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國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施子午工程專題 I 區(qū)論文（評審中） ? 版本 ZH2

內(nèi)蒙古自治區(qū)滿洲里地磁臺地電場觀測數(shù)據(jù)

A geoelectric dataset of Manchuria Geomagnetic Station

王喜珍，陸穎哲，鄧娜，馬玉立

Wang Xizhen, Lu Yingzhe, Deng Na, Ma Yuli

?>>

DOI:? 10.11922/csdata.2021.0020.zh
PID:? 21.86101.1/csdata.2021.0020.zh
:? 10.12176/01.09.002
?

： 2021 - 03 - 09

： 2021 - 04 - 16

5263 16 0

摘要&關(guān)鍵詞

摘要：滿洲里地磁臺（Manzhouli Geomagnet Station，MZL）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)滿洲里市南郊，屬國家一類地磁臺，是我國最早的八個地磁臺站之一，長期開展地磁、地電觀測。本數(shù)據(jù)集包含2008年子午工程建設(shè)以來的地電場原始觀測數(shù)據(jù)，包括北南向NS_L、東西向EW_L、北東向NE_L 3個長極距（主測道）的地電場強度值和北南向NS_S、東西向EW_S、北東向NE_S 3個短極距（輔測道）的地電場強度值。本數(shù)據(jù)集可以用來開展空間環(huán)境、地震、磁暴、震磁關(guān)系、勘探等方面的研究。

關(guān)鍵詞：滿洲里地磁臺；地電場強度；原始觀測數(shù)據(jù)；分鐘值

Abstract & Keywords

Abstract:?Manchuria geomagnetic station is located in Nanjiao, Manchuria City, Inner Mongolia Autonomous Region. It belongs to national geomagnetic reference staion. It is one of the first eight geomagnetic stations in China. The geomagnetic field and geoelectric field were observated since 1983. This dataset contains the geoelectric observation data since the construction of the Meridian Project in 2008, including original observation data of north-south component, east-western component, north-east component of geoelectric field in long polar distance and north-south component, east-western component, north-east component of geoelectric field in short polar distance. It can be used in various research areas, such as space environment, seismology, magnetic storm, exploration of seismic, and the interactions between various layers of the Earth.

Keywords:?Manchuria Geomagnetic Station;? Geoelectric Field;?Original Data;?Minutes value

數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介

數(shù)據(jù)庫（集）名稱	內(nèi)蒙古滿洲里站地電場儀分鐘采樣數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)作者	王喜珍、陸穎哲、鄧娜、馬玉立
數(shù)據(jù)通信作者	王喜珍（wangxz@cea-igp.ac.cn）
數(shù)據(jù)時間范圍	2009–2020年
地理區(qū)域	滿洲里地磁臺位于內(nèi)蒙古自治區(qū)滿洲里市南郊；地理經(jīng)度為117.43°E，緯度為49.57°N；地磁經(jīng)度為186.80°E，緯度為38.50°N；高程為682 m。
觀測數(shù)據(jù)分辨率	10 μV
數(shù)據(jù)量	247.18 MB
數(shù)據(jù)格式	*.dat
數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址	http://dx.doi.org/10.12176/01.09.002
基金項目	子午工程
數(shù)據(jù)庫（集）組成	數(shù)據(jù)集共包括3807個數(shù)據(jù)文件，其中：MZL_GEM01_DED_L11_01D_yyyymmddhhmmss.dat是地電場原始觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量61 KB（MZL為滿洲里地磁臺在子午工程中的臺站代碼；GEM為儀器地電場儀代碼；01D表示原始數(shù)據(jù)，每天一個文件。yyyymmddhhmmss為文件起始記錄時間）。

引言

地電場作為地球物理場量，是大地電磁場的重要組成部分。大地電場是由固體地球外部，特別是電離層中的各種電流體系與地球介質(zhì)相互作用，在地球內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電場（感應(yīng)電流場）。通過大地電場監(jiān)測，可以獲取空間電流體系性質(zhì)特征，了解其與地球介質(zhì)的相互作用機理^[1-2]。地震孕育過程異常機理研究結(jié)果表明，巖石變形過程在亞失穩(wěn)階段，微裂隙活動會引起電阻率和電磁場變化，具有較為明顯的震前異常特征。地震前地電場異常主要表現(xiàn)為快速大幅度的自然電場變化、日變化“波形畸變”、地電場脈沖交替變化等顯著的短臨異常。通過監(jiān)測地下介質(zhì)電性變化和電磁場變化，分析地電異常和孕震過程之間的關(guān)系，探索地電異常與孕震的關(guān)系，可為地震預(yù)測預(yù)報提供重要支撐^{[3,4,5,6 ]}。

地電場的觀測與研究始于19世紀中葉。1865年在英國的格林威治天文臺，建立了第一個地電觀測點。我國在1966年3月8日邢臺6.8級地震以后，在全國范圍內(nèi)開展了包括地電場在內(nèi)的多種前兆手段觀測與研究，在唐山7.8級地震、海城7.3級地震、松潘7.2級地震等中強以上地震前，均記錄到了比較典型的地電場變化^[7]。

經(jīng)過“十五”地震網(wǎng)絡(luò)項目、地震背景場項目等計劃的實施，我國已建立了世界上獨具特色的規(guī)模化、規(guī)范化運行的主要包括地電阻率、地電場、電磁擾動等觀測手段的地電觀測網(wǎng)絡(luò)。地電站網(wǎng)由83個地電阻率和112個地電場觀測站構(gòu)成，主要圍繞大型活動斷裂帶分布，重點分布在南北地震帶、華北地區(qū)和東北地區(qū)等地震多發(fā)區(qū)，在新疆和華東南地區(qū)也有少量分布。

滿洲里地磁臺位于祖國北部邊疆滿洲里市南郊，始建于1976年，1983年開始投入觀測，1984年納入國家地磁一類臺，隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局。臺站觀測場地占地面積250000㎡。臺站位于天山–興蒙斷褶系北興安嶺斷褶帶內(nèi)，新構(gòu)造單元屬大興安嶺隆起額爾古納次級隆起西南扎賚諾爾丘陵山地內(nèi)，滿洲里—達石莫中新生代斷陷盆地的東北角。斷陷盆地接受了下白堊紀大磨拐組煤系和第四紀松散堆積。盆地內(nèi)第四系厚度約8–30米，最厚達60余米。兩側(cè)斷裂均為右旋平移正斷層，長度70余公里，走向約50°向盆地內(nèi)傾斜。臺站距東側(cè)斷裂約30公里。斷陷盆地兩側(cè)基巖裸露，分布燕山早期花崗體和上侏羅紀及少量的寒武系額爾古納組。地震臺周圍的基本構(gòu)造格架由額爾古納次級隆起、海拉爾盆地構(gòu)成。

滿洲里地磁臺是我國地磁老八臺之一，觀測環(huán)境好，觀測儀器工作狀態(tài)穩(wěn)定，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量高，從1993–1997年連續(xù)五年取得了全國地磁評比第一名，獲得國家地磁觀測最高獎項“司南杯”。“十五”期間，新增安裝BBVS-60寬頻帶數(shù)字化地震儀開展測震觀測，新建大地電場觀測場地，新增安裝ZD9AⅡ數(shù)字化地電場儀開展大地電場觀測。逐步形成了集地磁、地電、測震等多種觀測手段的綜合性地磁觀測臺，臺站現(xiàn)有觀測設(shè)備9臺套。臺站ZD9AⅡ數(shù)字化地電場儀電極按照“多方向、多極距”觀測方法布設(shè)測量線路，分別在南北向和東西向各布設(shè)3個電極，長極距分別為500 m、500 m、707 m，短極距分別為250 m、250 m、353 m。

1 ? 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 ? 數(shù)據(jù)采集

本數(shù)據(jù)集采用的觀測儀器為中國地震局地震預(yù)測研究所研制的ZD9A-II型地電場儀^[6]。該設(shè)備由電極和數(shù)據(jù)采集器組成（圖1）。“ZD9A-Ⅱ地電場儀”是我國自主研制的具有高靈敏度、大動態(tài)范圍、良好的抗干擾能力和較高的可靠性的監(jiān)測設(shè)備，用于觀測地表地電場強度及其時空變化規(guī)律的數(shù)字化、自動化的專用觀測儀器，為地球物理場研究和地震檢測預(yù)測研究服務(wù)。“ZD9A-II地電場儀”采用雙模塊并行工作方式，即數(shù)據(jù)測量模塊和數(shù)據(jù)處理（網(wǎng)絡(luò)功能）模塊，兩個模塊利用不同的控制系統(tǒng)獨立進行工作。其中數(shù)據(jù)測量模塊完成地電場信號的濾波處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和量綱轉(zhuǎn)換等工作，測量結(jié)果以十六進制補碼的方式進行存儲；數(shù)據(jù)處理（網(wǎng)絡(luò)功能）模塊完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、存儲處理、Web 服務(wù)、FTP 服務(wù)和 TCP/IP 數(shù)據(jù)通信等工作。該設(shè)備數(shù)據(jù)采集的采樣率為每分鐘1次，共有6個輸出通道。觀測數(shù)據(jù)在設(shè)備中的存儲容量可達1個月以上。

圖1 ? 滿洲里地磁臺ZD9A-II型地電場儀（上為采集器，下為電極）

1.2 ? 測量準確度校準與標定

地電場儀在投入使用前和使用一段時間后需進行準確度校準和標定，以此消除中心偏離，提高數(shù)據(jù)格值的準確度，從而保障觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。測量準確度校準與標定包括零點校準、滿刻度校準、準確度標定。

1.2.1 ? 零點校正

以零輸入信號（短路信號）為標準信號，通過逐步逼近進行校準。具體方法為：將儀器的所有輸入端短路。在穩(wěn)定約半分鐘以后，按照顯示提示進行操作，待零點值校準完成后，循環(huán)顯示校準以后的零點測量數(shù)據(jù)。

1.2.2 ? 滿刻度校準

以0.01級的飽和標準電池（BC3或BC9）作為標準信號，通過逐步逼近法進行校準。20℃時，飽和標準電池的輸出參考值為1.01862 V，在0℃～40℃之間，飽和標準電池的修正值可通過儀器說明書獲得。具體方法為：根據(jù)儀器說明書操作，在按鍵后進入滿刻度校準啟動界面，將儀器的所有輸入端與飽和標準電池相連接。在穩(wěn)定約半分鐘以后，按照提示繼續(xù)操作，操作完成以后循環(huán)顯示校準以后的滿刻度測量數(shù)據(jù)。

1.2.3 ? 準確度標定

以0.01級直流電位差計（UJ25或UJ34）為標準信號，檢測地電場儀的測量誤差是否在最大允許誤差范圍之內(nèi)。在標定之前，需要利用標準滿刻度值對直流電位差計（UJ25或UJ34）的工作電流進行調(diào)整。具體方法為：根據(jù)儀器說明書操作，進入標定測量菜單，將儀器的所有輸入端與已經(jīng)準備好的直流電位差計相連接。調(diào)整直流電位差計工作電流，直流電位差計的輸出刻度盤設(shè)置為當前滿刻度標準值，旋轉(zhuǎn)工作電流調(diào)節(jié)旋鈕，使得儀器的測量顯示數(shù)據(jù)與輸出刻度盤設(shè)置的數(shù)值一致。按照說明書附錄表的順序給出標準信號，待顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后，記錄儀器對該標準信號的測量顯示結(jié)果，計算每一個標定值的測量誤差。如果標定結(jié)果滿足最大允許誤差的指標要求，則標定結(jié)束；否則，需要重新對零點和滿刻度值進行校準，然后再執(zhí)行標定操作。

1.2 ? 數(shù)據(jù)處理

本數(shù)據(jù)集為地電場原始觀測數(shù)據(jù)。為了提高觀測數(shù)據(jù)的可靠性，在電極布設(shè)時按照“多方向、多極距”觀測方法布設(shè)測量線路，在南北和水平兩個正交的觀測方向進行測量，每個測向布設(shè)2個以上極距的測量線路。通過對同一測向不同測道觀測數(shù)據(jù)進行時域相關(guān)分析研究，驗證觀測數(shù)據(jù)的可靠性和觀測結(jié)果的內(nèi)在質(zhì)量。地電場儀電極安裝要求場地大，環(huán)境要求相對較高，在觀測數(shù)據(jù)中可能存在環(huán)境干擾，如人工工頻電磁場、高壓輸電、軌道交通、金屬管網(wǎng)、同臺觀測的其他設(shè)備干擾等^{[8,9,10,11 ]}。

地震局節(jié)點站數(shù)據(jù)處理軟件主要對數(shù)據(jù)時間、缺記等進行自動校驗，缺記數(shù)據(jù)用缺省值自動填補，不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)更正為符合規(guī)范的數(shù)據(jù)，確保觀測數(shù)據(jù)符合子午工程數(shù)據(jù)規(guī)范要求。

中國地震局根據(jù)不同干擾源產(chǎn)生的干擾特征開發(fā)了干擾形態(tài)識別和處理技術(shù)，這些技術(shù)已集成在中國地震前兆臺網(wǎng)管理軟件中，目前主要包括輸電線路、地電阻率、人工工頻電場、雷雨、外線路漏電等。臺站工作人員通過地電數(shù)據(jù)處理模塊對地電觀測數(shù)據(jù)進行日常預(yù)處理。

1.3 ? 數(shù)據(jù)傳輸

臺站觀測數(shù)據(jù)通過子午工程臺站管理軟件匯集到臺站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并在本地存儲。臺站工作人員對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，通過臺站管理軟件數(shù)據(jù)上傳模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至地震局節(jié)點站。地震局節(jié)點站進行數(shù)據(jù)分析與質(zhì)量評估后，通過子午工程數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一配置的HJclient客戶端數(shù)傳軟件將數(shù)據(jù)上傳至子午工程數(shù)據(jù)中心（圖2）。

圖3 ? 數(shù)據(jù)傳輸軟件界面

1.4 ? 數(shù)據(jù)發(fā)布

地電場原始觀測數(shù)據(jù)分別在滿洲里地磁臺、內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局、國家地電臺網(wǎng)中心、中國地震局地球物理研究所地震局節(jié)點站以及子午工程數(shù)據(jù)中心存儲，根據(jù)各自職責開展數(shù)據(jù)共享與發(fā)布。滿洲里地磁臺、內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局、國家地電臺網(wǎng)中心根據(jù)中國地震局的有關(guān)規(guī)定進行數(shù)據(jù)發(fā)布。地震局節(jié)點站以及子午工程數(shù)據(jù)中心（data.meridianproject.ac.cn）按照子午工程有關(guān)協(xié)議規(guī)定發(fā)布數(shù)據(jù)。子午工程數(shù)據(jù)中心為對外發(fā)布的主要渠道，包括原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)波形以及其他中間產(chǎn)品，用戶可通過子午工程數(shù)據(jù)中心認證后下載本數(shù)據(jù)集。

2 ? 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 ? 文件名

本數(shù)據(jù)集地電場原始數(shù)據(jù)文件根據(jù)子午工程數(shù)據(jù)文件交換接口命名，格式為“MZL_GEM01_DED_L11_01D_yyyymmddhhmmss.dat”。其中MZL為滿洲里地磁臺在子午工程中的臺站代碼；GEM為儀器地電場儀代碼；01D表示原始數(shù)據(jù)，每天一個文件；yyyymmddhhmmss為文件起始記錄時間。

2.2 ? 數(shù)據(jù)格式

本數(shù)據(jù)集地電場原始數(shù)據(jù)格式采用中國地震局行業(yè)標準地電場儀地電數(shù)據(jù)格式，具體說明如下（表1）：

數(shù)據(jù)文件由數(shù)據(jù)項組成，每個數(shù)據(jù)項由時間和觀測值組成。時間為4位表示，2位小時值，2位分鐘值，不足4位的用“0”補充。觀測值為6個地電場強度觀測值，每個觀測值為7位數(shù)表示，其中4個整數(shù)位，2個小數(shù)位。空值用“9999”代替。時間、數(shù)據(jù)值之間以及數(shù)據(jù)值之間均采用“ ”（1位空格）為分隔符。數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)采樣的時間精度為1分鐘，每分鐘采用數(shù)據(jù)占用一行。每天數(shù)據(jù)文件共有1440行數(shù)據(jù)。一個完整記錄項的格式碼為1440(I4,X,f7.2,X,f7.2,X,f7.2,X,f7.2,X,f7.2,X,f7.2,X)，其中數(shù)字為數(shù)據(jù)占有位數(shù)。

表1 ? 地電場原始觀測數(shù)據(jù)格式

序號	數(shù)據(jù)項中文名稱	數(shù)據(jù)項英文名稱	記錄格式	物理單位（中英文）	無效缺省值	數(shù)值范圍
1	小時	Hour	I2	/	0	00～23
2	分鐘	Minutes	I2	/	0	00～59
3	北南向長極距地電場強度值（NS_L）	Intensity of the NS geo-electric field in long pole pitch	F7.2	毫伏/千米(mV/km)	9999	?2000～2000
4	空格	Space	I1	/	/	/
5	東西向長極距地電場強度值（EW_L）	Intensity of the EW geo-electric field in long pole pitch	F7.2	毫伏/千米(mV/km)	9999	?2000～2000
6	空格	Space	I1	/	/	/
7	北東向長極距地電場強度值（NE_L）	Intensity of the NE geo-electric field in long pole pitch	F7.2	毫伏/千米(mV/km)	9999	?2000～2000
8	空格	Space	I1	/	/	/
9	北南向短極距地電場強度值（NS_S）	Intensity of the NS geo-electric field in short pole pitch	F7.2	毫伏/千米(mV/km)	9999	?2000～2000
10	空格	Space	I1	/	/	/
11	東西向短極距地電場強度值（EW_S）	Intensity of the EW geo-electric field in short pole pitch	F7.2	毫伏/千米(mV/km)	9999	?2000～2000
12	空格	Space	I1	/	/	/
13	北東向短極距地電場強度值（NE_S）	Intensity of the NE geo-electric field in short pole pitch	F7.2	毫伏/千米(mV/km)	9999	?2000～2000
	...	...	.	...	...	...

本數(shù)據(jù)集地電場原始數(shù)據(jù)格式樣例如圖3和圖4所示。

圖3 ? 地電場觀測原始數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)格式樣例

圖4 ? 地電場觀測原始數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)波形圖

3 ? 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

3.1 ? 日常觀測質(zhì)量控制

為了規(guī)范地電臺站日常運行與維護管理，中國地震局編制了《地震前兆臺網(wǎng)運行管理辦法（試行）》、《電磁臺網(wǎng)運行管理細則》，以提高臺站儀器運行效率和觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

在日常運行中，臺站運行與維護人員按照上述規(guī)范性文件進行觀測、日志編制、數(shù)據(jù)處理以及其他校驗校正工作。在波形異常時，要啟動原因排查工作，確定干擾源，采取有效防范措施，以保障觀測數(shù)據(jù)的客觀性。同時在運行維護中，加強巡查，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

3.2 ? 觀測質(zhì)量評估

中國地震局系統(tǒng)內(nèi)地電觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價由國家地電臺網(wǎng)中心按照《數(shù)字地電臺網(wǎng)觀測資料質(zhì)量評比辦法》有關(guān)規(guī)定進行。評比分為月評比和年評比兩個層次。月評比和年評比均采用百分制。所有在線運行的儀器均需參加月評比。實際運行天數(shù)少于9個月者不參加年評比。在評比過程中對各儀器存在的問題均有明確的反饋和處理建議。

4 ? 數(shù)據(jù)使用方法和建議

本數(shù)據(jù)集為地電場原始觀測數(shù)據(jù)，可以用來開展地震預(yù)測預(yù)報、磁暴、空間環(huán)境和勘探等方面的研究。

本數(shù)據(jù)集未做預(yù)處理，可能存在環(huán)境干擾，如高壓輸電、人工工頻電場、外電路漏電等，在使用時應(yīng)對可能的干擾形態(tài)特征有所了解。

致謝

感謝國家地電臺網(wǎng)中心對數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的指導(dǎo)，感謝子午工程運維團隊在數(shù)據(jù)采集、處理中所做的工作，感謝子午工程辦公室對本系統(tǒng)運維的協(xié)調(diào)與支持。

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