应允翔　汪继林　王飞　刘红飞 张明明

摘要：蒙城国家野外观测站现有GM-4磁通门磁力仪、G-856质子旋进磁力仪，GSM-19T质子旋进磁力仪三套地磁仪器，对仪器测量的总强度F观测数据，进行趋势变化、均值、差值以及基线值的对比分析，认为台站仪器F的观测数据具有较高的观测精度和一致的变化趋势，仅存在较小的差别，达到了国内高精度地磁观测的水平。

关键词：F值；差值；数据对比；野外观测研究站；一致性；高精度地磁观测 文献标识码：A

中图分类号：TP391 文章编号：1009-2374（2016）28-0061-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.031

由于地磁场具有全球性的特点，使得可以利用多台数据对比，正确分析地磁数据。与此同时，随着绝对观测技术的发展及各台站数字化仪器的配备，使得地磁台站能够实现高精度和高准确度的数据观测。对于同一台站配备多套仪器的情况，根据多套不同仪器获取的相同分量的数据进行对比分析，可以及时有效地分析本台站数据的可靠性。理论上，对于同地、同时间的地磁场总强度F应该完全相同，但受各种误差的影响，从不同仪器获取的地磁场总强值并不可能完全相同。通过对蒙城台GM-4磁通门磁力仪、G-856质子旋进磁力仪、GSM-19T质子旋进磁力仪的记录数据进行对比分析，通过对比三套仪器的总强F观测数据，研究三套仪器的相关性，验证各套仪器的观测精度。

1 场地和仪器

蒙城地震台位于皖西北蒙城县境内的黄柏山上，台站地处郯庐断裂带的西侧，北西向的涡河断裂从台站南东侧通过。台基主要是震旦系砂岩及第四纪覆盖层，周围地区覆盖在100～300m。岩石出露为尖山、黄伯山、施连山、狼山等南北走向的低山。该地区地质构造复杂，有隐伏NW向的板桥集断层通过。观测室附近磁场分布均匀，磁场平均梯度小于1nT/m。台站现有G-856质子旋进磁力仪、GSM-19T质子旋进磁力仪以及GM-4磁通门磁力仪，观测资料连续、稳定、可靠。本文通过对G-856和GSM-19T的世界时13点（北京时21点）值进行初步对比分析，结合GM-4数据检验蒙城地震台各套地磁观测仪器的工作状态及绝对观测对相对记录的控制水平。

GM-4磁通门磁力仪于2007年投入使用，为秒采样仪器，记录垂直分量Z、水平分量H、磁偏角D三个分量数据，连续记录磁场变化，分辨率为0.1nT。自投入使用以来，仪器运行正常，极少出现数据断记现象，已产出多年连续稳定可靠数据。

G-856质子旋进磁力仪于2007年投入使用，用于测量地磁场总强度，仪器使用过程中不能进行连续测数，一次测数完成后需要几秒钟才能进行第二次测数，每日世界时13点（北京时21点）手工测量总强，同时配合CTM-DI仪进行绝对观测，近年来产出数据可靠稳定。

GSM-19T质子旋进磁力仪于2013年投入使用，由加拿大GEM公司生产，用于测量地磁场总强度，与G-856一样需要每日世界时13点（北京时21点）进行手工测数。仪器性能稳定、数据可靠，已产出2年数据。2014年10月至2015年9月，一年时间内，三套仪器运行稳定，未出现断记或仪器故障的情况。由于台站位置偏远，远离城镇、道路、工厂企业等干扰因素，观测环境优良。G-856与GSM-19T主要性能参数如表1中所示：在灵敏度、分辨率、绝对精度、动态范围、梯度容差、工作温度及存储容量等性能方面，GSM-19T均优于G-856质子磁力仪。通过对台站两套仪器进行比测，测试结果中，G-856磁力仪仪器差的均方差为0.90nT，点位差的均方差为0.54nT；GSM-19T磁力儀仪器差的均方差为0.13nT，点位差的均方差为0.30nT。

G-856和GSM-19T磁力仪均通过RS232接口下载观测数据，而观测数据的文件格式有所不同，G-856磁力仪数据输出文件为stn格式，运用MagMap2000导入后输出dat格式文件数据。GSM-19T磁力仪数据输出文件为txt格式，在后期的数据通化处理中，需注意格式的统一。

台站绝对观测仪器使用国产的CTM-DI磁通门经纬仪。仪器分辨力为0.1nT，零场偏移为±1nT，系统噪声小于0.2nT，环境温度为-10℃～40℃。全年累计一共进行超过100次绝对观测，每次观测三组数据，从中选取两组数据，分别为相对记录GM-4的H分量和Z分量做基线。相对记录GM-4全年无数据丢失和仪器中断现象，资料连续率及完整率均达到100%。G-856、GSM-19T全年工作记录状态良好，连续率为100%，未出现迟记、漏记现象。

2 资料选取以及对比分析

本文选取台站2014年10月1日至2015年9月30日，G-856和GSM-19T两套仪器的世界时13点F值，进行对比分析。为检验三套仪器观测资料的精度、稳定性及一致性等，对所选取时间段内世界时13点的整点值分别进行F值一致性检验和差值分析，最后对基线观测值进行精度和稳定性分析。GM4磁通门磁力仪测定地磁场总强度F，是根据仪器直接测量的水平分量H和垂直分量Z按照F=（H2+Z2）1/2，

其中H和Z分量需要经过基线值改正后才能使用。图1给出了2014年10月至2015年9月G-856和GSM-19T世界时13点观测的数据，两套仪器的数据图形具有很好的一致性。

通过对这两组数据进行相关系数分析，得到相关系数为0.99775，说明两套仪器测得F相关性很高。对两套仪器世界时13点的数据做差，得到两组数据的差值，利用软件将这这组数据作图，得到如图2所示结果，由图2可以清晰地看到，两组数据的差值基本控制在4～5.5nT的区间内，偶尔有超出部分，可能与磁场扰动强度有关。

台站选用的2014年10月至2015年9月GM-4仪Z分量的基线值离散性较好。只是在2014年10月、2015年6月，基线值的选取离散性较大，与表3中的均方差变化有较好的对应关系。

3 分析与讨论

（1）G-856、GSM-19T与GM-4计算出的F值的相关系数在0.95以上，说明3套仪器的观测数据质量都很高，尤其是G-856与GSM-19T相关系数达到0.99以上，说明仪器具有较高的精度和一致性；（2）绝对观测质量的好坏直接影响到相对记录仪器的基线值，进而对观测报告中的绝对值也会产生较大影响。通过差值分析，可及时发现观测中的问题。G-856与GSM-19T均可以配合DI进行绝对观测，而且数据可以用于对比参考分析；（3）GSM-19T质子磁力仪无明显系统误差。相对于G-856仪器，其在仪器灵敏度、分辨率、精度、一致性、测量便利程度等方面具有明显优势；（4）G-856和GSM-19T相关性很好，差值在一定范围内变化，而这种变化的主要原因是由于仪器墩差造成的，差值超出区间范围的大部分情况为磁场扰动比较大的时间段。

4 结语

通过对上述资料的分析与对比，可以看出，数字化仪器G-856和GSM-19T对地磁场F值的记录结果一致性较高，具有很高的观测精度和温度性。其观测数据连续可靠，已达到国内高精度地磁观测水平。两套仪器相互配合，可以通过对比数据变化发现两个仪器的稳定性，当其中一台仪器出现故障时，另一台可以替代使用，保证台站总强F观测的连续稳定，对资料的准确性起到了很好的对比监督作用。

参考文献

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（责任编辑：蒋建华）