2017, Vol. 38
2. 中国河北 056400 涉县地震台;
3. 中国石家庄 050021 河北省地震局;
4. 中国河北 071000 保定地震中心台
2. Shexian Seismic Station, Hebei Province 056400, China;
3. Heibei Earthquake Agency, Shijiazhuang 050021, China;
4. Baoding Central Seismic Station, Hebei Province 071000, China
地磁台的主要任务是获得准确可靠、连续完整的地磁资料，地磁环境的好坏决定着地磁资料的质量（李德前等，2015），根据《地震台站观测环境技术要求》及《地震台站建设规范：地磁台站》的要求（中国地震局，2004），地磁台观测场地应避开分布范围小于1 000 km2的磁异常区，观测场地100 m×100 m范围内磁场总强度F的水平梯度ΔFh ≤ 1 nT/m。高质量、专业性、技术性强的地磁环境是理想地磁台站的首选条件（李勇等，2011）。中国地磁台站的主要干扰源有轻轨、地铁、高压直流线路及其他磁性物质干扰（孙枋支等，1984）。本文从涉县地磁台地质环境、场地条件、观测环境、场地背景噪声等展开讨论（周锦屏等，1994）。
1 地质环境 1.1 地质构造涉县地磁台（以下简称涉县台）位于位于晋、冀、豫3省交界处，海拔高度500 m，地处涉县盆地南部边缘，台址西南不远处山坡上，出露中奥陶系马家沟灰岩，产状中缓，无较大断层通过。从较大区域地质构造背景看，地质构造相对复杂，处于太行山断裂东侧。
1.2 地理环境涉县台东南方向1 km为县级公路，2 km为青红高速公路，东北方向0.8 km为村庄，2 km为涉县县城。涉县台周边0.5 km处为11 kV高压线，2.5 km处有矿山，2.5 km处为电气化铁路，10 km处为发电厂，15 km处有大型企业。根据《地震台站观测环境技术要求：电磁观测》，普通铁路轨道与地磁观测点观测仪器的距离应不小于0.8 km，高压线路不小于0.3 km，三级以下公路不小于0.3 km，三级及以上公路不小于0.8 km，可知以上可能干扰源理论上不会对涉县台电磁观测产生影响。
台站西侧为山脉，东南侧紧依深沟，该深沟宽约500 m，深约20 m，台站正门前为宽约3 m乡道，所经车辆多为农用车，人流稀少。从长远考虑，地磁场地环境不太可能产生较大工业干扰。
1.3 地层岩性特征地磁房西北侧约100 m处为钻孔体应变观测孔，孔深120 m，台站保留完整的土样及岩石样，钻孔地质资料可以做为上部土层及深层岩石的原位测试材料，经测试，该土样及岩石样磁性较弱。该地层上部32 m为粉质粘土，偶含姜石，32—35 m处为灰岩，较为破碎，35—46 m处为完整灰岩。各地层分布及主要特征见表 1。
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表 1 涉县台钻孔地层岩性分布 Tab.1 Stratigraphic lithologic distribution at Shexian Seismic Station |
根据最新测点区域航空磁力仪测量结果，给出涉县地区航空磁力异常ΔT平面图，见图 1（图中红色原点代表台址），可见涉县台地磁观测场地避开了分布范围小于1 000 km2的磁异常区，台站周围未发现重大异常体，磁场变化0—150 nT，该处ΔT异常曲线形态无剧烈起伏、尖峰状或锯齿型转折等现象，较平缓，ΔT数值不大，平面等值线数值低，平缓稀疏。
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图 1 涉县地区航空磁力 Fig.1 Aeromagnetic map in Shexian area |
为了解涉县台周围地区磁场分布，测量台站外围约30 km地区的地磁总强度。测量方法为：以观测场地为中心，按照东西和南北方向长30 km的2条十字型测线布设，根据该地形地貌及交通情况，东西向测量点间距约2.5 km，南北向测量点间距约2 km。由于地形因素，涉县台很多测点位于山沟或山头，线路不能完全按照地磁正南正北极布设，在测量满足观测条件前提下，将南北测线以逆时针方向旋转约15°，东西方向逆时针方向转动约10°，测线布设见图 2，中心附近设立记录总场强的日变站。
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图 2 30 km跨度测线布设 Fig.2 Line layout of 30 km skip distance |
采用G856磁力仪（2套）、GM4流动磁通门磁力仪（2套），对涉县区域场地电磁环境进行测试。观测数据经差分处理，以观测线长度为横坐标（数字为测点号），以S7、W5为原点，差值ΔF为纵坐标，绘制2条ΔF分布曲线，见图 3。
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图 3 各测点ΔF分布 (a)NS向测线；(b)EW向测线 Fig.3 The ΔF distribution of measuring points |
图 3中ΔF为测量点地磁总强度值扣除日变后的结果。从图 3可见，南端测量范围从-80 nT上升到-5 nT (S7—S1)，北端测量范围从-5 nT上升到140 nT(N1—N8)，总体为上升趋势。NS向测量点ΔF偏离拟合直线的值均在50 nT以内，西端测量范围从85 nT下降到1 nT(W5—O)，东端从-66 nT上升到80 nT(E1—E7)，测量总趋势接近抛物线；EW向基本沿高速公路和国道测量，中间跨越天津铁厂，导致东向数据跳动较大，测量点ΔF偏离拟合直线的值均在50 nT以内。
2.3 观测场地电磁环境测试为探测涉县台观测区地磁场分布，需要测量观测区内地磁场变化。具体措施为：在场地西南角附近选择10 m范围的水平梯度不大于1 nT/m的点，架设一台G856磁力仪作为日变站，并在前30 min投入观测，采样间隔为1 s，观测值记为Ft。
在200 m×100 m面积内，以10 m为间隔，设置11行21列测线组成方格网络，共计231个测点，每个测点埋设好木桩，以行列编号作标记，由第11行第21列测点从北向南，从西向东逐行逐列进行测量，采用世界时整分读取，观测值记作Fi。将测量结果利用差值ΔFij绘制等值线，见图 4，并分析等值线变化。
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图 4 测区200 m×100 m范围内ΔF等值线 Fig.4 The contour of ΔF in the area of 200 m×100 m |
从图 4可以分析得出，在200 m×100 m面积范围内，磁场梯度变化约在±1 nT/m内。因测量区域内地势存在较大高差，磁场水平梯度在±1 nT/m内，反映了正常的磁场梯度变化。由图 4可知，由于所选场地西边有一个废弃的钢铁结构建造的养猪场房子，钢铁结构为铁磁性物质，故数据在此处受到影响；南部区域内部分磁场变化幅度达约4 nT/m，是因为此地存在多处电线杆，线路电压及电线杆上的铁磁性物质影响了周边区域内ΔF的等值线形态。
3 场地环境背景噪声测试为详细了解涉县台观测区域电磁环境实时变化，对环境进行背景场噪声测试，测试通过GM4磁通门磁力仪记录至少2 h数据来完成。架设的GM4工作时间共26 h，记录Z、D和H三通道数据，并利用其中平稳时段的2 h数据，计算测点处Z、D、H分量噪声水平。由于GM4工作时间较长，考虑到野外记录需防水、防晒及防盗，采用探头和主机埋地、启动后撤掉GPS天线的方案。探头底部放置无磁性大理石方墩（规格为：40 cm×40 cm×10 cm），墩子底部用白水泥坐实，上部放置塑料桶防水，将电瓶、GM4主机放置在整理箱内埋地。
依据地磁场变化，对选取的数据段计算测试点背景噪声。从2 h数据中随机选取10段连续的10 s数据，计算其峰峰值和均方根（RMS），并计算10次峰峰值和RMS的平均值，即为此时测试点的峰峰值和RMS背景噪声，结果见表 2。
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表 2 H、Z、D分量噪声计算 Tab.2 H component, Z component and D component noise calculation |
由表 2—表4可见，三分量环境RMS均方根背景噪声（表中均方根值）变化均在±0.1 nT范围内，说明涉县地磁台背景噪声水平较低，观测环境较好。
4 4结论地磁观测要求有纯净良好的电磁环境，因此保持满足地磁观测仪器工作需求的观测环境是必要的。涉县台周围电磁干扰源对其影响可能较小，台站避开了局部磁异常区，位于土层较厚、以灰岩为基底的地区，且地理位置优越，从长远考虑，能够保持长期连续有效的地磁观测工作。
台站区域地磁场分布与变化特征经测试，其测量点ΔF偏离拟合直线的值均在50 nT以内，在200 m×100 m范围内地磁要素分布均匀，背景噪声 < 0.1 nT，电磁观测环境较好，说明涉县地磁台观测环境能够满足地磁观测、地震预报及其他科研工作。
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