0 引言

当前，全国地震台站面临着地磁观测干扰的严峻考验，诸多地震工作者做了大量统计研究，表明影响地磁观测的主要干扰是人为干扰，其次是基建工程、车辆行驶、高压直流输电、交直流切换、地电阻率观测、地铁轻轨等干扰（陈俊等，2010）。此外，仪器校准、电器设备运行、气候变化、雷雨天气、采石爆破等均会对地磁观测数据造成干扰（杨安东等，2012；赵永志等，2013；毛华锋等，2013）。干扰数据曲线形态主要表现为记录曲线的单点突跳、频繁的单点或多点突跳、一定时段内数据抬起或下降形成台阶、连续尖脉冲信号及密集毛刺尖峰等（杨安东等，2012；毛华锋等，2013）。为给地震科学研究提供科学、详实的基础数据，更好地利用地磁观测资料，文中以石柱地震台地磁观测数据为例，分析该台近2年来出现的各种干扰因素，并提供典型干扰图例，总结干扰特征，以便提高地震台站人员识别各种干扰的能力和数据预处理水平。

1 石柱台地磁观测概况

石柱地震台（原为石柱黄水台，下文简称石柱台）为三峡库区重庆段综合地震监测台站，位于方斗山断裂和七曜山—金佛山断裂2条活动断裂之间，石柱断层北端，台站地质构造分布见图 1。

石柱台台基岩性为泥岩夹砂岩，所在岩层属侏罗系中统沙溪庙组。该台地磁相对观测于2009年1月投入运行，采用GM4磁通门磁力仪进行观测，探头置于出露岩石上，初期数据产出稳定可靠，干扰较少。

近年来随着城镇经济建设的不断发展，石柱台周边人为活动加剧，建筑施工增多，地磁观测所受干扰日益增多，2016年以来明显受到环境干扰。据调查，2016年3月，该台东侧一处工地施工，见图 2中施工点A，塔吊作业、货车行驶等造成地磁观测数据干扰；2017年4月，台站环境改造工程开工，材料搬运、观测房施工、供电线路改造等造成地磁观测数据干扰；2017年12月，该台以北一工地开工，见图 2中施工点B。多种干扰叠加，对地磁观测数据质量产生较大影响。

2 干扰时段分析

地球表面一个局部小区域内若干点的地磁场变化主要受同源影响并且具有相似性，两地记录的地磁场同一要素的变化，应具有较稳定的空间相关性（朱兆才，1989）。为此，选取仙女山地震台（下文简称仙女山台）作为参考台站，以确定干扰时段内石柱台地磁观测数据主要受台站环境改造及周边建筑施工影响。仙女山台距石柱台100余千米，且纬度基本一致，可看成地球表面局部小区域内2个测点。该台现正常运行2套GM4磁通门磁力仪（设为仙女山台1、仙女山台2），与石柱台共3套仪器观测数据H分量日均值变化曲线进行对比，并按月计算其日均值相关系数，结果见图 3，图中石柱台与仙女山台1日均值相关系数为R₁，石柱台与仙女山台2为R₂，仙女山台1与仙女山台2为R₃。

由图 3(a)可见：①3套观测仪器H分量日均值变化曲线均具有稳定的空间相似性；②与仙女山台2套仪器观测数据相比，石柱台H分量日均值变化较大，连续性、稳定性较差，且2016年7月、2017年4月、2017年11月日均值曲线均有大幅变化，其中2017年11月11日—20日更换地磁探头造成缺数，未计算日均值，其余2个时段因台站内外施工活动，造成数据干扰变化。

由图 3(b)可见：①仙女山台2套仪器月相关系数R₃，除2016年7、8月，均维持在0.9以上，说明仙女山台观测环境稳定，干扰较少；②R₁、R₂变化基本一致，数值低于R₃时段对应石柱台地磁观测受环境干扰时间。分析结果如下。

（1）施工点A。由图 3(b)可知，自2016年3月，R₁、R₂同时低于R₃，7月达当年最低值0.5，9月3组相关系数基本恢复一致。查看日志记录，发现2016年3—8月施工点A进行施工作业，如塔吊作业、货车装卸材料、钢筋混凝土浇筑、搅拌切割设备使用等，石柱台地磁观测受到影响。

（2）台站改造。2017年3月，相关系数R₁和R₂同时低于R₃，4月达历史最低值0.3，5—7月持续低于R₃，8月基本恢复一致。据调研，2017年3—7月开展台站观测环境优化改造施工，期间运输车辆进出、大型机械作业、近距离施工、脚手架安装等，造成地磁观测数据干扰。

（3）交流漏电。2017年9月，相关系数R₁和R₂再次低于R₃，10月仅0.5，此时台站观测环境优化改造工作基本完成，9月下旬只进行供电线路改造，排查发现，数据干扰由交流漏电引起。

（4）施工点B。2017年11月中旬更换仪器，造成数据缺失，但12月R₁和R₂仍低于R₃，调查发现，石柱台以北施工点B开工，建筑材料运输、施工设备调试、塔吊运转等造成观测数据干扰。

3 主要干扰及特点

地磁数据干扰源可分为：①铁磁性物质。在距观测点一定范围内，如：各类车辆运行、铁磁物体移动、近距离人为活动等，引起观测区磁场发生变化；②电磁活动。不规范用电活动，如高压直流输电、交直流漏电、大功率仪器设备运行等（冯武等，2008；鲁权等2013；李莎等，2016）引起观测区内磁场一段时间内发生变化。2类干扰形态、识别方法、处理方式有较大区别，具体分析如下。

3.1 铁磁性物质干扰 3.1.1 车辆干扰。

载货车、挖掘机等近距离行驶、停靠作业，造成地磁观测数据曲线出现尖峰、毛刺、台阶等形态干扰，幅度大小不一。如图 4所示：2016年9月16日石柱台观测点西北40 m处，大型车辆运输倾倒建筑垃圾，推土机进行铺路作业，造成地磁数据3个分量出现连续不规则尖峰毛刺变化；2017年7月19日石柱台观测点北东60 m处，大型货车进入台站倾卸水泥，造成地磁观测数据出现密集尖峰突跳干扰。

车辆干扰在Z、H、D分量记录曲线上同时出现、同时消失，一般Z分量干扰最为明显。干扰形态混乱，连续多点尖峰、不规则台阶、脉冲交替出现。在数据处理时一般作为错误数据予以删除，零星单点突跳可作尖峰剔除处理。

3.1.2 观测点附近施工干扰。

2017年4—9月石柱台观测室外场地硬化、房顶修缮、排水沟修缮、围墙加高等施工，均在地磁观测点附近，对地磁观测记录造成不同程度干扰。如图 5所示，2017年5月12日观测点附近围墙抹灰，9月5日同一地点加高围墙，造成地磁观测记录曲线出现明显干扰，表现为各分量干扰记录时间基本一致，形态基本相似，同时出现连续多点突跳、成片错误数据和大幅台阶变化（施工过程接触信号传输线）。

此类干扰形态多样、复杂，秒数据记录只能作缺数处理，分钟值记录可参考相邻台站数据曲线进行尖峰去除、台阶改正或删除处理。

石柱台改造施工期间存在一种较为隐蔽的干扰，在地磁观测原始数据曲线上不明显，干扰局部放大后呈规律脉冲形态。如图 6所示，Z分量规律出现尖峰毛刺和小幅台阶，干扰形态向下；H分量呈不规则连续多点突跳；D分量表现为小幅向下台阶。调查发现，铁磁性手拉车运送建筑材料所经路线在地磁观测点附近10 m以内，对地磁观测造成影响，记录曲线出现干扰，因干扰幅度较小，需局部放大才清晰可见干扰形态。

3.1.3 塔吊施工干扰。

图 1所示施工点A（观测点东北150 m处）、施工点B（观测点以北170 m处）使用塔吊进行施工，石柱台地磁观测数据同期出现明显干扰，干扰时段与施工时间吻合，集中在世界时00:00—10:00，其中04:00—05:00干扰停止，对应北京时间12:00—13:00，为中午停工休息时间。2处塔吊施工造成的干扰形态不尽相同，施工点A主要造成脉冲形态干扰，干扰幅度0.2—0.3 nT，Z分量干扰稍显著，其他分向不明显，见图 7(a)；施工点B主要造成锯齿状台阶型干扰，幅度较大，各分量均有干扰，其中Z分量向上(幅度0.5—0.7 nT)，H分量向下（幅度1.0—1.5 nT），D分量向下（幅度1′），见图 7(b)。

对于以上2种干扰，可进行以下数据预处理：①小幅脉冲形态干扰，秒数据记录可作缺数处理，分钟值记录一般只有小幅台阶变化，可通过台阶改正和尖峰处理加以改正；②台阶干扰较密集，幅度一致，秒数据记录可进行台阶改正，分钟值记录可经相邻台站相对差值检测，寻找记录变化明显的时间点，再进行预处理。

3.2 电磁活动干扰 3.2.1 高压直流干扰。

由于输电线路上存在不平衡电流，有时达数千安培，在高压直流输电线路沿线数百千米，甚至上千千米范围内产生一个较大附加磁场，对此范围内地磁观测造成较大干扰（蒋延林等，2014）。石柱台受多条高压直流输电影响，记录曲线出现台阶变化，有2种形态：①封闭式起伏和下降形成台阶，上升、下降幅度相等，干扰成对出现，见图 8(a)中2016年3月10日向上线高压直流输电干扰；②短时间内起伏向上后逐步向下的多个台阶组合，多次上升、下降的幅度和相等，见图 8(b)中2016年4月30日锦苏线高压直流输电干扰。高压直流干扰台阶变化明显，一般去缓变后进行台阶改正处理。

3.2.2 交流漏电干扰。

石柱台环境改造施工期间改造供电线路，零线与地线混接，造成观测区附近有电流通过，漏电电流引起Z分量记录曲线出现密集台阶变化，类似于交直流切换干扰形态，全天记录曲线上均匀分布，每间隔约20 min出现一组台阶变化，持续3 min左右，幅度大小基本在0.5—0.7 nT。由于干扰密集，秒数据记录不作过多处理，只对分钟值记录进行台阶改正处理。

4 应对措施及方法

针对上文所示2种地磁干扰源，可采取以下措施，防止对地磁观测产生影响。

（1）铁磁性物质。此类干扰在距观测区一定范围内产生，地震台站应增加警示标志，划定地磁观测区范围，尽量避免各类车辆、携带铁磁性物体的人员靠近。对于台站内部施工干扰，应在施工方案中提出应对措施，提前摸清观测场地线路走向，避免施工过程中直接接触观测点设施，施工点尽可能远离观测区，在观测区内施工时尽量使用无磁性工具。针对于外部施工干扰，地震台站应提前进行评估，将观测规范相关要求尽早告知施工单位，必要时形成干扰报告交相关执法部门进行处理。

（2）电磁性活动。此类干扰因观测区一定范围内不规则电流产生，其中高压直流输电干扰影响台站较多，出现频率较高，干扰幅度不定，持续时间长，影响范围将随着社会经济的发展而扩大，有可能成为地磁观测中的主要干扰源，在数据预处理时需仔细分辨处理；交直流切换、交流漏电等干扰一般由台站自身供电造成，可在一定程度上消除或减少，工作人员应认真分析干扰形态，通过与相邻台站或同台其他观测手段数据曲线进行对比，采取通断交流供电、搬离疑似干扰设备、拆除接地线等方式逐一排查。此外，稳定的供电设备、合理的供电线路布局是避免产生电磁性干扰的有效途径。

5 结论与探讨

2016年以来石柱台地磁观测数据受到干扰，与相邻的仙女山台地磁H分量日均值数据进行相关性分析，认为石柱台观测曲线中相关系数偏低时段与该台同期所受环境干扰对应。

统计发现，2016年以来石柱台地磁数据干扰源为铁磁性物质和电磁性活动。其中铁磁性物质在距观测点一定范围内活动引起磁场变化造成干扰，干扰曲线形态多样，干扰幅度与铁磁性物体的大小和距离密切相关；不规范电磁活动引起测区内瞬时磁场变化造成干扰，干扰曲线表现为不同幅度的台阶变化，影响幅度与电流大小及观测区距离远近密切相关。

施工点A、B的塔吊在工作过程中产生的地磁干扰曲线有明显差别，距地磁观测点较近的施工点A所产生干扰幅度反而较小，具体原因尚需定量分析。

交流漏电干扰与高压直流、交直流切换等干扰形态类似，但台站供电线路改造过程中致地磁观测曲线出现密集台阶形态干扰，需深刻反思，以避免此类事件再次发生。