車濛琪 吳婉楠 應(yīng)允翔 朱厚林 胡志文 張明明

摘要：安徽省地震局于“十三五”時(shí)期在皖大別山地區(qū)建設(shè)由15個(gè)臺(tái)點(diǎn)組成的磁通門臺(tái)陣，選取2023年6月—9月地磁三分量的觀測(cè)資料，通過(guò)該時(shí)間段的數(shù)據(jù)連續(xù)率、完整率判斷儀器的運(yùn)行狀況，利用數(shù)據(jù)的擬合分析、地磁加卸載響應(yīng)比、逐日比和大致處在相同經(jīng)度、緯度儀器的日變特征分析對(duì)儀器運(yùn)行以來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)估，得出安徽六安地區(qū)磁通門臺(tái)站數(shù)據(jù)質(zhì)量較好結(jié)論。

關(guān)鍵詞：地磁臺(tái)陣??擬合分析?日變特征分析?質(zhì)量分析評(píng)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(chǎng)是地球最基本的物理場(chǎng)之一，在地震研究中，地磁學(xué)科的基本任務(wù)是基于地磁學(xué)的理論和方法技術(shù)，探索與孕震過(guò)程有關(guān)的地球介質(zhì)的磁性質(zhì)變化及規(guī)律，為地震預(yù)報(bào)及孕震過(guò)程的理論研究服務(wù)[1]。

我國(guó)地磁臺(tái)網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代。目前我國(guó)的地磁觀測(cè)站總數(shù)達(dá)150個(gè)，它們多分布在國(guó)內(nèi)各主要活動(dòng)構(gòu)造帶、地震重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)和地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。中國(guó)地震局“十五”地磁臺(tái)站數(shù)字化建設(shè)以來(lái)，電磁臺(tái)站已達(dá)50多個(gè)，安徽地區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)站3個(gè)。相關(guān)專家及學(xué)者很早就已注意到地磁異常與地震的關(guān)系，并開(kāi)展其變化規(guī)律的研究。大量的觀測(cè)事實(shí)表明，電磁場(chǎng)會(huì)在地震的孕育和發(fā)生階段發(fā)生變化，單一地磁儀器的異常信號(hào)具有偶然性，因此在我國(guó)部分地區(qū)建設(shè)了地磁臺(tái)陣。

在安徽省內(nèi)定點(diǎn)地磁臺(tái)站僅有3個(gè)的現(xiàn)狀下，“十三五”期間，在六安大別山地區(qū)新增由15個(gè)臺(tái)點(diǎn)組成的磁通門臺(tái)陣，主要目的在于加強(qiáng)安徽省內(nèi)地震多發(fā)地區(qū)-霍山地震窗的地磁場(chǎng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)霍山窗地區(qū)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(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)霍山地區(qū)地磁變化與小震活動(dòng)之間關(guān)系的細(xì)化研究，為大別山地區(qū)4.5級(jí)地震前地磁異常的發(fā)現(xiàn)和提取提供數(shù)據(jù)。

1970年以來(lái)的地震記錄表明，皖西北大別山地區(qū)微震、小震活動(dòng)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(huì)處附近。發(fā)生在安徽的5級(jí)以上地震絕大部分都分布在郯廬斷裂帶南段及其附近區(qū)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(dòng)斷裂地區(qū)完成15套磁通門磁力儀的布設(shè)，儀器為秒采樣，以構(gòu)建六安磁通門臺(tái)陣來(lái)獲取地磁三分量的觀測(cè)資料。本文利用數(shù)據(jù)均來(lái)自六安磁通門臺(tái)陣，但由于測(cè)點(diǎn)多布設(shè)在田中、路邊、房屋后，部分儀器數(shù)據(jù)會(huì)受到人為或周邊環(huán)境干擾，在數(shù)據(jù)分析時(shí)對(duì)部分儀器進(jìn)行篩選排除。

1?儀器運(yùn)行與數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

表征儀器與數(shù)據(jù)質(zhì)量有兩個(gè)指標(biāo)，一是數(shù)據(jù)連續(xù)率，指實(shí)際產(chǎn)出數(shù)據(jù)與應(yīng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的比值；二是數(shù)據(jù)完整率，指有效數(shù)據(jù)與應(yīng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的比值。連續(xù)率反映儀器觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完整率是整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)環(huán)境的綜合體現(xiàn)[3]。選取2023年6月—9月的臺(tái)陣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為保證數(shù)據(jù)真實(shí)連續(xù)可靠，特從15套磁通門儀器中選擇試運(yùn)行以來(lái)平均連續(xù)率高于90%，數(shù)據(jù)研究時(shí)段連續(xù)率98%以上的8套儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與分析，選擇的臺(tái)陣連續(xù)率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1所示。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，六安磁通門臺(tái)陣觀測(cè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，觀測(cè)環(huán)境優(yōu)良，觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)、穩(wěn)定、可靠，觀測(cè)質(zhì)量總體較好。

2?臺(tái)陣儀器數(shù)據(jù)一致性與變化分析

2.1?臺(tái)陣儀器數(shù)據(jù)一致性分析

我們按同一標(biāo)準(zhǔn)在項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)選擇變化幅度較大、數(shù)據(jù)變化明顯的磁擾事件進(jìn)行分析，8月2—4日干擾較多，選擇該事件進(jìn)行分析。

通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化擬合分析，D分量、H分量、Z分量的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)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(tài)[4]，擬合數(shù)據(jù)及儀器數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。結(jié)果可見(jiàn)：實(shí)驗(yàn)臺(tái)站數(shù)據(jù)一致性較好，以該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果真實(shí)可靠，對(duì)開(kāi)展中短期的地磁研究工作具有一定的參考價(jià)值。

2.2?依據(jù)加卸載響應(yīng)比和逐日比方法開(kāi)展數(shù)據(jù)變化分析

地磁加卸載響應(yīng)比和逐日比法是以外空太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球磁場(chǎng)作用的臨界變化現(xiàn)象的應(yīng)用，建立在以太陽(yáng)風(fēng)的加載和卸載基礎(chǔ)上，是地磁預(yù)報(bào)中物理意義比較明確的方法，得到的異常信息相對(duì)明顯，容易判斷和操作[5]。在地震預(yù)報(bào)工作中，地磁學(xué)中的加卸載響應(yīng)比和逐日比方法應(yīng)用較為廣泛，已經(jīng)成為一種用來(lái)進(jìn)行中短期地震分析預(yù)測(cè)的地磁手段分析方法。選取金寨地震監(jiān)測(cè)站和獨(dú)山長(zhǎng)生橋地震監(jiān)測(cè)站的兩套磁通門儀器開(kāi)展加卸載響應(yīng)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(shù)據(jù)作為研究的時(shí)間尺度，用以判定磁通門臺(tái)陣對(duì)該方法的適用程度。

利用金寨地震監(jiān)測(cè)站和獨(dú)山長(zhǎng)生橋地震監(jiān)測(cè)站的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加卸載響應(yīng)比和逐日比分析，未發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生前后明顯的地磁異常信號(hào)。

2.3?局地范圍分析

我國(guó)地區(qū)遼闊，基于觀測(cè)需要，建設(shè)的地磁臺(tái)站基本處在較大區(qū)域尺度的分散狀態(tài)。六安磁通門臺(tái)陣以霍山作為主要觀測(cè)地區(qū)，將磁通門站點(diǎn)布設(shè)在較小尺度的區(qū)域中，滿足了基于小尺度來(lái)開(kāi)展特性分析的需要[7]，臺(tái)陣位置分布見(jiàn)圖3所示。

通過(guò)對(duì)六安臺(tái)陣局地范圍的尺度特性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分布在相近緯度的測(cè)站，不同經(jīng)度數(shù)據(jù)之間會(huì)有一定的時(shí)差，相對(duì)應(yīng)的日變曲線也會(huì)出現(xiàn)一定的相位平移。臺(tái)陣數(shù)據(jù)符合日變數(shù)據(jù)局地范圍的尺度特性分析。

3?結(jié)論與展望

本文基于安徽六安地區(qū)磁通門臺(tái)陣的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)皖西北大別山地區(qū)的地磁短周期變化特征的研究與分析，對(duì)該臺(tái)陣數(shù)據(jù)質(zhì)量以及方法應(yīng)用有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

（1）15套磁通門磁力儀組成的磁通門臺(tái)陣數(shù)據(jù)連續(xù)率較好，多套儀器在試運(yùn)行期間的平均連續(xù)率高于90%，數(shù)據(jù)研究時(shí)段平均連續(xù)率98%以上，數(shù)據(jù)真實(shí)穩(wěn)定可靠。

（2）通過(guò)對(duì)變化幅度較大、數(shù)據(jù)變化明顯的8月2—4日的磁擾事件進(jìn)行歸一化擬合分析，證實(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)站數(shù)據(jù)一致性較好，以該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果真實(shí)可靠，具有參考價(jià)值。

（3）通過(guò)對(duì)局地范圍的尺度特性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分布在同一緯度，不同經(jīng)度的測(cè)站之間會(huì)有一定的時(shí)差，日變曲線也會(huì)出現(xiàn)一定的相位平移，臺(tái)陣數(shù)據(jù)符合日變數(shù)據(jù)局地范圍的尺度特性分析。

（4）對(duì)儀器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加卸載響應(yīng)比和逐日比分析，未發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生前后明顯的地磁異常信號(hào)。

參考文獻(xiàn)

[1]于暢.地磁異常判定方法對(duì)比研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2021.

[2]牛超，徐步云，李義紅，等.?基于地磁臺(tái)陣觀測(cè)數(shù)據(jù)的地磁場(chǎng)日變化區(qū)域尺度特性分析[C]//中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)國(guó)家安全地球物理專業(yè)委員會(huì)，陜西省地球物理學(xué)會(huì)軍事地球物理專業(yè)委員會(huì).國(guó)家安全地球物理叢書(shū)（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(yīng)比影響因素研究[J].地震地磁觀測(cè)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(qiáng)度極化異常變化特征[J].地震工程學(xué)報(bào)，2022，44（3）：744-750.

[5]楊杰.基于滇西北地磁臺(tái)陣的地下電性結(jié)構(gòu)震前變化特征研究[D].北京：中國(guó)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(jiān)測(cè)中心站GM4～-XL磁通門磁力儀觀測(cè)數(shù)據(jù)漂移分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2022，43（2）：71-78.

[7]王秀敏，暢國(guó)平，王志敏，等.GM4磁通門磁力儀觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2021，42（4）：80-86.