0 引言

观测环境干扰是近年来影响地球物理场观测的主要因素之一。地球物理电磁观测主要以地磁观测、地电阻率观测和地电场观测为主，受自然环境、场地环境影响相对严重。河北省作为早期开展电磁观测的单位之一，积累了丰富的观测数据，但观测数据中也夹杂着大量干扰信息，特别是环境干扰事件对电磁观测影响较大，需要正确识别并剔除干扰。因此，如何快速识别、剔除干扰事件，对地震科学研究与地震前兆观测具有重大意义。

数据跟踪分析是以前兆数据为基础，根据数据变化特征及所属类型，以事件为单位，分析记录各类事件并记入数据库保存。2015年，河北地震前兆台网完成该省地震前兆数字化观测资料(2008—2016年)事件提取工作，共提取各类观测事件记录4 000余条，形成河北省数据跟踪分析产品信息库。数据跟踪分析产品信息库是地震前兆数据产品开发的一种更高层次的产品，该信息库的建立，可以为一线观测人员及时分析与发掘地震前兆异常(包含干扰、地震信息等)提供平台，为预报、科学研究人员提供更高层次的服务产品，减少繁杂的基础数据处理(异常可回看原始数据)。随着数据跟踪分析产品信息库分析事件的不断补充、积累，信息量的不断增加，可采用大数据分析方法进一步研究地震台网事件特征，为科学研究及合理的台网规划提供数据分析结果(王秀英，2015)。

数据跟踪分析产品信息库是更加详细的一种集记录与分析相结合的地震前兆数据产品信息结果集，其对干扰的识别分析记录提高了地震前兆科研人员的研究效率，是更高一层的地球物理场应用研究基础数据，通过分类、分析干扰事件特征，归纳、总结干扰事件类型，提取每类典型事件的变化特征、列举典型事件实例，在数据跟踪分析信息库基础上形成1套完整电磁干扰事件类型识别实例，避免观测数据非正常变化时的盲目判断，减少错误类型。随着干扰事件分析条目的积累，基于数据跟踪分析产品信息库的研究产品将越来越丰富，为地震观测数据质量的提高间接提供技术支持。

本文以数据跟踪分析产品库中的环境干扰事件为研究对象，通过对各类环境变化信息与动态曲线变化特征的归纳、总结，对提取的河北电磁台网现有9类环境干扰事件进行分析总结，随着信息库分析事件的不断丰富、信息量的不断增长，地震前兆数据跟踪分析产品库势将成为一种趋于大数据分析的基础信息库(王秀英，2015)。

1 河北电磁台网概况

河北电磁台网是华北地区重要的地球物理场观测组成部分，历经模拟观测、“九五”数字化观测、“十五”网络信息化观测、河北省中部电磁台网改造、河北省“背景场”建设等项目改造，逐步发展成为一个电磁综合观测台网，现共有20个观测站，其中地磁观测站10个，地电观测站10个，主要观测地磁、地电阻率、地电场变化。

河北电磁台网台站分布相对均匀，最大台间距约207 km，最小台间距70 km，电磁观测站分布见图 1。台站主要位于地震构造带附近，包括燕山褶断带、华北平原沉降带和太行山隆起带，可以有效捕获地质构造变化产生的信号。

2 观测环境干扰类型

总结数据跟踪分析产品信息库中环境干扰事件信息，分析2008—2016年河北电磁台网观测环境变化特征，共提取9类1 067条环境干扰事件，包含：降雨、高压直流输电、风、农田灌溉、车辆、电磁扰动、基建施工、测区漏电、远场等干扰事件，通过解析干扰成因、变化特征及发掘典型干扰实例，客观反映电磁观测数据变化识别判断依据，为有效避免地震异常的错误判断提供参考，同时为地震科学研究、地球物理场科学研究提供真实有效的观测数据作技术保障。所提取的各类干扰事件相关信息同统计见表 1与图 2。

综合表 1与图 2可知：河北电磁台网环境干扰主要有降雨、高压直流输电、农田灌溉，占干扰比例的88.47%；测区漏电、车辆、基建施工、风扰，占9.84%；其余干扰合计不足2%。本文重点分析表 1中9项电磁环境干扰事件，并对干扰成因同类事件进行合并。

2.1 降雨干扰

降雨是自然现象之一，降雨干扰作为电磁观测环境干扰的主要类型，在河北电磁观测中占有较大比例，影响地电阻率、地电场观测。河北地电阻率、地电场观测装置均位于农田。降雨会改变地表电性结构，地电阻率观测对地供电时，地表导电性增强，原有电力线分布或走向发生改变，观测数值发生改变。地电场观测同样因观测环境电性结构改变，观测数值发生改变。降雨对地电阻率、地电场观测干扰的动态趋势不一致，具体分析如下。

(1) 地电阻率观测。电阻率观测数据因降雨呈缓慢下降趋势，随着降雨量减小，观测数据逐渐恢复至降雨前数据变化态势，其变化形态与电阻率预报指标(下降、转折、恢复)类似，特别是如连续数日降雨，长周期趋势分析将会产生疑议，因此数据跟踪分析图件标注是积累观测资料的一种有效方式。例如：2016年3月5日降雨造成昌黎后土桥地震台地电阻率观测曲线发生变化，变化曲线见图 3，可见降雨初期电阻率值减小，降雨停止，观测数据恢复。

(2) 地电场观测。降雨会造成地电场观测6个测道产生不同的变化趋势，表现为3种形态，分别是：① 上升后达高值，然后下降，逐渐恢复到降雨前变化范围；② 下降后达低值，后开始上升，逐渐恢复到降雨前变化范围；③ 数据出现类似于毛刺的连续动态变化，降雨结束后恢复原形态。例如：2016年6月8日昌黎后土桥地电场观测受降雨影响，观测曲线表现为同期下降，后逐步恢复，具体见图 4。

2.2 高压直流输电干扰

当高压直流输电输电线路进行调试或产生故障时，双直流线路中间将产生较大电流差，需要通过接地极进行补偿，此时双直流供电就类似于单极大地回线方式，在沿线上产生附加磁场、电场，对线路两边及接地极一定范围内的地磁观测、地电场观测产生影响(蒋延林等，2014)。

高压直流输电干扰对地磁相对观测的垂直分量及地电场的6个分量均有影响，同时对地磁水平分量、偏角分量产生影响，相对幅度较小。其影响态势表现为数据产生台阶变化，且幅度明显高于正常变化态势。河北电磁台网受高压直流输电干扰线路主要有宁东线、哈密线、宁东—青岛线、郑哈线。其中，宁东线、哈密线主要影响河北东北部电磁台站；宁东—青岛线、郑哈线主要影响河北南部电磁台站。高压直流输电干扰约占河北电磁台网干扰的14.81%，主要影响地磁、地电场观测，幅度从几nT到几十nT不等(沈红会，2005)。

(1) 地磁观测。高压直流输电干扰对地磁观测数据曲线的影响动态趋势主要表现为台阶，之后在正常观测数据基础上累加干扰感应值，至高压输电干扰停止，观测数据恢复正常。例如：由于高压直流输电干扰，红山地震台某日地磁观测垂直分量Z出现台阶变化，具体曲线变化态势见图 5。

(2) 地电场观测。高压直流输电干扰对地电场观测数据变化影响特征主要表现为：6测道观测曲线同时呈上升趋势变化(高于正常变化幅度)，变化幅度从几到几十mV/km不等，对正常观测背景产生影响。例如：2014年8月31日高压直流输电干扰影响大柏舍地电场观测，6测道观测数据曲线同时上升，干扰消除后，数据恢复正常，具体数据变化曲线见图 6。

2.3 农田灌溉

农田灌溉主要影响电阻率与地电场观测，影响机理与降雨相同，不同之处是：灌溉是从某一个点位开始非突然的、大范围的观测环境变化，影响范围相对较小，仅造成电极附近测道观测数据发生变化。对于电阻率观测而言，灌溉的影响变化趋势为下降、恢复，由于变化特征明显，且影响范围小，及时查看观测环境能够较快找到原因。例如：昌黎后土桥台冬小麦农田灌溉，造成电阻率NS向观测数据出现非正常变化，具体变化曲线见图 7。

2.4 测区漏电

测区漏电主要影响地电场观测。测区内或测区附近工厂或居民区使用大功率用电设备时接地漏电，地电场观测信号失真，观测数据出现阶跃性变化(王永安等，2015)，变化幅度根据漏电电位与距离的不同而不同，漏电设备停止工作后，观测数据恢复正常变化。例如：2016年4月7日昌黎后土桥台测区周围工厂漏电，影响地电场观测数据，变化特征见图 8。

2.5 铁磁性物质干扰

铁磁性物质自身属性对地磁场观测产生干扰，主要影响地磁相对观测的总场和垂直分量，表现形态为台阶，如干扰物在测区内停止，保持不动，观测数据曲线在地磁场的基础上叠加固定干扰值，其变化形态虽与正常磁场变化形态一致，但观测值已失真，待铁磁性物质移除后，曲线恢复干扰前态势，同时出现一个阶跃变化。

河北电磁台网主要有车辆及基建施工两种铁磁性物质干扰，例如：承德质子旋进式磁力仪2015年5月4日总场、垂直分量受车辆干扰产生台阶2次，分别为驶入测区与驶出测区，驶入产生台阶数值2.3 nT，驶出产生台阶数值1.1 nT，根据铁磁性物质产生扰动磁场与距离关系公式

$s{ = ^3}\sqrt {\frac{{M\kappa {B_0}}}{{{\rm{\pi }}d\left( {1 + \kappa N} \right)\Delta B}}} $

(1)

车辆驶入地磁观测数据产生2.3 nT变量计算，可得车辆停靠至距观测线圈约997 m的位置，查看数据跟踪分析事件信息库，记录车辆位于观测线圈磁房1 048 m处，数据相差51 m，依据式(1) 可计算车辆避让保护距离。

基建施工可根据使用钢材粗略计算保护范围，可适当扩大该范围，具体干扰曲线变化见图 9。

2.6 风扰

风扰是电磁观测的主要影响因素之一，主要影响地电阻率观测。所谓风扰，是由于地电阻率观测外线路架空在测区，大风导致导线在水平方向上或在垂直方向上运动切割磁力线所产生的感应电动势，在闭合回路里产生感应电流迭加在供电电流之上，对观测造成干扰，架空线路越长、线路愈松，导线在风中的摆动幅度愈大，此时观测数据变化越不稳定，特别是地电阻率观测采用外线路架空时，风扰造成观测数据离散较大，即观测曲线变化态势无固定规律。如：2010年3月20日风扰造成大柏舍台地电阻率数据突跳，NS测向变化幅度为1.700 0 Ω·m，EW测向变化幅度为1.190 0 Ω·m，数据变化曲线见图 10。

2.7 远场干扰或电磁扰动

远场干扰与电磁扰动主要影响地电场观测，2种变化造成地电场观测数据6个测道数据同时出现相同趋势变化，或同时上升、同时下降、台阶等，主要原因是，干扰源与测区有一定距离，测区相对干扰源是一个点，因此可同时影响6个测道。远场干扰与电磁扰动对地电场观测的影响相对容易判断，可以通过观测系统工作状态与自然环境联合排除法判断(如出现该类干扰，检查观测系统工作正常，观测区内无降雨，基本可以断定为远场干扰)或查看相邻地磁观测台站的地磁场磁暴现象进行干扰识别。例如：2014年10月14日昌黎后土桥台地电场观测各测道数据受电磁扰动干扰，电磁扰动记录明显，观测曲线变化见图 11。

3 讨论

干扰因素的识别、剔除，利于获取真实、有效的地球物理场观测数据，用于地震科学研究与预测预报，根据地震观测技术发展，部分干扰可以通过技术途径有效避除。本文通过数据跟踪分析信息库观测环境干扰事件记录信息，对河北电磁台网干扰因素进行分析，提取并归纳各类干扰变化特征，列举典型事例，为更好地分析观测数据提供参考依据。河北电磁台网共有9种环境干扰因素，各站点或多或少受环境干扰，其中自然环境干扰主要是降雨、风扰、电磁扰动、远场干扰，场地环境干扰主要包括高压输电干扰、农田灌溉、车辆、基建施工、测区漏电。降雨是河北电磁台网环境干扰的主要干扰源，需及时做好日志记录，较易识别。对于无人值守台站，需加装气象三要素辅助测项，利于观测数据异常识别。对于农田灌溉、风扰2种干扰源，通过深埋电极、外线路地埋方式可以有效避免或降低干扰幅度。对于车辆、基建施工干扰，通过井下(深井)磁通门观测技术可以有效解决。

通过地震前兆数据跟踪分析信息库的应用，发现信息库结构需进行调整，需要发掘更多的研究与应用，方便应用人员高效使用。信息库需增加干扰类型分类、事件跟踪标记、典型事件标记等。其中，干扰类型需要对每一个事件单独分析，而并非目前使用的周分析；事件跟踪标记是对某一类事件发生后不断跟踪的标注，目前信息库无此条目，容易漏跟踪。