雷电对地磁相对记录干扰机理探究

注： 幅度 差 为 两 套 ＧＭ４对 应 尖 峰 的幅 度 的差 值
４ 干 扰 机 理 分 析
在上 述统 计和 对 比 中 ， 以得到 以下 几点 认识 ： 同 台两套 仪器 同分 量 同事件 中 台阶干 扰 可 ①
形 态 的不一 致 ， 以及 部分 情况 温度 记 录 同步 出现 台阶说 明 ： 阶干扰并 非 区域地 磁场 的改 变 造 台
李 雪 华 等 ： 电 对 地 磁 相 对 记 录 干扰 机 理 探 究 雷
录 出现 台 阶干扰 ［ ２ ｃ ］ ④两套 记 录尖 峰干 扰一 一对 应 ， 部 分 幅度差 异 明显［ ２ ｄ ］ 图 （） ； 但 图 （）。
图 ２ 同 台 两套 Ｇ Ｍ４同一 雷 电 干 扰 曲 线
（ ） 幅差 异 台 阶干 扰 ；ｂ 大 幅差 异 台 阶 干扰 ；ｃ 仅 一 台 出 现 台 阶 干 扰 ；ｄ 尖 峰干 扰 对 比 曲线 ａ小 （） （） （）
线 明显不 一致 ， 发现存 在 以下 ４种情 况 （ ２ 以 Ｚ分 量为 例） ① 两套 记录均 出现 台阶 干扰 ， 图 ， ： 但 有 微小 幅度差 异 ［ ２ ａ ］ ② 两套记 录均 出现 台阶 干扰 ， 图 （） ； 幅度差 异悬殊 ［ ２ ｂ ］ ③仅 一套 记 图 （）；
第 ２期
场 的变 化 ； 雷 电感应 对 记 录电子 设备 的 冲击 ， 成 记 录数 据 变 化 。在 这 两种 观 点 下 ， 扰产 ② 造 干 生 的原 理截然 不 同 ， 于 数据预 处 理和 仪器 维护 工作 方式 具有 直接 影 响 。如 果属 于前 者 ， 对 则记
录数 据 为正 常磁 场变化 ， 不必进 行 校正 处理 ； 如果 属 于后 者 ， 进行 数据 校正 处理 的 同时 ， 要 在 还 防止 感应 雷 电对记 录仪 器 造成破 坏 。因此 ， 有必要 对 雷 电干扰 产生 的确 切原 理进 行透彻 分 析 ， 有利 于采 取 正确 的仪器 维 护和数 据 处理 方法 。
作 者 简 介 ： 雪 华 （９ ６ ） 女 ， ６年 参 加 地 震 台工 作 ， 要 从 事 地 震 观 测 及 电 磁 研 究 工 作 李 １ ６ 一 ， １８ ９ 主 基 金 项 目 ：十 五 ” 磁 观 测 运 行 维 护 及 数 据 分 析 处 理 实 践 （ Ｏ １ Ｏ “ 地 ２ｌｌ） 本 文 收 到 日期 ：Ｏ Ｏ —４ ２ ¨一８２
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ３ ３ ４ ． ０ ２ ０ ． １ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ — ２ ６ ２ １ ． ２ ０ １
雷 电 对 地 磁 相 对 记 录 干 扰 机 理 探 究
） 赵 银 刚 李 雪华Ｄ 陈 俊
’ 王 晨 。 汪 继 林 ’
造成 该 干扰 ； 台阶干扰 能影 响 ＧＭ４记 录 的所有 测 向分 量 ， 括 Ｄ、 Ｚ和 Ｔｃ要素 ； 台阶 ② 包 Ｈ、 ③
干 扰对 同仪器 不 同分 量 的影 响幅度不 等 ， 分量 影 响相对较 小 ， ｚ分 量影 响 幅度 基 本相 等 ， Ｄ Ｈ、 但 远大 于 Ｄ分量 的影 响 幅度 ； 台 阶干 扰 对 相 同仪 器 不 同分 量 出现 的 次数 不 同 ， ｃ出现 最 ④ 丁
表 １ 蒙 城 雷 电 干 扰统 计
Ｔａ ｌ Ｓ ａ ｉｔｃ ｆｉｇ ｈｉ ｇ ｉ ｔ ｒ ｅ ｅ ｅａ ｅ ｈ ｎｇ ｂｅ１ ｔ ｔｓ ｉｓｏ ｉｈｔ ｎ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｔＭ ｎｃ ｅ
２ 雷 电对 地磁 测 项 分 量 的影 响
在蒙 城地 震 台 Ｇ １ － Ｍ４ ２］ 各分 量受 雷 电干 扰 的统 计 （ ２ 中 ， 电对 地 磁 观测 的各 个 测 向 表 ） 雷
成 的 ； 同 台两 套仪 器 同分 量 同事件 尖峰 一一 对应 ， 分量 幅度 差在 ２倍 背景 噪声 范 围内 的尖 ② 各 峰时 间 同步 ， 且温 度无 影 响 ， 明该尖 峰 干扰 可 能是 雷 电致 磁场 瞬 间突 变造 成 的 ； 同 台两套 说 ③
６ ６
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地
震
地
磁
观
测
与
研
究
Ｍｅ ｇ ｈ ｎ ｅｓ ｃＳａｉｎ（ ０ ９ ２ ０Ｊ ｎ ｃ ｅ ｇＳ ｉｍｉ ｔｔ ｏ ２ ０ － ０１
注 ： 表 示 磁 偏 角 ， 表 示 磁 场 水平 分 量 ， Ｄ Ｈ ｚ表 示 磁 场 垂 直 分 量 ， ｃ表 示 记 录 温 度 Ｔ
从表 ２中 ， 以看 出 ： 可 ①尖 峰干 扰 只影 响 Ｄ、 Ｚ分 量 的记 录数据 ， 所 有 雷 电天 气 都 会 Ｈ、 且
Ｆｉ ２ Ｔ ｈ ｕｒ ｅ ｆｏ ｔ ｅ ｓｏ ｇ． ｅ ｃ ｖ ｒ ｍ ｗｏ ｓ ｔ ｆＧＭ ４ ａ ｈ ａ ｅ ｓｉｍ ｉ ｔ ｔｏ ｔｇｅｉ ｔ ｅ ｓ ｎｅ ｌｇ ｔ ｎ ｎｔｒｅ ｅ ｃ ｔｔ ｅ ｓ ｍ ｅｓ ｃ ｓａｉ ｎ ｓａ ｎ ｈ ａ ｌ ｉ ｈ ｎｉｇ ｉ ｅｆ ｒ ｎ ｅ
地 震 地 磁 观 测 与 研 究 第 ３ ３卷 第 ２ 期 ２１ ０ ２年 ４月
Ｓ Ｓ ０Ｌ０ＧＩ ＥＩ Ｍ ＣＡＬ ＡＮＤ ０Ｍ ＡＧＮＥＴＩ ＧＥ Ｃ Ｏ ＢＳＥＲＶ Ａ Ｔ１ Ｎ ０ ＡＮ Ｄ ＲＥＳ ＥＡ ＲＣＨ Ｖ０． ３ ＮＯ ２ １３ ． Ａｐ ． ｒ ２ ０１２
对 蒙 城地 震 台两套 ＧＭ４２ ０ 年 ６月 ６日记 录 的 雷 电干 扰尖 峰 的统 计 （ ３ 中 ， 以看 ０ ９ 表 ） 可 出 ， 套仪 器 记 录 的 Ｄ、 Ｚ半 数 或半 数 以上 的雷 电干 扰 尖 峰 幅度 差异 超 过仪 器 的 ２倍 背 景 两 Ｈ、
噪声 ， 同一个 干扰 源对 相邻 的两套 仪器 产生 不 同幅度 的尖 峰 干扰 。 即
宦 吉 洪
孙 鸿博 Ｄ 刘 红 飞
薛 志 明Ｄ 吴 坤 Ｄ
１ 中 国亳 州 ２ ３ ２ ） ３ ５ ７安 徽 省 蒙 城 地 震 台
２ 中 国潍 坊 ２ ２ ０ ） ６ １ ０山 东 省 安 丘 地 震 台
３ 中 国北 京 １ ０ ８ ） ０ ０ １中国 地 震 局 地 球 物 理 研 究 所 ４ 中 国武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ １湖 北 省 地 震 局 摘 要 地 磁 相 对 记 录 中 ， 电 干扰 在 全 国 范 围 普 遍 存 在 ， 干 扰 原 理 尚未 明 了 ， 雷 但 给仪 器 的 日常 维 护 和数 据 预 处理 带来 困 惑 。以 蒙 城 地 震 台 ２ ０ － ２ １ ０ ９ ０ ０年 两 套 ＧＭ４磁 通 门磁 力 仪 记 录 的 数 据 为 基 础 ， 对 该 类 干 扰 现 象 进 行 对 比分 析 ， 对 其 形 成 原 理 进行 探 索 。 针 并
表 ３ 蒙城地震 台 ２０ ０ ９年 ６月 ６日雷 电 尖 峰 干 扰 幅 度 统 计
Ｔａ ｅ ３ Ｔｈ ｔ ｔｓｉｓｏｆｐ ａ ｍ ｐｌｔ ｅ ｏ ｉｈｔ ｎｇ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｅ ｇ ｈｅ ｅｓ ｉ ｔ ｔｏ ｎ Ｊ ｂｌ ｅ ｓａ ｉｔｃ ｅ ｋ ａ ｉｕｄ ｆｌｇ ｎｉ ｎｔ ｒｅ ｅ ｅ ａｔＭ ｎ ｃ ｎｇ Ｓ ｉｍ ｃ Ｓ ａ ｉ ｎ ｉ ｕｎ． ２ ９ ６， ００
分量 的影 响存 在一定 差异 。
表 ２ 蒙城 地 震 台测 向分 量 雷 电干 扰 统 计 （０ ９ ２ １ ２ ０ － ０ ０年 ）
Ｔａ ｌ Ｔｈ ｔ ｔｓｉｓｏ ｉｈｔ ｉ ｓ ｕ ｂａ ｅ ｏ ｈｅｃ ｍ ｐｏ ｅ ｈｅ ＧＭ ４ ａ ｂｅ ２ ｅ Ｓ ａ ｉｔｃ ｆｌｇ ｎ ｎｇｄｉｔ ｒ ｎｃ ｎ ｔ ｏ ｎ ｎｔｏｆｔ ｔ
关键 词 雷 电 ； 磁 ； 扰 ； 应 雷 地 干 感
０ 引言
任 何观测 手 段都 不 可避免 的存 在 干扰 ， 随着 仪器 灵 敏度 和观测 精度 的提 高 ， 干扰 在数 据 中
表 现 的更 加 明显 ， 干扰 的判 断与 排 除尤显 重要 。地 磁 观测 中存在 不少 干扰 ， 高压 直流 输 电 对 如 干扰 、 车辆干 扰 、 基建 影 响 、 电干 扰 ， 雷 等等 。 目前 对 大部 分干扰 的处理 方式 和产 生 原理 有 了较 明确 的认 识 ， 只有 雷 电 干扰 的产 生 原理 尚未 形 成统一 认识 。主要存 在 两种 不 同观 点 ： 雷 电改变 台站 附近 区域 的 电流体 系 ， 成地 磁 ① 造
交 变 电磁 场 ， 能量 感应 于线路 并最终 作用 到 设备 上 （ 新 华 等 ， ０ ５ 。雷 电侵 入设 备 ， 成 其 李 ２０ ） 造
数 据误码 、 丢失 或直 接造成 设备 损坏 （ 周勇 军等 ，０ ０ 。 ２ ０ ） 地磁 记 录雷 电干 扰造成 的 台阶是 由于记 录 仪器 在 受到 强 大 的 瞬变 磁场 冲击 后 ， 器 部 分 仪 电子设 备受 损 ， 成记 录数 据偏移 或记 录基线 变化 ； 造 幅度 不 同步尖 峰应属 于仪 器受损 程度 稍 轻
６ ４
地
震
地
磁
观
测
与
研
究
地磁 记 录数 据 统 计 发 现 ， 电 干 扰 主 要 雷
表现 为 两种 形 式 （ １ ： 峰 和 台阶 。尖 峰 指 图 ）尖 雷 电干 扰 时数 据 曲线 中出现 的瞬 时脉 冲 （ １ 图 中 ＧＭ４ ２ 曲线 ） 台 阶 即指 雷 电 干扰 时 记 录 ［］ ； 数据 曲线 出 现 的 阶跃 形 态 ， 情 形 时 常 伴 有 该 数秒 缺 数 现象 （ １中 ＧＭ４ １ 曲线 ） 图 ［］ 。以 蒙 城地 震 台 ＧＭ４磁 通 门磁 力 仪 记 录数 据 为例 ，
进行 雷 电干扰 天 数统 计 （ １ ， 现 任何 雷 电 表 ）发
０ ０
干扰 都 有 尖 峰 出现 ， 部 分 雷 电干 扰 造 成 永 小
久性 阶跃 。
图 １ 雷 电 干扰 典 型 形 态 （０ ０年 ９ ６日） ２１ 月
Ｆ ｇ １ Ａ ｙ ｉａ ｏ ｍ ｆｌ ｈ ｎ ｎ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｉ． ｔ ｐ ｃ ｌｆ ｒ ｏ ｉ ｔ ｉｇ ｉ ｔ ｒｅ ｅ ｃ ｇ
仪器 同分量 同事 件尖 峰一一 对应 ， 半数 尖峰 幅度 差超 出 ２倍 背景 噪声 ， 明该 尖峰 干扰 可能 非 说
磁 场突变造 成 的 。
调研 发现 ， 大多 数地磁 台 只存在雷 电尖 峰干 扰 ， 出现 台 阶 ， 与蒙 城 地震 台 同样 出现 雷 未 且 击 台 阶干扰 的几 个 台站均 具有共 同特 征 ： 在记 录室附 近 ３ 左右 建 有避雷 设施 。结合 台阶干 ０ｍ 扰数 据特 征 ： 出现记 录 台阶前 ， 常伴有 数秒数 据 丢失 ； 器部 分部 件使用 寿命 明显缩 短 。 仪 该现象 与 雷击造 成 的危 害后 果吻 合 ， 雷击 发 生 在供 电线路 附近或 避 雷 针上 会 产 生强 大 的
ｌ 雷 电 干 扰 形 态
雷 电干 扰分 布广 泛 ， 理论上 只 要有 雷 电天 气 的地 方 ， 就会 存 在 雷 电干 扰 。通 过 对 ２ ０ ０ ７年 至 ２１ ０ ０年地 磁预 处理 日志的统 计 ， 发现 目前 全 国 １ ６个 “ ２ 十五 ” 磁 相 对记 录 台站 中有 ５ 地 ７个 台站 存在 雷 电干扰 造成 记 录缺数 或 台 阶现 象～一 雷 电干 扰 造成 的尖 峰 在处 理 后 ， 预处 理 日 无 志 记 录 。经 过人 工统 计 ， 尖峰 普遍 存在 一 西北 部分 无 雷雨天 气 区域 除外 。
少， Ｚ分 量 出现次数 最多 。
３ 同 台 同事件 形 态 对 比
雷 电不仅 对不 同分量 的影 响不 同 ， 不 同仪器 的影 响也 不 同 。蒙城 地 震 台在 同一 记 录室 对 内并 行运 行两 套 Ｇ ， Ｍ４ 安装 位 置相 隔 ３ｍ， 在部 分 雷 电干 扰 事件 中两套 仪 器 记 录 的数 据 曲 但