“天宫一号”大气质谱信号和地磁M15秒数据磁扰频段的小波分析

本文采用小波变化分别对受磁扰时段的"天宫一号"大气质谱信号和乌鲁木齐台地磁FHDZ-M15秒数据进行频段分析.实验发现"天宫一号"大气质谱信号和地磁M15秒数据信号的频谱优势频段在0.005~0.025 Hz之内,其中主要受干扰的频段为0.01~0.02 Hz.在地磁M15秒数据的预处理数据中,将H分量和F分量的主要磁扰频段滤出,实验结果表明:含有主要磁扰频段的H分量和F分量SNR(信噪比)分别为37.17 d B和32.99 d B,滤出空间主要磁扰频段后的H分量和F分量SNR分别为215.71 d B和245.54 d B,SNR有了很大的提高.地磁M15秒数据信号有了较为明显的改善,提高地磁资料对于地震监控的应用效果.     

天津GM4磁通门磁力仪受轨道交通干扰的谱分析

对天津地区的静海、徐庄子和宝坻新台的3台GM4磁通门磁力仪数据进行了噪声的频谱分析。发现噪声的优势频段在0.001~0.02 Hz之内,其中主要的干扰频段在0.005~0.01 Hz,在主要干扰频段内的振幅谱幅值越高,跳点越多,跳值也越大。从功率谱上看,静海受干扰最明显,徐庄子次之,宝坻新台受影响很小;噪声越大,功率谱振幅在主要干扰频段内跃升越大,频段越宽,且功率谱降幅与干扰距有关,干扰距越小,降幅越小。     

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。     

江苏省区域地表背景噪声特性的分析

利用welch方法,计算了江苏省"十五"数字地震台站地表背景噪声在0.01～20 Hz频带范围内的功率谱值,结果显示在周期10～16 8、4～8 s处分别存在两个明显的峰值.对比白天和夜晚时段台站三分向地表背景噪声的功率密度谱比值发现,地表台站三分向背景噪声在高频段(≥1 Hz)变化最为显著,在微震峰值频段(0.125～1 Hz)几乎所有台站之间的差异都不大,低频段(≤0.125 Hz)大部分台站垂直向白天时段的噪声水平比夜晚的值低,水平向则相反;但井下观测系统全频段内的比值变化都很小.此外,在2～16 Hz频率范围内,沿长江的苏南-上海地区的平均噪声水平高于苏中和苏北地区,比NLNM(低噪声模型)值高约45 dB左右;在0.125～1 Hz频率范围内,江苏中东部的噪声水平高于其他区域,推测这可能是与区域地质构造差异有关.     

崇明地震台ELF观测数据受地铁干扰情况分析

简要介绍崇明地震台ELF电磁观测系统,对观测数据在干扰时段与无干扰时段功率谱值进行对比分析,发现城市轨道交通对崇明台ELF观测的磁场数据存在干扰,且对磁场低频段干扰较大;对电场数据未见明显干扰;磁场与干扰源方向存在相关性。     

EH-4系统中工频干扰的处理与改进

EH-4系统处理50 Hz工频干扰的方法一是在采集数据时进行硬件陷波,二是在利用标定文件标定功率谱时进行数字陷波.这两种陷波在没有工频干扰时会过度丢失有用信息,在强干扰下陷波不彻底,且没有对三次以上高次谐波进行压制.针对这两点不足,本文采用在50 Hz及其谐波影响频段范围内设置0权值的改进parzen窗加权平均法来取代IMAGEM窄带等权平均法对功率谱进行平滑估算,从而有效消除工频干扰.实例应用表明该方法简单有效,可以提高数据质量.     

内蒙古中部地区形变主要干扰的时频响应特征分析

选取内蒙古中部地区定点形变观测中受降雨、大风、气压干扰以及地震波影响的典型数据,采用S变换,对该地区形变观测中4种主要干扰信号的时频响应特征进行分析与讨论。结果表明,降雨干扰信号主要集中在低频区域,其频率先增大后减小;大风干扰表现为高频干扰,时频域能量强度与观测曲线受风扰影响变化幅度成正比;气压干扰信号的优势频率分布在低频段内;地震波影响中VP垂直摆和JCZ地震计记录的地震波较为相似,但VP垂直摆记录的频段要小于JCZ地震计,VP垂直摆主要记录的是低频地震波。同时,4种干扰信号的时频域频率、能量强度随时间变化趋势与数据观测时域变化趋势相一致。     

青藏高原东北缘区域地电脉动能谱变化分析

基于我国青藏高原东北缘地区的5个地电场观测台站2015年以来的长时段地电场数据,首先使用求取两信号互相关函数的方法压制了大部分不相关电磁扰动,然后通过高通滤波和信号的频谱、自功率谱和互功率谱分析,得到了互相关分析后各台站的时频变化情况,结果显示在1 Hz采样数据中10-3—10-1 Hz部分可能含有地电脉动信号.同时通过对大武台原始数据进行小波变换分析,并将同时段地电场观测与相关频段的地磁场观测进行对比,结果表明,地球电场在该频段内表现出P_c3—5的特点,地电脉动成分占优势,且10-3—10-1 Hz频段的能量较高,这一现象可能与地球磁层和电离层辐射波的稳定性有关.      

满洲里地震台地磁秒采样数据干扰分析

分析2015年8月—2018年7月满洲里地震台FHDZ-M15地磁总场与分量组合观测系统记录的地磁秒采样观测数据(剔除磁暴与磁扰时间段),发现台站地磁秒采样数据资料所受干扰主要呈阶跃和尖峰形态,通过测量测区地磁场水平梯度,排查周边环境,并对设备和线路进行漏电检测,认为:阶跃形态干扰主要由高压直流输电和车辆停放引起;经逐项排查对UPS加热及输电线路漏电检测,仪器室温度过低和输电线路漏电均造成高频毛刺尖峰形态干扰,对UPS加热处理,干扰状态得到改善,但Z、F分量干扰仍在.受满洲里气候条件等因素限制,未能在2019年完成输电线路更换,当前无法确定干扰是否为输电线路漏电所致,后续将采取相应措施予以确认.     

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。     

天宫一号大气质谱信号与地磁M15秒数据能量谱对比分析

利用Matlab软件采用小波变化分别对空间大气质谱信号和地面地磁秒数据进行能量谱分析。空间数据来自"天宫一号"航天器所采集到的大气质谱信号,地面地磁数据采用乌鲁木齐基准地震台自动化地磁台站系统FHDZ-M15采集的秒数据资料。在同一次中小地磁扰动时段,分析相同频率下空间粒子信号和M15秒数据的能量。通过对比分析可知:在磁扰日时段,空间大气质谱信号的能量谱幅值达到最大且能量最为集中,地面地磁M15各要素的能量谱幅值或达到最大值或变化幅度较大;在平静日时段,空间大气质谱信号能量与地磁M15秒数据各要素的能量均相对较低。实验表明:在同一中小磁扰时段下相同频率下,空间大气质谱信号的能量变化与地磁M15秒数据的能量变化具有正相关特性。     

徐庄子地震台地磁观测干扰因素剖析

为充分认识地磁观测环境中的各种干扰因素,提升台站观测人员对数据异常的识别能力,确保提供真实有效的高质量观测数据,以天津市徐庄子地震台地磁观测为例,阐述地磁观测中存在的多种干扰因素及形态特征和预处理方法。分析表明,徐庄子地震台地磁GM4磁通门磁力仪主要受高压直流输电、地铁运营、过往车辆、地电供电、GPS整点授时、磁扰以及雷电等因素的影响,干扰形态主要表现为尖峰、台阶、扰动等,并总结说明高压直流输电线路的干扰鉴定方式、幅度及干扰时段等。     

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.     

北武当观测站洞体形变观测功率谱密度特征分析

选取山西省北武当地震观测站洞体形变测项正常时段及干扰时段的观测数据,计算功率谱密度(PSD),分析洞体形变数据的正常背景特征和不同干扰下对应PSD值的变化特点。结果表明：(1)无干扰：正常背景下,观测数据每日PSD值变化不大,可反映最大频率为8.3×10^-3Hz的PSD分布;(2)曲线加粗：在10^-3Hz以上频段,干扰日PSD值增大,表现为高频干扰;(3)台阶、突跳和畸变：PSD值全频段明显增大;(4)趋势改变：PSD值变化不大;(5)地震波：随着同震效应增大,PSD值频段范围和变化幅度增大。     

新疆和田台阵PSD与PDF分析

和田台阵是我国第一个自主建成并运行至今的小孔径台阵,承担着监测印巴地区核试验以及我国西部地震活动的重要使命.台阵波形数据中充斥着背景噪声,直接影响着数据质量.为了评估台阵噪声水平,本文利用Welch平均周期法对9个子台记录的数十万条噪声样本进行功率谱估计,对出现的谱异常进行了总结归纳,通过绘制概率密度函数图以及单频曲线来研究背景噪声变化范围和规律,最后针对台阵降噪提出了建设性意见.研究结果表明,中心台长周期噪声功率谱密度随季节变化显著,具有周期性;受温度和气压影响,水平分量长周期噪声变化幅度较大,局部频段超出新高噪声模型,建议改善仪器安装条件,或者利用数学方法进行校正.所有子台短周期噪声变化规律与长周期相反,受到采石场影响,谱密度曲线在4~8 Hz之间出现形态规则的高频尖刺,A1、B3、B4子台最为明显,可以通过窄带滤波或者聚束予以压制.本文取得的研究成果为台阵运维提供重要依据,除此之外,总结出的不同地震频谱特征也为地震解释工作提供重要参考.     

内蒙古区域背景噪声特征分析

应用PDF方法,计算了内蒙古现运行48个测震台站0.01~20 Hz频带范围内的功率谱密度(PSD)和1~20 Hz频带范围内噪声均方根(RMS)值,定量分析了内蒙古区域背景噪声水平。结果显示:平均噪声水平属于Ⅰ类的台站有45个,Ⅱ类有3个;台站背景噪声在1 Hz以上频段内,主要受公路和人为影响;在0.6~1 Hz频段内背景噪声水平差异较小;在低频段,水平向受温度和湿度影响大于垂直向,山洞台受影响小于地面台。     

满洲里地震台地磁秒采样数据干扰分析

分析2015年8月—2018年7月满洲里地震台FHDZ-M15地磁总场与分量组合观测系统记录的地磁秒采样观测数据（剔除磁暴与磁扰时间段）,发现台站地磁秒采样数据资料所受干扰主要呈阶跃和尖峰形态,通过测量测区地磁场水平梯度,排查周边环境,并对设备和线路进行漏电检测,认为：阶跃形态干扰主要由高压直流输电和车辆停放引起;经逐项排查对UPS加热及输电线路漏电检测,仪器室温度过低和输电线路漏电均造成高频毛刺尖峰形态干扰,对UPS加热处理,干扰状态得到改善,但Z、F分量干扰仍在。受满洲里气候条件等因素限制,未能在2019年完成输电线路更换,当前无法确定干扰是否为输电线路漏电所致,后续将采取相应措施予以确认。     

一种频率较低的ULF磁扰是地震前兆吗?

北京白家疃台的ULF磁感应仪投入运行以来，经常观测到一种频率比较低的ULF磁场扰动信号，其幅度和周期均随时间变化．由于不同于各种人为电磁源引起的干扰，所以，常常把它作为一种ULF地震电磁发射前兆．然而和磁照图的对比分析表明，这种磁扰信号都出现在磁暴发生期间，而且没有发现观测到这类信号没有磁暴的情形．因而，在目前的认识水平上尚不能把它作为一种ULF地震电磁发射前兆来看待．这种信号的主要特征是:在磁暴期间间断性地出现，每段信号出现的持续时间、信号段出现的频次和扰动幅度与磁暴的类型和磁暴的大小有关系．扰动的波形特征也与磁暴的类型有关．SC型磁暴与GC型磁暴相比，ULF磁扰的幅度较大，持续时间较长；K指数较大的磁暴期间出现的ULF磁扰比K指数较小的磁暴期间的幅度大、频次高、持续时间长，并且扰动信号的频率多变．ULF磁感应仪上的这种暴间磁扰的起始时间及最强信号出现的时段与磁照图上的磁暴的起始时间和最强信号出现的时段相比，不一致的居多数，相同的只有44%左右．扰动信号的周期从几秒到几百秒不等，强度一般介于0.04～8 nT之间．根据对上述信号的功率谱分析，ULF暴间磁扰的优势频率约为0.06 Hz，而且谐波上也有相当的能量分配.      

张家口地震台和兴隆地震台地脉动信号初步分析

选取河北省张家口和兴隆2个台站的数字化地震仪连续1年,每日02～03时的地脉动记录,计算功率谱和自相关函数。结果发现兴隆台脉动谱中有4个比较突出的峰值,分别为0．3Hz、3Hz、8Hz、15Hz,张家口台只有3个峰值0．3Hz、3Hz、15Hz。兴隆台UD向的自相关函数呈现出一种比较典型的“红噪声”形态,EW向则呈现出负相关特征,认为可能是只作用于水平向的倾斜脉动的影响。小幅度的仪器干扰信号无论从脉冲标定还是地震波形中都很难发现的,而对脉动进行谱分析则很容易分辨。兴隆台和张家口台地脉动卓越周期时间曲线,基本集中在0．3秒,比较稳定。     

地磁扰动事件的描述及处理

影响地磁观测的因素很多,只有充分了解干扰的机制,才能对其数据进一步的处理。而在GM3,GM4提供秒采样数据后,观测数据中干扰数据的形态就可以非常清晰。本文就是利用秒采样的数据对几种常见干扰情况进行了描述,并使用软件对干扰数据进行剔除。