宮靜芝，呂永青*，史舒婷，陳常俊，張亮娥，王振江

（1.山西省地震局太原地震監(jiān)測(cè)中心站，山西 太原；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原）

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類地磁干擾因素影響日益增加。分析干擾因素對(duì)地磁正常動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的影響，能夠更加準(zhǔn)確有效地識(shí)別與排除干擾異常信息，提高觀測(cè)質(zhì)量，甄別出真正與地震相關(guān)的電磁異常[1-5]。本文從鐵磁性物質(zhì)和電磁活動(dòng)干擾對(duì)武家寨FHD-2B 質(zhì)子矢量磁力儀（下文簡(jiǎn)稱FHD 儀）測(cè)項(xiàng)干擾進(jìn)行總結(jié)，為其他地磁觀測(cè)站點(diǎn)識(shí)別及消除干擾提供有價(jià)值的參考。

1 臺(tái)站及儀器信息

1.1 臺(tái)站概況

武家寨地磁臺(tái)位于晉源區(qū)晉源鎮(zhèn)武家寨村東，地理坐標(biāo)為北緯37°41′，東經(jīng)112°30′，海拔高程772 m。構(gòu)造上處于太原盆地中北部，交城大斷裂東側(cè)，地勢(shì)開闊平坦，遠(yuǎn)離居民住宅區(qū)，測(cè)量范圍內(nèi)無管線通過，沒有工業(yè)游散電流和其它電磁干擾源，航磁圖上武家寨磁異常值80-100 nT，區(qū)域磁場(chǎng)平靜，布格重力異常等值線圖上處于負(fù)異常區(qū)，磁場(chǎng)梯度及干擾背景測(cè)試結(jié)果：200 m 范圍內(nèi)磁場(chǎng)梯度小于1.0 nT/m，電磁環(huán)境干擾背景≤0.1 nT，靜態(tài)磁場(chǎng)干擾≤0.5 nT，符合地磁及地電觀測(cè)規(guī)范所要求的測(cè)區(qū)條件。

1.2 儀器介紹

FHD 儀是一種用來測(cè)量地磁總強(qiáng)度F、水平分量H（或垂直分量Z）、相對(duì)磁偏角D 的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀，觀測(cè)系統(tǒng)包括主機(jī)、探頭、分量線圈及連接線路。儀器主要技術(shù)指標(biāo)為：分辨率0.1 nT，總強(qiáng)度F 精度0.3 nT，垂直分量Z 精度0.6 nT，水平分量H精度0.6 nT，磁偏角D 精度0.1′，測(cè)量范圍20 000-70 000 nT，采樣率為1 min。

2 武家寨FHD 儀典型干擾因素

地磁數(shù)據(jù)干擾可分為鐵磁性物質(zhì)和電磁活動(dòng)干擾。鐵磁性物質(zhì)干擾表現(xiàn)為在距觀測(cè)點(diǎn)一定范圍內(nèi)，鐵磁物體移動(dòng)引起觀測(cè)區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，電磁活動(dòng)干擾為高壓直流輸電、大功率儀器設(shè)備運(yùn)行等對(duì)周圍電磁觀測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)造成不同程度的干擾[6-7]。

根據(jù)歷年觀測(cè)資料，武家寨FHD 儀主要受到的鐵磁性物質(zhì)干擾為工廠運(yùn)行、車輛干擾、基建工程干擾等，電磁活動(dòng)干擾為高壓直流輸電干擾和地鐵運(yùn)行干擾（表1）。

表1 武家寨電磁臺(tái)FHD-2B 干擾類型匯總（單位：次）

2.1 鐵磁性物質(zhì)干擾

2.1.1 工廠運(yùn)行干擾

武家寨磁電臺(tái)北面100 m 處有廢鐵加工廠，工廠運(yùn)行時(shí)段對(duì)數(shù)據(jù)造成突跳、臺(tái)階干擾，對(duì)FHD 垂直分量Z、總強(qiáng)度F 造成干擾，D 分量、H 分量基本無干擾。數(shù)據(jù)突跳干擾，可進(jìn)行剔除尖峰或刪除數(shù)據(jù)處理，臺(tái)階型干擾，可利用臺(tái)階改正。圖1 為2019 年8 月13日武家寨FHD 儀垂直分量Z 受工廠運(yùn)行干擾曲線。

圖1 2019 年8 月13 日武家寨FHD 儀垂直分量Z 分鐘值原始曲線

2.1.2 車輛干擾

當(dāng)?shù)卮欧扛浇熊囕v過往會(huì)對(duì)地磁觀測(cè)造成干擾，車輛駛?cè)搿Ⅰ傠x地磁房附近會(huì)引起數(shù)據(jù)突跳，時(shí)間一般持續(xù)數(shù)十秒至幾分鐘；車輛?？吭诘卮欧扛浇鼤?huì)產(chǎn)生臺(tái)階干擾。圖2 是2018 年3 月3 日武家寨FHD數(shù)據(jù)受車輛干擾曲線，當(dāng)日09:22-09:36 車輛進(jìn)入地磁觀測(cè)場(chǎng)地，11:20-11:37 駛出，駛?cè)搿Ⅰ偝鰰r(shí)段數(shù)據(jù)突跳，車輛?？繒r(shí)段造成數(shù)據(jù)臺(tái)階干擾，D 分量干擾臺(tái)階-0.05′，H 分量干擾臺(tái)階-2.8 nT，F(xiàn) 分量干擾臺(tái)階-1.6 nT。對(duì)此類干擾需進(jìn)行去除尖峰、刪除數(shù)據(jù)、消除臺(tái)階的處理。

圖2 2018 年3 月3 日武家寨FHD 儀分鐘值原始曲線

2.1.3 基建施工影響

2018 年6 月-2019 年4月，太原迎賓橋開始建設(shè)，該橋距武家寨地磁臺(tái)約800 m，對(duì)地磁觀測(cè)記錄造成不同程度干擾（圖3）。干擾時(shí)段數(shù)據(jù)突跳、產(chǎn)生臺(tái)階，可參考相鄰臺(tái)站數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行刪除數(shù)據(jù)或臺(tái)階改正處理。

圖3 2019 年4 月16 日武家寨FHD 儀分鐘值原始曲線

2.2 電磁活動(dòng)干擾

2.2.1 高壓直流輸電干擾

高壓直流輸電線路在工程試運(yùn)行階段及運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流，在輸電線路及換流站周圍產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng)會(huì)影響正常的地磁觀測(cè)，特別是對(duì)輸電線路兩側(cè)300 km 內(nèi)范圍地磁觀測(cè)影響更大[8]。高壓直流輸電干擾是在正常的磁場(chǎng)中疊加了一個(gè)外部磁場(chǎng)，干擾特征為臺(tái)階或突跳，距線路越近，臺(tái)階幅度越大[9]。可根據(jù)中國(guó)地磁臺(tái)網(wǎng)高壓直流輸電干擾判別處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的去除緩變、去除臺(tái)階處理。武家寨FHD 儀數(shù)據(jù)主要受到上臨線、寧東線、晉南線、哈鄭線、寧紹線、昌宜線6 條輸電線路干擾。其中上臨線干擾幅度最大，昌宜線干擾幅度最小[4]，干擾時(shí)間從2 分鐘到數(shù)天不等。圖4 為FHD 儀垂直分量Z 受上臨線干擾曲線。

圖4 2018 年10 月16 日武家寨FHD 儀垂直分量Z 分鐘值原始曲線

2.2.2 地鐵運(yùn)行干擾

地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的雜散電流流入大地形成泄露電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)打破周邊磁場(chǎng)的平衡，形成一個(gè)附加磁場(chǎng)[10-11]，對(duì)周圍電磁觀測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)造成不同程度的干擾，干擾一般不做處理，可以利用小波方法對(duì)軌道交通干擾進(jìn)行抑制[12-13]。

太原地鐵2 號(hào)線貫穿太原市南北，南端點(diǎn)位于太原武家寨電磁觀測(cè)點(diǎn)東北，與測(cè)點(diǎn)直線距離5 km，對(duì)武家寨FHD 儀干擾具體表現(xiàn)為：

（1） 2020 年12 月1 日-2021 年2 月28 日，干擾時(shí)有時(shí)無，干擾幅度水平分量大于垂直分量。

（2） 2021 年 3 月 1 日-2021 年 10 月 1日，基本沒有干擾。

（3） 2021 年10 月2 日開始每天干擾，干擾時(shí)段為4:40-23:50，干擾幅度水平分量10 nT 大于垂直分量5 nT（2022 年8 月13 日-9 月30 日干擾幅度減半）。

干擾時(shí)段呈現(xiàn)出非常明顯的高頻率干擾，地鐵停運(yùn)時(shí)段，供電停止，地磁數(shù)據(jù)隨之恢復(fù)正常（圖5）。

圖5 2020 年12 月4-13 日武家寨FHD 儀分鐘值曲線

3 應(yīng)對(duì)措施及方法

針對(duì)不同的干擾源對(duì)電磁觀測(cè)的影響，可以采取以下措施應(yīng)對(duì)：

（1） 鐵磁性物質(zhì)干擾：可以增加警示標(biāo)志，劃定地磁觀測(cè)區(qū)范圍，避免各類車輛、攜帶鐵磁性物體的人員靠近。臺(tái)站內(nèi)部施工干擾，應(yīng)選用無磁性工具，縮短施工時(shí)間，減少干擾時(shí)間。出現(xiàn)無法避免的鐵磁性物體干擾時(shí)，可參考附近臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)于外部施工干擾，應(yīng)根據(jù)觀測(cè)規(guī)范相關(guān)要求告知施工單位，并提前進(jìn)行評(píng)估[6]。

（2） 電磁性活動(dòng)干擾：高壓直流輸電干擾可根據(jù)中國(guó)地磁臺(tái)網(wǎng)高壓直流輸電干擾判別處理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的緩變、臺(tái)階處理，地鐵運(yùn)行干擾一般不需要處理，可以利用小波方法等對(duì)軌道交通干擾進(jìn)行抑制。

4 結(jié)論與建議

梳理、識(shí)別各類干擾圖像，可更好的識(shí)別前兆異常，提高地震短臨預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。通過對(duì)武家寨FHD 儀近幾年觀測(cè)資料的總結(jié)分析，受到的鐵磁性物質(zhì)干擾為工廠運(yùn)行、車輛干擾、基建工程干擾等，電磁活動(dòng)干擾為高壓直流輸電干擾和地鐵運(yùn)行干擾。鐵磁性物質(zhì)對(duì)武家寨FHD 儀的干擾形態(tài)為臺(tái)階、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可進(jìn)行臺(tái)階、刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理。電磁活動(dòng)干擾中高壓直流輸電干擾可根據(jù)中國(guó)地磁臺(tái)網(wǎng)高壓直流輸電干擾判別處理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的去除緩變、去除臺(tái)階處理，地鐵運(yùn)行干擾一般不需要處理。