福建省地磁台站仪器工作浅析

福建省地磁台站仪器工作浅析

郑建志

（中国龙岩364000 龙岩地震台）

摘要：通过对福建省地震局所有台站地磁观测手段的场地环境、仪器工作状态及产出的数据等进行综合分析。通过进行相关性检验、差值检验等分析，对仪器工作状态的稳定性和数据的一致性进行评价。评估台站地磁仪器工作状态的稳定性、观测记录数据的一致性，找出可能影响观测数据内在质量的影响因素，进而改之，从而为地震预报提供准确可靠的观测数据。

关键词：仪器工作状态；评价；相关性检验；差值

0引言

福建省地震局新增的“九五、十五”地磁仪器的观测台站有泉州基准台、龙岩、漳州、邵武、永安地震台（除永安台由于网络通讯接口问题，导致数据不能及时上传，于2013年1月1日开始正式上传至前兆台网中心服务器），这几个台站基本于2007年改造并进行新增仪器的观测，台站工作环境、仪器工作状态已基本形成。本项目对几个台站相同的地磁仪器（磁通门磁力仪及FHD分量质子仪）以泉州地磁基准台为标准进行对比。本文针对福建省地震局这两种地磁仪器产出的数据,经预处理后,对预处理分数据等进行相关性检验,差值检查等一系列分析,验证各仪器的工作稳定性和一致性。本文所采用的数据均取自福建省地震局前兆台网中心服务器的预处理数据，采用2012年全年的观测数据。数据分析处理流程，首先数据采集，从地磁数据库中选取分钟值数据，对未处理的数据进行进一步再处理，然后通过MAPSIS软件进行相关性及差值作图分析。

数字化地磁台选址及建台的要求

1、数字化地磁台选址的要求

为了使数字地磁记录的地磁场长期和短期变化都能代表大范围正常区域地磁场变化特征避免由于局部不规则磁化地质体引起磁异常而产生畸变选址时应先搜集当地地磁图航空磁测资料和有关地质资料弄清台址周围地磁场背景地址条件等尽量避开磁性很强的火成岩变质岩及已风化的岩石选择土层较厚的冲击平原或石灰岩地层地区如果考虑长期连续工作的目标就不允许地磁台周围环境的磁性有任何改变对于地磁场长期变化而言十年乃至百年只是短短一瞬应考虑若干年后该地区的发展与当地政府划出保护范围还应考虑交通水电等因素电力供应使磁通门磁变仪能够不间断的连续运行台址设在地势较高地下水位较低的干燥地区避开风口和各种电磁干扰各类人为干扰源如铁路公路工厂高压线等应在地磁观测规范允许的范围之外（国家地震局1990 中国地震局2001） 台址周围300- 500 m 范围内应有供建立观测磁偏角用的测量标志的地方，台址初选后设十字剖面进行垂直强度或总磁场测量剖面测量满意后用质子旋进磁力仪在200×200 m2 范围内布置点距10 m的网格进行场地磁测磁测资料进行通化绘制磁场平面图选择梯度比较均匀和数值较小的地点再在50×50 m2 的范围内以点距10m进行细测然后选出各观测仪器的观测记录室建筑场地的磁场梯度最好不大于1 nT最好用磁通门磁力仪进行至少24 小时的连续记录噪声0.1 nTp-p 的合格

2、建台的条件和要求

地磁台数字记录室和观测室间距不小于20 m 建筑应做好无磁保温防潮和仪器墩包括标志墩坚实4 件事选用非磁性或弱磁性建筑材料仪器墩材料的磁化率要小于4p×10-8SI 1×105CGSM 数字记录室材料的磁化率4p×10-7SI 潮湿对模拟装置等电子设备和磁通门探头有影响记录室应有防潮层室内相对温度 < 85% 室内日温差应 < 0.3年温差< 10 可以采用双层结构 半地下或全地下结构并使用保温材料保温地磁房外墙要建的很厚每道门都加封条绝对观测室要求观测过程中温度< 0.3 年工作温度在0 35 室内相对湿度 < 85% 仪器墩最好建在基岩上以保证长期使用不会倾斜或下沉仪器墩离墙壁大于1.5 m 墩与墩之间大于3 m 周围要有隔离槽仪器墩要求材料无磁性墩面平整水平与垂直梯度小于1 nT/m围墙使用弱磁性材料磁化率4p×10-8SI 砌筑墙外设有效保护区围墙与各观测室记录室之间距离不小于30 m 生活办公等工作用房对地磁观测记录的影响0.1 nT地磁绝对观测室记录室和控制室还应考虑防盗问题有防盗警报装置，数字记录室建筑上面要具有安装GPS 天线条件GPS 天线长为30 m 有源感应头必须无屏蔽朝上张角足够大室外标志建在绝对观测室几百米以外要求基础坚实稳固材料抗风化保障长年不变形不倾斜无位移最好建在基岩高寒地区要在冻土层下浇灌好混凝土墩基上DI 仪绝对观测与室外标志之间要通视良好室外标志应在不同方位建立两个以上其水平夹角不大于60 以避免由于标志位移或其他原因干扰地磁观测。

根据这些规范要求，我省的台站很多没达到规范要求，这也对我省的地磁数据的一致性有一定的差别。

一、各台站基本概况及地磁观测环境

（1）龙岩台座落在龙岩市新罗城区北郊虎头山的西侧半山坡上，其地理坐标为东经：117°01′26.7″，北纬25°07′41.7″，海拔高程:370.75081米。龙岩台有FHD－2B质子核旋仪和GM－4磁通门磁力仪两套观测仪器

（2）泉州地磁台台址位于南安市洪濑镇厝斗产田村，距省道307线厝斗村口约1.5k。观测区坐标：E118°30′30″、N25°01′26″，高程约41m。

（3）邵武地震台位于邵武市区丹台山南侧，属省级台，台站基岩为花岗岩。台站地理坐标为北纬27.3°、东经117.4°，海拔高程193.6m，占地面积约6000m2。

（4）永安地震台位于永安市区西北下渡306号，属省级台，台站基岩为上侏罗纪晶屑凝灰溶岩。台站地理坐标为北纬25.9°、东经117.3°，海拔高程179m，占地面积约10000m2。

（5）漳州地震台位于龙海市九湖镇衍后村石狮岩，属国家基本台，台站基岩为花岗闪长岩。台站地理坐标为北纬24.5°、东经117.6°，海拔高程42.3m，占地面积约11415.8m2，

二、各台记录数据的相关分析

相关系数的基本理论：简单相关系数又称皮尔逊相关系数或“皮尔逊积矩相关系数”，它描述了两个定距变量间联系的紧密程度。样本的简单相关系数一般用r表示，计算公式为：

其中n 为样本量， 分别为两个变量的观测值和均值。r描述的是两个变量间线性相关强弱的程度。r的取值在-1与+1之间，若r>0，表明两个变量是正相关，即一个变量的值越大，另一个变量的值也会越大；若r<0，表明两个变量是负相关，即一个变量的值越大另一个变量的值反而会越小。r 的绝对值越大表明相关性越强，要注意的是这里并不存在因果关系。若r=0，表明两个变量间不是线性相关，但有可能是其他方式的相关（比如曲线方式）。通常r大于0.8时，认为两个变量有很强的线性相关性。

各台的相关分析图

图1 龙岩、漳州、邵武与泉州偏角分量相关图

图2 龙岩、漳州、邵武与泉州垂直分量相关图

图3 龙岩、漳州、邵武与泉州水平分量相关图

图4龙岩、漳州、邵武偏角分量互相关图

图5 龙岩、泉州、漳州、邵武垂直分量互相关图

偏角分量（D）:

龙岩、漳州、邵武分别与泉州台的相关性都较好，邵武与龙岩、漳州相关性较差；

垂直分量(Z):

龙岩GM4与与泉州相关性较好，邵武、龙岩FHD与泉州相关性较差;

水平分量（H）

邵武与泉州相关性较差，其它台相关性都较好

总强分量（F）

龙岩与漳州相关性较好，邵武与漳州相关性较差

从各台的相关分析来看，邵武台的各分量均与其它台相关性较差，而其它台相关性都较好，龙岩台的FHD-2B仪与泉州台的相关性较差。

初步分析，泉州地磁台属于国家基准台，所以各台的仪器都先与该台先进行相关性检验，然后各台再进行互相关性检验分析。邵武台与各台的数据相关性较不理想，应该是仪器首先存在一定的问题，然后在数据处理上存在一定的处理不当，或未处理。龙岩台的FHD－2B仪器垂直分量与泉州台相关性不太好，很可能是由于环境的干扰，仪器房与周边的民居距离太近，造成很大的干扰，虽然龙岩台的数据处理较认真，但是由于整个环境噪声的影响，造成资料受一定的影响。

三、差值法

差值法基本理论：差值法是从稳定磁场中提取变化相对较快的局部磁异常，一般是以地磁绝对观测值为分析对象。

1、一般很难找到符合要求的参考台，参考台的改变可能导致结果完全不一样，因此，该方法所得异常的信度不高，建议少采用（除非资料很可靠,台站密度很高）；
   2、参考时段的选择对异常的判别有很大的影响；
   3、应注意由仪器装置误差、自动观测仪器零漂所引起的干扰，因此常常用此法检查观测数据是否正常。

图６龙岩、泉州、漳州差值图

                 图７邵武、泉州、漳州差值图

从各台的差值图来看，龙岩台两套仪器与泉州台的仪器差值基本处于均值，漳州与泉州也基本处于均值，邵武台与泉州的差值变化相对较大，各台之间的差值图结果看，龙岩与漳州总强差值相对较小，差值相差不大。

初步分析，泉州地磁台属于国家基准台，所以各台的仪器都先与此台先进行差值检验，然后各台再互相进行差值检验分析。仍然邵武台与各台的数据较不理想，应该是仪器首先存在一定的问题，然后在数据处理上存在一定的处理不当，或未处理。

四、结论

通过对我省几个地磁台站的仪器进行相关性检验及差值分析来看，各台资料可用，但个别台站的数据由于各种原因，存在一定的问题。

可能有几方面的原因:一个是仪器本身的零漂、水平变化等导致的系统变化;一个是仪器本身受温度变化影响产生的温度效应,夹杂在正常日变化中,导致的数据不一致,因为,所选定的数据从2012年1月至2012年12月份一整年的数据,有一个明显的降温和升温过程,这一点对于没有工作在稳定温度环境下的地磁仪器,尤为重要。另一个就是受地方环境影响的变化,这一点在水平分量和垂直分量中最为突出。再有就是调仪器等导致数据的突然变化,直接影响到数据的一致性

本文通过大量的数据和曲线,说明各台仪器的工作状态较好,但仪器产出数据的一致性相对不够很理想。单台如何正确判断记录数据是否正常、应如何进行校正也是一个需要解决的问题。另一方面，在日常工作中每天应确实查看记录曲线，并进行数据校正工作。而还有更多的台站存在着对应该识别出的错误数据也没有识别出来，或者明知有问题也没有进行校正的现象。

通过此次较粗浅的分析全省台站的地磁数据，由于只用一年的数据,在这年当中也许该台正好存在各方面的问题，因此也不能完全判定其它年份的观测数据如何。希望通过此次分析，全省今后将能更好地对仪器的工作状态和产出数据的一致性能够有个更好地对比分析。

参考文献：

1、地震标准汇编2009 中国地震局  地震出版社

2、地球电磁现象物理学  徐文耀著 中国科学技术大学出版社

3、多台站地磁观测资料综合处理的一种方法 吴国有等,地震

4、线性度方法在前兆观测数据分析处理中的应用 吴国有等中国地震

5、前兆台网数据处理与评价方法理论模型 周克强等主编 地震出版社