房屋后，部分儀器數據會受到人為或周邊環境干擾，在數據分析時對部分儀器進行篩選排除。

1?儀器運行與數據質量分析

表征儀器與數據質量有兩個指標，一是數據連續率，指實際產出數據與應產出數據的比值；二是數據完整率，指有效數據與應產出數據的比值。連續率反映儀器觀測系統的穩定性，完整率是整個觀測系統和觀測環境的綜合體現[3]。選取2023年6月—9月的臺陣數據進行分析，為保證數據真實連續可靠，特從15套磁通門儀器中選擇試運行以來平均連續率高于90%，數據研究時段連續率98%以上的8套儀器進行數據的收集與分析，選擇的臺陣連續率統計見表1所示。

從統計結果來看，六安磁通門臺陣觀測系統工作穩定，觀測環境優良，觀測數據連續、穩定、可靠，觀測質量總體較好。

2?臺陣儀器數據一致性與變化分析

2.1?臺陣儀器數據一致性分析

我們按同一標準在項目執行期內選擇變化幅度較大、數據變化明顯的磁擾事件進行分析，8月2—4日干擾較多，選擇該事件進行分析。

通過對原始數據進行歸一化擬合分析，D分量、H分量、Z分量的數據變化趨勢符合日變特征分析，符合典型的北半球中低緯度雙峰單谷日變形態[4]，擬合數據及儀器數據見圖1。結果可見：實驗臺站數據一致性較好，以該數據進行分析，結果真實可靠，對開展中短期的地磁研究工作具有一定的參考價值。

2.2?依據加卸載響應比和逐日比方法開展數據變化分析

地磁加卸載響應比和逐日比法是以外空太陽風對地球磁場作用的臨界變化現象的應用，建立在以太陽風的加載和卸載基礎上，是地磁預報中物理意義比較明確的方法，得到的異常信息相對明顯，容易判斷和操作[5]。在地震預報工作中，地磁學中的加卸載響應比和逐日比方法應用較為廣泛，已經成為一種用來進行中短期地震分析預測的地磁手段分析方法。選取金寨地震監測站和獨山長生橋地震監測站的兩套磁通門儀器開展加卸載響應比和逐日比的研究[6]，選取2033年6月1日至7月15日的原始數據作為研究的時間尺度，用以判定磁通門臺陣對該方法的適用程度。

利用金寨地震監測站和獨山長生橋地震監測站的原始數據，通過對原始數據進行加卸載響應比和逐日比分析，未發現地震發生前后明顯的地磁異常信號。

2.3?局地范圍分析

我國地區遼闊，基于觀測需要，建設的地磁臺站基本處在較大區域尺度的分散狀態。六安磁通門臺陣以霍山作為主要觀測地區，將磁通門站點布設在較小尺度的區域中，滿足了基于小尺度來開展特性分析的需要[7]，臺陣位置分布見圖3所示。

通過對六安臺陣局地范圍的尺度特性分析，結果發現分布在相近緯度的測站，不同經度數據之間會有一定的時差，相對應的日變曲線也會出現一定的相位平移。臺陣數據符合日變數據局地范圍的尺度特性分析。

3?結論與展望

本文基于安徽六安地區磁通門臺陣的觀測數據，通過對皖西北大別山地區的地磁短周期變化特征的研究與分析，對該臺陣數據質量以及方法應用有以下幾點認識。

（1）15套磁通門磁力儀組成的磁通門臺陣數據連續率較好，多套儀器在試運行期間的平均連續率高于90%，數據研究時段平均連續率98%以上，數據真實穩定可靠。

（2）通過對變化幅度較大、數據變化明顯的8月2—4日的磁擾事件進行歸一化擬合分析，證實實驗臺站數據一致性較好，以該數據進行分析，結果真實可靠，具有參考價值。

（3）通過對局地范圍的尺度特性分析，結果發現分布在同一緯度，不同經度的測站之間會有一定的時差，日變曲線也會出現一定的相位平移，臺陣數據符合日變數據局地范圍的尺度特性分析。

（4）對儀器的原始數據進行加卸載響應比和逐日比分析，未發現地震發生前后明顯的地磁異常信號。

參考文獻

[1]于暢.地磁異常判定方法對比研究[D].長春：吉林大學，2021.

[2]牛超，徐步云，李義紅，等.?基于地磁臺陣觀測數據的地磁場日變化區域尺度特性分析[C]//中國地球物理學會國家安全地球物理專業委員會，陜西省地球物理學會軍事地球物理專業委員會.國家安全地球物理叢書（十二）：地球物理與信息感知.2016：75-81.

[3]何暢，楊鵬，廖曉峰，等.地磁加卸載響應比影響因素研究[J].地震地磁觀測與研究，2022，43（S1）：354-355.

[4]樊文杰，馮麗麗，李霞，等.2022年1月8日青海門源M_S6.9地震前地磁垂直強度極化異常變化特征[J].地震工程學報，2022，44（3）：744-750.

[5]楊杰.基于滇西北地磁臺陣的地下電性結構震前變化特征研究[D].北京：中國地震局地球物理研究所，2020.

[6]郝雪景，高龍飛，蘇燕紅，等.大同地震監測中心站GM4～-XL磁通門磁力儀觀測數據漂移分析[J].地震地磁觀測與研究，2022，43（2）：71-78.

[7]王秀敏，暢國平，王志敏，等.GM4磁通門磁力儀觀測數據預處理分析[J].地震地磁觀測與研究，2021，42（4）：80-86.