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蒙城野外站电磁场同台变化分析

张明明　薛志明　周振贵　孙伯乐　汪继林　李雪华

摘  要：该文采用尽量减少自然现象如较大磁扰、磁暴、天气变化等变化影响的电磁场观测数据对磁静日的日变化分析认为，磁静日电、磁场变化主要由影响范围在1000km覆盖蒙城野外站所在区域的涡旋电流场所主宰，不同磁静日电、磁场的日变化曲线形态存在较大差异，同日电、磁场变化的差异由不同场源的自然电场、地磁感应场等变化导致。
关键词：蒙城野外站  地电场  地磁场  磁静日  变化率
：P631    ：A ：1672-3791（2019）11（b）-0019-03
地球电磁场包括地磁场和地电场两个本质上相关的地球物理场。电磁观测是地震监测预报重要的前兆手段之一，杜学彬等人（2007）研究认为地电场的日变化不仅与纬度有关而且与季节有关。地磁日变化的一般规律是白天变化大，夜间变化小。
张素琴等人（2010）研究了磁暴期间磁场变化率与地电場的关系，结果表明，磁暴期间H分量变化率与地电场东向分量观测数据显著相关，并且周期成分相同。由于利用电场、磁场的变化进行震兆分析还处于实践探索阶段，目前的当务之急是努力寻找地电场、地磁场的变化规律和特点。
电磁观测是地震监测预报重要的前兆手段之一，而利用电场、磁场的变化进行震兆分析还处于实践探索阶段，目前的当务之急是努力寻找地电场、地磁场的变化规律和特点。
1  台站的基本情况
蒙城地球物理国家野外科学观测研究站（下简称蒙城野外站）位于郯庐断裂带西侧约140km，皖西北亳州市蒙城县小涧镇境内的黄柏山上，海拔高程54m，东经116.5°，北纬33.4°。台基主要是震旦系沙岩及第四纪覆盖层，周围地区覆盖大都在100～300m左右。岩石出露为尖山、黄柏山、施连山、狼山等南北走向的低山。测区内地形较平坦，测区内为农田（旱田）。蒙城野外站电磁场主要进行地电阻率、地电场、地磁观测，观测仪器为ZD8M地电仪、ZD9A-Ⅱ地电场仪、GM4相对记录仪进行同台观测。地电场测区位于地电阻率测区内，而GM4相对观测室距该测区60m左右相对高度3m左右。
2  数据的选取
目前台站电、磁场观测是在地表的固定观测，所观测物理量的特性，使其在观测过程中容易受到各种自然、人为干扰的影响，其中地磁场的扰动、磁暴和降水、雷电的影响占了绝大多数。各地磁要素日变化的一般规律是白天变化大，夜间变化小。而地磁静日变化以一个太阳日为周期依赖于地方太阳时的平静变化。基本排除了较大磁扰、磁暴的影响。
根据地电场、地磁场的广域性，蒙城野外站地电场观测区和地磁观测仪器布设位置的差异对观测数据的影响基本可忽略不计。
因此，对比2012年度地电场长极距和自然电位差日均值曲线（见图1），2012年6～10月受降水、雷电影响变化教大，故选取2012年1～5月数据变化较平稳时段的磁静日数据进行分析，从而尽量减少测区自然环境环境等变化带来的影响。
依据地球电磁感应的理论，地电场的南北分量对应于地磁场的东向分量的时序变化，地电场的东西分量对应于地磁场的北向分量的时序变化。该文选取地磁的H分量与地电场东西分量进行分析。经过对地磁H分量分钟值数据绘图分析，为了更好地比较电、磁场变化的形态学和统计学特征，选取磁静日H分量1月14日、2月17日等几天的电、磁场数据进行分钟值数据曲线形态分析比较，磁静日H分量曲线部分形态差异较大（见图2）。
3  数据处理
由于电、磁场的物理量不同，为了便于比较分析，分别对电场、磁场数据进行了处理。以当日电场、磁场00：00的数据为基准，分别计算每分钟相对于00：00数据的变化率。为便于比较将磁场变化率扩大1000倍。分别绘制电、磁场变化率曲线图，具体见图3。
即H变化率=（Xn-X1）/X1×100×1000                          （1）
E0变化率=（Xn-X1）/X1×100                                   （2）
3.1 日总K值、电磁变化的相关性、出现转折时差
具体情况见表1。
3.2 地电场、地磁场磁静日曲线峰、谷转折分析
具体情况见表2。
4  分析
从图3可以看出，不同磁静日电、磁场的变化形态存在较大差异，但同日地电场E向分量、地磁场H分量变化率曲线多具有相似的变化形态，也存在部分变化不一致的现象。
由相关系数显著性检验可知，在显著性水平α=0.01、N=1000的情况下，r≥0.077即认为两者相关。计算电、磁场变化率的r分析，地电场、地磁场两者之间存在明显相关。2月23日r=-0.003、3月26日r=-0.07相关性不高，从变化率曲线图上可以看出930min、820min之后的数据变化存在较大的差异。在相关性较高的时段内，仔细观察仍可发现如5月2日640～1320min之间存在部分变化不相符的情况。叶青等人（2007）运用最大熵谱方法对部分台站地电场日变化、地电暴等谱成分的研究表明：地电场日变化主要是12h的半日波成分最强，24～25h的全日波和8h周期成分次之。其正常的日变形态具有双峰双谷的变化特点，对地电场、地磁场变化率峰、谷转折时刻的统计表明，两者有相似的峰、谷转折现象，地磁场的转折滞后于地电场的转折，平均达16.5min。
5  讨论
在蒙城野外站周围1000km范围内，地磁低点位移异常与蒙城野外站地磁垂直分量日变形态畸变存在较高的对应率，表示该涡旋电流场影响范围应在1000km以内等。由地球内部感应电流所产生的日变磁场与地壳、地幔的电阻率有关：电阻率大，则感应电流小，磁场小;电阻率小，则感应电流大，磁场大。地球应力场的变化会引起地下电阻率的变化，从而影响日变磁场的正常变化。地磁场峰、谷转折时间较地电场滞后，是否与地下介质电性结构有关值得近一步研究。
6  结论
（1）不同磁静日，电、磁场的日变化曲线形态存在较大差异，但同日的地电、磁场则多具有相似的变化形态。
（2）磁静日电、磁场变化的部分差异可能由不同场源如自然电场、地磁感应场等变化导致。
（3）磁静日电、磁场变化主要由影响范围在1000km覆盖台站所在区域的涡旋电流场所主宰。
（4）地磁场峰、谷转折时间较地电场滞后，是否与地下介质电性结构有关值得近一步研究。
参考文献
[1] 叶青.大地电场变化的频谱特征[J].地震学报，2007，29 （4）：382-390.
[2] 张素琴.磁暴时磁场变化率与地电场相关性研究[J].地震地磁观测与研究，2010，31（3）：7-12.
[3] 李西京.地磁Z分量日变形态畸变与周边低点位移异常关系的初探[J].地震地磁观测与研究，2012，33（1）：120-123.
[4] 李飞.新沂台地电场与地磁场、连云港台体应变的日变化分析[J].地震研究，2011，34（4）：457-465.
[5] 张秀霞.江苏地区地电场变化特征与差异性分析[J].华北地震科学，2011，29（1）：24-29.

-全文完-