地磁观测数据重构技术研究

基于地磁相对记录数据在1 000 km范围内有较高的相关性,本文以缺失数据台站的邻近台站作为参考台站,通过关系拟合及加权对缺失数据进行了重构.数据仿真结果表明:重构数据与原始数据的变化形态极为一致,磁静日平均重构残差仅为0.11 nT,磁扰日平均重构残差为0.23 nT;重构数据与原始数据的功率谱密度变化特征基本相同,相关性高达1.0.此外,从时域和频域上验证了空间加权法在地磁相对记录数据重构上的有效性,将其应用于实际缺失数据重构中也取得了较好的效果.      

基于神经网络的地磁观测数据重构研究

在距离数据缺失台站一定范围内选取参考台作为输入,构建非线性BP神经网络并进行地磁观测数据重构研究.数据仿真结果显示,重构数据和原始记录数据吻合程度较高,重构残差较小,磁静日重构平均残差仅为0.11 nT,磁扰日平均重构残差为0.23 nT.重点对磁场活动最剧烈时段内的数据进行了短时重构,平均残差由0.4 nT降低到0.2 nT,重构效果得到较大改进.计算了原始数据与重构数据的功率谱密度,除部分高频信号外,二者变化特征基本相同,相关性高达1.0.从时域和频域验证了BP神经网络在地磁相对记录数据重构上的有效性,并将其运用于实际缺失数据重构,取得较好效果.     

基于虚拟日变台进行地磁矢量数据日变通化方法

流动地震地磁矢量观测是一种获取地震前兆异常的方法,试验研究和观测实例表明,地震孕育引起的地磁场异常变化量级较小,因此在观测、数据处理过程中都要尽可能消除误差提高精度.本文主要从地磁矢量数据日变通化精度方面开展讨论,首先使用反距离加权插值法由泰安、武汉、崇明、杭州4个地磁台观测资料计算出蒙城地磁台相应的虚拟地磁数据,其磁偏角、水平分量、垂直分量三个要素与真实观测值的相关系数分别高达0.9987、0.9946和0.9806,验证了反距离加权插值方法对地磁观测数据空间插值的有效性.其次,选择东部和西部测区分别使用反距离加权插值方法建立各地磁矢量测点位置的虚拟日变台并用其进行通化,实例计算结果表明,该方法可有效提高日变通化精度,对于地磁台站稀疏地区更具实际应用价值.     

南海西南次海盆深海地磁观测潜标的数据分析

地磁场磁力线切割海水和电磁感应两种方式的共同作用影响着海水介质中变化地磁场的时空特征.虽然近些年的野外实践、数值模拟和理论研究都表明,海面和深海海底的变化磁场存在差异,但极少有实测数据揭示在海水介质不同深度位置地磁场的时空特征.本文主要介绍在南海西南次海盆4366 m深度处布放和回收了一个4000 m长深海地磁观测潜标的科学实验;重点分析垂直方向不同水深位置上地磁场观测记录中总强度的变化幅度及相位的时空特征.并通过建立地磁场太阳静日变化模型,将观测结果与南海周缘的三个地磁台站观测记录进行对比分析.研究结果表明,地磁场总强度在深海水体的不同深度存在着显著差别.在地磁扰动较小或平静期间,深海潜标处的日变形态与同纬度邻近台站的观测结果较为一致;而在地磁扰动期间,由于所处位置处地下电性介质的差异会对感应磁场产生不同的影响,观测到的总强度在幅度和相位变化中也出现相应的不同.本文的分析结果不仅为海水介质不同深度地磁场时空特征的研究提供了科学实验依据,也为海洋磁测中地磁日变观测站的布设提供建议.     

南京地磁台地铁干扰特征分析与抑制处理

地铁运行时产生的漏电流而形成的附加磁场会对附近的地磁观测造成严重干扰。通过对地铁供电系统的模拟分析得出了地铁干扰的一些基本特征。选取了2008年5月1日到30日南京地磁台受地铁干扰的日变数据和泉州参考地磁台日变数据,利用Welch功率谱估计法进行功率谱对比分析,发现地铁干扰主要对地磁场的Z分量、D分量的功率谱的高频部分造成影响,并且影响的频带范围几乎一致,主要集中在0．004-0．03Hz范围,而对H分量的影响比较微弱。在此基础上,通过小波变换对受干扰数据的Z分量和D分量进行干扰抑制处理,处理结果表明该方法能够有效抑制地铁造成的地磁场干扰。因此本文研究也提供了地磁台站干扰抑制的一种方法。     

广东阳江深井地磁观测系统研究与数据分析

通过对阳江深井地磁观测系统所测到的地球磁场总场强度值数据与附近地面的流动地磁观测台、广东肇庆地磁基准台以及其它地磁台站的进行对比分析,结果表明:阳江深井地磁观测系统的地磁场总场强度记录数据与附近地面观测的相近。深井地磁观测技术和方法有效地过滤了附近的表面高频电磁干扰,并在一定程度上对远处的中国南方电网的"糯广线"的高压直流干扰也起到了压制作用。在磁扰弱时,深处地下200m的地磁观测受围岩的感应地磁场影响不大;但当磁扰剧烈时,会受一定程度的感应地磁场影响。广东阳江深井地磁观测技术和方法的实践为深井地磁观测技术发展做了有益的尝试。     

北京地磁场环境干扰分析

随着北京城市建设的发展,北京国家地球观象台地磁观测环境所受干扰日益严重。利用1985-2016年北京和红山地磁场总强度和垂直分量年均值,对比分析北京地磁场长期环境干扰变化,并选用2个台站GM4磁力仪记录的磁静日秒数据,分析北京地磁场日变化干扰振幅谱和功率谱。     

九寨沟MS7.0地震前地磁异常

分析距离九寨沟M_S7.0地震震中分别为65 km、254 km和238 km的松潘地磁台、成都地磁台和天水地磁台2017年连续观测结果,发现九寨沟地震前,松潘地磁台出现异常变化,主要表现为2017年5月开始,松潘地磁台长时间垂直分量累积变化量达40 nT。短时间内也存在地磁场突变,最高可达10 nT,而成都地磁台和天水地磁台地磁场无明显异常。通过对观测数据的详细检查发现松潘地磁台很多观测日的最后一个观测值与后一观测日的第一个观测值相差超过1 nT,因此认为九寨沟地震前观测数据的异常是由观测系统异常导致。对三个台站地磁场垂直分量日变化的统计分析发现垂直分量在不同时段相关性保持一致,说明地震前短时间内不存在地磁垂直分量的明显异常变化,三个台站地磁场日变化的差异是由地下介质性质不同导致。岩石圈磁场在震中西侧区域出现正负异常交替现象,这可能与九寨沟地震的孕育有关。     

地磁台站的城市轨道交通干扰的小波抑制方法研究——以天津轨道交通干扰为例

我国地磁台站观测环境日益受到轨道交通干扰影响,导致地磁观测数据质量下降,制约地磁观测发展.因此,开展干扰抑制的数据处理方法研究,最大限度抑制干扰是提高观测数据质量切实可行的方法.本文提出轨道交通干扰的小波域噪声阈值抑制模型及方法.以天津轨道交通为例,选用受干扰的天津静海地磁台和未受干扰的参考台站河北红山地磁台观测资料,...     

泉州地磁台新址观测环境的监测与评估

本文对福建泉州地磁台白水营老址与丰州镇董埔村候选新台址，使用高灵敏度，快速记录的磁通门磁力仪，对台址周围观测环境进行了全面对比监测，从地磁短周期脉冲干扰，地磁场变化形态，日变幅、时均值相关分析等方面进行评估，指出老址的周围环境干扰量已超出０．１ｎＴ的＜＜地磁台站观测规范＞＞要求，新址符合＜＜地磁台站观测规范＞＞要求，适宜建立永久性地磁基本台。     

基于空间加权法的地磁数据重构精度与D_(st)指数的关系

为了研究磁场活动水平对地磁重构数据的影响,以云南省内11个地磁台站地磁记录分数据为研究对象,利用空间加权法进行数据重构,并分析Dst指数与重构数据精度之间的关系。结果表明,Dst指数绝对值与地磁数据重构精度呈明显负相关,即Dst指数绝对值越大,数据重构精度越低。当D_(st)-30时,D分量重构数据与原始数据的绝对残差值小于0.05′的比例为97.1%, H、Z分量重构数据与原始数据的绝对残差值小于0.5 nT的比例分别为97.1%、97.9%,重构精度较高。当弱磁暴、中等磁暴发生时,D、H、Z三分量重构数据与原始数据的绝对残差值随Dst指数绝对值的增大而增大,重构精度减小。本研究成果可为因观测异常或记录缺失的地磁数据重构提供参考。     

基于极值特征尺度的干扰辨识技术在地磁观测中的应用研究

在地震前兆观测台网中,地磁和地电同台观测是较为常见的,地电测量时的供电干扰会引起同台地磁观测数据的变化,造成地磁观测精度下降.本文在分析产生地电供电干扰的机理及特点基础上,提出了采用噪声辅助的基于极值特征尺度的干扰辨识,对采用线性差值辨识出的干扰区间利用这种技术进行填充.并将该方法应用到成都、洛阳、徐庄子和蒙城四个磁电同台观测数据的分析处理中.结果表明:该方法在地电供电对地磁资料的干扰辨识精确度方面和干扰抑制损失上有较好的效果和较高的稳定性,辨识精确高,抑制损失相对与传统滤波器达到最小程度.在抑制地电供电干扰,提高地磁观测精度方面有较好的应用价值.     

地磁数据处理与地震关系之探

研究了上海崇明、佘山和杭州这3个地磁台的观测资料在2004年4月21日南黄海ML4．0级、5月26日浙江省舟山群岛ML4．3级和11月15日南黄海％4．6级地震前的异常变化特征,结果表明：杭州台和崇明台数字化地磁观测资料分钟值空间差值于4月14日～17日、4月30日、5月8日出现的异常信息很可能是震磁异常信息;杭州台和余山台数字化地磁观测资料分钟值、模拟观测21时值Z分量地磁场相关系数R值分别在震前2天、24天和震前5天、15天出现了超出2σ值的震磁异常变化：崇明和余山地磁台数字化地磁Z分量分钟值的空间差值异常信息在4月21日南黄海尬4．0级地震前后有所显示。但在5月26日舟山群岛ML4．3级地震前不太明显,可能与谈两个地磁台站相距较近日震中距较近有美．     

高压直流输电对山东地磁观测影响的预处理优化分析

宁东至山东±660 kV直流输电示范工程的试验和运行,对山东很多台站地磁观测造成影响.就此分析高压直流对地磁观测的影响机制,计算影响幅度,提出地磁预处理方法（如曲线形态的对比、识别干扰的原则、干扰幅度的确定的原则等）,为直流输电影响全国地磁观测问题提供解决思路.     

基于压缩感知的信号重建方法及在气枪震源信号处理中的应用

在气枪源探测过程中,由于各种干扰因素的影响,导致部分有效信号缺失或受随机干扰严重,为了重构出连续完整的数据,依据气枪源信号在傅里叶变换域中具有稀疏性的特点,构建了一种基于压缩感知(Compressive Sensing,简称CS)的缺失信号重建方法。首先进行数值模拟,并将该方法与传统的插值方法处理效果进行对比,对重建效果进行均方根误差及信噪比(SNR)分析,结果显示:压缩感知方法重建前后信号的波形吻合度高、振幅一致性更强、同相轴清晰且连续性相同,对噪声压制较好。综上表明:该方法重建效果优于传统的三次样条插值方法。将该方法应用于实际资料,结果显示受干扰的有效信号能够得到很好的恢复重建。     

江苏地区地电场变化特征与差异性分析

处理、分析了江苏省4个台的地电场日变化资料,结合地磁场水平分量H、线应变理论固体潮,研究了地电场日变化特征和差异,得到：（1）4个台地电场日变化明显,主要以12小时的半日波成分最强,8小时周期和全日波成分次之;（2）地电场日变化存在地磁场和固体潮影响。靠近海边及湖泊的台站,受固体潮的影响较为明显,各方向还具有明显的固体潮半月波,但没有像固体潮一样大小的波;而远离江、海、湖的一些台站观测到的地电场日变与地磁水平分量比较相关,其差异性与台站的位置、电性结构有关系。     

核旋绝对观测资料的精度分析及检验

在收集河南省及邻省地磁台的核旋绝对观测资料基础上,应用最小二乘法原理进行线性空间相关分析和精度检验。结果表明,三类地磁台核旋观测资料精度较高,F总强度不仅精度高且稳定性好。尤其是郑州-信阳台间各项精度指标均名列前茅,显示出内在质量的优越性。     

高压直流输电对磁电场观测的影响

以山西地磁场观测台站和山西、宁夏、山东部分地电场台站观测为例,分析其受宁夏一山东±660千伏直流输电工程运行的干扰情况。结果表明,高压直流输电工程的运行对山西地磁场观测及送受端换流站附近的宁夏、山东地电场观测影响明显,而对于直流输电工程中段的山西地电场观测无明显影响。