0 引言

地磁观测是一项重要的地球物理观测手段，地磁观测台网现已覆盖全国范围，并实现了观测数据的实时传输和汇集分析。然而，随着社会经济的飞速发展，重大基础设施工程范围的逐步扩大，地磁观测数据的影响因素逐年增多。如何寻找并快速地去除地磁观测数据干扰，是困扰台站一线观测人员的重、难点问题。对此，国内相关人员开展了一些针对性研究，如：张继红等（2005）针对地磁观测中的地电干扰进行实验研究，经测量和模拟，判断通电导线对周边磁场产生影响；郎孝龄等（2008）通过地磁核旋对比方式，对泾县地震台地磁观测数据干扰因素进行分析；刘秀娜等（2018）分析宁东高压直流输电对山东地磁台网的干扰，并做了数据预处理。此外，如冯武（2007）、毛华锋等（2013）、董海龙等（2016）从各自地磁台站出发，对地磁观测干扰因素开展了针对性判别。为更系统地分析地磁观测中的干扰因素和相应预处理方法，本文以地磁、地电同台观测的天津市徐庄子地震台为例，结合日常工作经验，探究地磁观测的影响因素，可为其他地磁台站在进行干扰判定、数据预处理时提供一定参考。

1 地磁观测概述

徐庄子地震台（下文简称徐庄子台）位于天津市南部小王庄镇徐庄子村，出露岩性为第四纪松散沉积层，地质构造上位于黄骅坳陷中部，台站东南方向距港东断裂约10 km，西北方向距沧东断裂拐点约12 km，位置分布见图 1。

地磁观测是徐庄子台重要的地球物理测项之一，可为首都圈震情分析提供基础数据。该地磁台磁房为半地下室筒状结构，建筑面积约6 m²，周边地势平坦、开阔，以农田为主，无大型工厂，电磁观测环境良好，观测系统外线均采用地埋方式，受天气变化影响较小。

徐庄子台相对地磁观测为“十五”建设项目，2008年正式入网观测。使用GM4磁通门磁力仪进行地磁相对观测，测量分项为地磁场水平分量H、垂直分量Z、磁偏角D，并观测温度T，通过基于TCP/IP协议的网络功能进行远程监控、数据汇集、远程Web网页方式访问等服务。每日观测数据在台站经预处理同步至天津市地震局台网中心数据库，与国家台网中心数据库同步，实现数据的交换与共享。

徐庄子台记录的地磁观测数据曲线日变形态清晰，观测数据连续、稳定、可靠，年动态变化规律明显。选取该台2018年7月1日GM4地磁观测数据，与相邻的静海地震台（国家级地震台）同期GM4、FHDZ-M15数据做对比，结果见图 2，可见2台地磁观测数据一致性较好。

2 典型干扰研判及预处理

影响徐庄子台地磁观测的干扰因素分为可控干扰和不可控干扰。可控干扰包括进出台站车辆等人为干扰，可远离磁房达到消除干扰的目的。本文重点阐述不可控干扰因素的研判、分析及预处理。结合台站周边观测环境、地磁观测数据形态，与临近的静海地震台地磁观测数据进行对比，初步排除和判定不同干扰因素，并借助国家地磁台网中心等参考平台，确定最终干扰因素，深入剖析徐庄子台所受干扰。

2.1 高压直流输电干扰

调查发现，高压直流输电线路对地磁观测的影响在线路两侧450 km范围内。随着高压直流输电线路增多，全国各地磁台站观测数据干扰日趋严重。因高压直流线路调试具有随机性（沈红会等，2005），且造成的干扰不可避免，需要准确有效地判别其干扰形态并采用合适手段予以消除或减少。为系统解决此类问题，陈俊等（2014）设计完成地磁台网高压直流输电判别处理系统，为地磁台站人员处理高压直流输电干扰提供参考标准。

自2011年3月24日徐庄子台第一次记录到高压直流输电干扰以来，台站周边450 km范围内共架设7条高压直流输电线路，严重影响台站地磁观测，统计结果见表 1。

与周边受影响的其他地磁台站观测数据进行对比分析，发现：高压直流输电对地磁观测Z分量影响最大，D分量次之，距线路较近的地磁台站H分量有轻微干扰；干扰形态多以台阶形式出现，且距线路越近，台阶幅度越大。此外，线路同侧台站，磁力仪记录的Z分量台阶干扰形态敞口方向一致，而异侧台站台阶则相反。以2018年12月25日“扎青线”高压直流输电线路干扰为例，在参考高压直流输电判别处理系统基础上，对地磁观测数据进行“去除台阶”预处理，结果见图 3。

2.2 地铁干扰

在城市轨道交通系统运行中，轨道作为整个供电回路的一部分，流入大地的漏电电流将会产生一定磁场，进而对周边台站造成一定干扰。徐庄子台距天津市区地铁运行线路最近约44 km（天津地铁5号线），在地铁运行时段（世界时21:30至次日15:30），地磁观测数据D、H、Z分量观测数据曲线变粗，其中H、Z分量变化明显，幅度约0.2 nT，见图 4。

2.3 车辆干扰

徐庄子台以东约100 m处乡间公路上经过的重型车辆以及春秋季节附近农作的农用机械，对台站地磁观测数据会造成一些影响。车辆干扰主要影响观测数据的D、H分量，干扰形态一般为突跳，且干扰时长与车辆移动速度有关，一般小于45 s。结合台站观测情况对车辆干扰进行研判，确定干扰因素以后，通过对观测数据进行去除台阶的预处理操作，使观测数据曲线达到平滑过渡状态。图 5给出典型车辆干扰对地磁观测数据的影响及预处理结果。

2.4 地电阻率供电干扰

徐庄子台是典型的地磁、地电同台观测台站，其中地电阻率观测输出整点数据，而地磁场观测输出秒数据。地电阻率观测每个整点供电一次，供电极产生的磁场会干扰GM4秒数据（闫计明等，2013；马永等，2017），进而使D、H、Z分量出现有规律的突跳尖峰。针对此干扰源明确、干扰形态有规律且时段固定的突跳尖峰变化特征，使用地磁数据处理软件中的“秒数据自动去除地电干扰”项进行数据预处理。图 6给出徐庄子台地电阻率对地磁观测数据的干扰形态以及预处理结果。

2.5 GPS整点授时干扰

GM4磁通门磁力仪需GPS授时对仪器时钟进行不断校正调整，在偶数整点时刻对地磁观测的秒数据可能造成干扰，表现为1—2 s的单个小尖峰，平均每天3—6次。因为此类干扰多出现在整点时刻前后，易识别，直接进行人工“剔除尖峰”预处理即可。图 7给出GPS整点授时对徐庄子台地磁观测数据的干扰及数据预处理结果。

2.6 雷电干扰

徐庄子台观测系统外线均采用地埋方式，可有效减小大风、雨雪等自然天气变化带来的影响，但依然无法避免雷电对电磁观测数据的干扰，特别是在每年夏季（6—8月），雷雨天气增多，在雷电爆发瞬间，产生剧烈变化的区域电场，进而改变地磁观测场地周围固有的磁场分布，对地磁观测数据产生明显干扰。雷电干扰多表现为不规律的尖峰形态，雷电强度越大、频率越高，干扰尖峰也越大、越密。此类尖峰干扰可结合当时天气情况进行研判，并采取数据预处理软件逐一剔除。图 8给出徐庄子台受雷电干扰后地磁观测数据变化形态及数据预处理结果。可见，在同一环境下，从受影响严重程度看，D分量最为明显，H分量次之，Z分量相对较小。

2.7 磁扰

磁扰是指，太阳辐射的粒子流及其在电离层形成的各种短暂电流体系，产生短时强大电磁场，叠加在基本电磁场和平静变化之上，引起地磁和地电场观测数据的异常变化，是影响地磁和地电观测的一项重要干扰因素。此类干扰的发生具有偶然性，每次持续时间长短不同，具有变化复杂、干扰范围广的特点，可通过对比周边不同台站观测数据变化是否一致来判断，或者应用地磁数据处理软件中的K指数分析功能进行辅助判别，K指数越大，磁扰现象越严重。一般称K≥5时的强大磁扰动为磁暴，根据其变化形态不同，分为急始磁暴和缓始磁暴。此类干扰形态不规则，D、H分量变化较为明显，在数据预处理时可保留这种自然变化的干扰形态。

3 结论及讨论

高质量的地磁观测数据不仅可用于识别地球物理场的异常变化，而且在支撑国民经济发展、监测空间天气等方面均可发挥积极作用。只有充分认识地磁观测中的各类干扰，正确进行数据预处理，才能使得观测数据的内在连续率和完整率得到保障，产出高质量数据。

本文以地磁、地电同台观测的徐庄子台为例，多方面系统剖析地磁观测数据中各类非地球物理场的干扰因素，充分对人为干扰（高压直流输电、地铁、车辆等）、仪器自身干扰（地电阻率供电、GPS整点授时等）以及自然干扰（雷电、磁扰等）等进行分析、总结，对每种干扰的形态（包括尖峰、台阶、扰动等）及相应预处理进行了详细阐述，重点对影响徐庄子台地磁观测数据的7条高压直流输电线路的鉴定方式、干扰幅度、干扰时段等进行了汇总，可为其他受类似干扰的台站提供参考依据，对产出真实、可靠的地球物理观测数据，提高观测数据质量，具有重要意义。