遼寧地震前兆臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析探討

楊振鵬，孫素梅，趙 倩，康曉珊，張 琪

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

0 引言

近年來(lái)中國(guó)地震局領(lǐng)導(dǎo)高度重視震情工作，指出震情工作是地震工作的核心，一定要推進(jìn)震情工作的研究。在監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司的領(lǐng)導(dǎo)下，推進(jìn)地震前兆臺(tái)網(wǎng)日常工作重心從觀測(cè)向觀測(cè)、應(yīng)用并重轉(zhuǎn)變[1]。2014年8月開(kāi)始正式開(kāi)展前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)的日常跟蹤分析業(yè)務(wù)，前兆跟蹤分析工作的展開(kāi)，強(qiáng)化觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)出，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理分析工作，發(fā)揮其按照觀測(cè)數(shù)據(jù)在震情監(jiān)視、會(huì)商中的作用，使監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)更好的結(jié)合，有利于服務(wù)地震監(jiān)測(cè)和科學(xué)研究。跟蹤分析工作納入國(guó)家臺(tái)網(wǎng)年度評(píng)比，遼寧省前兆臺(tái)網(wǎng)近年取得較好的名次。

自跟蹤分析工作開(kāi)展以來(lái)，已經(jīng)更新到二代版本，數(shù)據(jù)異常跟蹤分析工作有條不紊的進(jìn)行，目前遼寧區(qū)域前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析工作已經(jīng)參與到預(yù)報(bào)中心會(huì)商中來(lái)，借著預(yù)報(bào)分析改革的東風(fēng)，成立前兆數(shù)據(jù)組，并在會(huì)商中參與討論。但因跟蹤分析和地震會(huì)商側(cè)重點(diǎn)不同，在會(huì)商的作用有限，所以試圖探索和討論跟蹤分析新的數(shù)據(jù)記錄方式。

1 遼寧前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析不明原因異常

2014年國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)推出“前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件”在各省區(qū)域中心展開(kāi)，以其作為基本平臺(tái)，地方前兆臺(tái)站作為基本操作單元，分析記錄形變、電磁、地下流體觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線變化，形成分析產(chǎn)品，錄入前兆數(shù)據(jù)庫(kù)。依托“前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”進(jìn)行同步匯集，地震前兆臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作由前兆臺(tái)站、區(qū)域前兆臺(tái)網(wǎng)中心、前兆各學(xué)科臺(tái)網(wǎng)中心和國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)中心分級(jí)組織實(shí)施?；緟R集流程為：前兆臺(tái)站—區(qū)域前兆臺(tái)網(wǎng)中心—前兆各學(xué)科臺(tái)網(wǎng)中心—國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)中心[2]。

遼寧前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析每年都記錄到異常數(shù)據(jù)兩千條左右，變化類(lèi)型分為7大類(lèi)：正常動(dòng)態(tài)、觀測(cè)系統(tǒng)、自然環(huán)境、場(chǎng)地環(huán)境、人為干擾、地球物理事件和不明原因。正常和異常數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)全面，沒(méi)有漏記錄情況，全年分析完整率100%。

前兆儀器的數(shù)據(jù)干擾因素各不相同，遼寧區(qū)域前兆儀器記錄地球物理事件居多（包括地震事件和電磁暴），主要是全球及國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)震，每年占到60%以上；觀測(cè)系統(tǒng)事件、人為干擾事件都在11%左右，觀測(cè)系統(tǒng)主要受數(shù)采故障、主機(jī)故障、供電故障等影響；人為干擾主要受標(biāo)定、調(diào)零、檢修儀器等影響；自然環(huán)境占8～11%，主要受雨雪、雷電、大風(fēng)等影響；場(chǎng)地環(huán)境占2～3%，主要受抽水、注水、附近施工等影響；不明原因所占極少，不明原因分為疑似地震前兆異常和疑似儀器故障干擾。這里主要討論不明原因的分析記錄。

2014年前兆臺(tái)網(wǎng)跟蹤分析工作剛剛展開(kāi)，不明原因事件規(guī)范沒(méi)有明確，臺(tái)站對(duì)疑似儀器故障尚證明不了原因的異常事件都列為“不明原因”，導(dǎo)致當(dāng)年不明原因事件較多，其中長(zhǎng)期不明原因事件2條，疑似故障或干擾44條。隨著跟蹤分析工作的推進(jìn)，國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)異常跟蹤分析疑似觀測(cè)系統(tǒng)故障等不明原因選項(xiàng)中，添加了“疑似故障或干擾”選項(xiàng)，明確了疑似地震前兆和疑似故障或干擾的區(qū)別，自2015年起不明原因事件呈逐年減少的趨勢(shì)。2015年至2017年遼寧省前兆臺(tái)網(wǎng)不明原因異常的跟蹤情況見(jiàn)表1、表2和表3。

表1 2015年前兆跟蹤分析不明原因事件統(tǒng)計(jì)

表2 2016年前兆跟蹤分析不明原因事件統(tǒng)計(jì)

表3 2017年前兆跟蹤分析不明原因事件統(tǒng)計(jì)

2017上半年繼續(xù)跟蹤的只有1項(xiàng)不明原因異常，為岫巖1井水溫。岫巖1井水溫自2013年9月加速上升后略有下降，9月15日至今處于不明原因的高值波動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)臺(tái)站人員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，觀測(cè)背景無(wú)明顯改變，無(wú)人為影響因素，周?chē)h(huán)境未見(jiàn)異常，儀器自身運(yùn)行良好。但從2015年1月開(kāi)始，數(shù)據(jù)有下降趨勢(shì)，2015年3月份數(shù)據(jù)又上升，是否會(huì)恢復(fù)到歷史正常值，臺(tái)站人員及區(qū)域中心人員將對(duì)此套儀器繼續(xù)跟蹤觀察。2016年4月數(shù)據(jù)有小幅度上升，幅度變化為0.0065℃。9月份有小幅趨勢(shì)下降，變化為0.0062℃，10月7日由先前低值再次出現(xiàn)轉(zhuǎn)折上升，10月末水溫恢復(fù)6—9月份水平，12月再次在較高水平波動(dòng)，2016年12月平均變化幅度為0.0031℃。2017年以來(lái)數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)。

圖1 2013年以來(lái)岫巖1井水溫儀深層水溫不明原因異常曲線Fig.1 Unexplained anomaly curves of the water temperature in the deep Xiuyan-1 Well since 2003

對(duì)上述不明原因事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表4），可以看到遼寧前兆跟蹤分析不明原因事件總數(shù)是逐年減少的，原因是：（1）近年來(lái)運(yùn)行管理技術(shù)要求出臺(tái)和跟蹤分析規(guī)范落實(shí)，單點(diǎn)突跳、出現(xiàn)臺(tái)階、急速上升、下降等似預(yù)處理事件不再列為不明原因事件；（2）對(duì)一些疑似儀器老化和相關(guān)性的干擾較大的事件，又查明不了原因的異常，異常類(lèi)型多了“疑似故障或干擾”選項(xiàng)，不再列為不明原因事件；（3）通過(guò)開(kāi)展數(shù)據(jù)跟蹤分析，臺(tái)站人員對(duì)地震前兆異常深入理解和研究，更準(zhǔn)確的排除觀測(cè)系統(tǒng)、人為干擾、場(chǎng)地環(huán)境等干擾事件，跟蹤不明原因異常。

表4 不明原因異常時(shí)間比例統(tǒng)計(jì)表

表5 2014年以來(lái)前兆異常跟蹤統(tǒng)計(jì)表

表6 異常跟蹤未結(jié)束統(tǒng)計(jì)比例

2 預(yù)報(bào)研究中心會(huì)商異常跟蹤

2.1 預(yù)報(bào)研究中心異常跟蹤

預(yù)報(bào)研究中心每天掃描前兆數(shù)據(jù)，并在周、月會(huì)商中提出追蹤地震前兆長(zhǎng)、中、短臨異常，對(duì)2014年以來(lái)預(yù)報(bào)分析中心在會(huì)商時(shí)提出的異常進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表5-6）。

預(yù)報(bào)研究中心對(duì)于前兆異常除了長(zhǎng)期和中長(zhǎng)期分析跟蹤，對(duì)于短期異常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)。短期的主要是宏觀異常核實(shí)，包括新民臺(tái)靜水位升高異常、丹東市樓房鎮(zhèn)小孤山村井水發(fā)渾

圖2 盤(pán)一井水氡2007—2017年異常跟蹤數(shù)據(jù)圖Fig.2 The tracking data curves of water radon anomaly of Pan No.1 Well

2.3 震例對(duì)應(yīng)

對(duì)于疑似前兆異常用震例來(lái)佐證，附上預(yù)報(bào)效能，前兆異?？尚哦却蟠筇岣?。在前兆臺(tái)網(wǎng)跟蹤分析中沒(méi)有對(duì)應(yīng)，而在預(yù)報(bào)研究中心的數(shù)據(jù)中有較好的震例對(duì)應(yīng)。

朝 陽(yáng) 石 英 擺SQ-70異 常 描 述：（1） 自2010年出現(xiàn)NS向N傾轉(zhuǎn)向S傾趨勢(shì)異常，2012年再次出現(xiàn)S傾轉(zhuǎn)向N傾趨勢(shì)異常，2012年最大年變幅較2011年高出200+ms；EW向2010年底出現(xiàn)W傾轉(zhuǎn)向E傾趨勢(shì)轉(zhuǎn)向，2011年年變幅較2010年高200+ms，并異常、丹東局濱江井水位升高異常等等。宏觀短期異常比較多，大部分核實(shí)都是孤立事件，這里不做統(tǒng)計(jì)（表6）。

2.2 數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用

對(duì)異常性質(zhì)和異常持續(xù)時(shí)間直觀的分類(lèi)，并且用數(shù)學(xué)方法分析破年變異常，做一階差分、均值曲線等。

盤(pán)一井水氡自2011年4月19日起出現(xiàn)趨勢(shì)性大幅度高值突跳異常變化，持續(xù)至今。在異常發(fā)展過(guò)程中連續(xù)發(fā)生了2013年1月23日遼陽(yáng)燈塔M5.1級(jí)地震和2013年4月22日通遼M5.3級(jí)地震，兩次地震后該異常并未出現(xiàn)明顯的恢復(fù)跡象，測(cè)值仍保持大幅度波動(dòng)變化，2015年以來(lái)有恢復(fù)的跡象，但截止2017年5月仍未完全恢復(fù)。預(yù)報(bào)效能評(píng)估等級(jí)為A類(lèi)。有明顯加速跡象，隨后兩年發(fā)生2013年遼陽(yáng)和通遼兩次5級(jí)地震； （2） 2015年后NS向S傾，EW向W傾趨勢(shì)變化，根據(jù)以往震例，需關(guān)注遼西地區(qū)發(fā)生5級(jí)左右地震危險(xiǎn)。朝陽(yáng)石英擺傾斜預(yù)報(bào)效能評(píng)估等級(jí)為A類(lèi)，異常信度等級(jí)為A。

圖3 朝陽(yáng)水平擺傾斜儀數(shù)據(jù)及震例Fig.3 Seismic case and the data of the horizontal pendulum inclinometer in Chaoyang

2.4 預(yù)報(bào)研究中心運(yùn)用評(píng)價(jià)體系

效能評(píng)估等級(jí)是分析預(yù)報(bào)中心根據(jù)測(cè)項(xiàng)的連續(xù)率、運(yùn)行率、儀器故障情況、以往震例對(duì)應(yīng)等因素，對(duì)測(cè)項(xiàng)預(yù)報(bào)效能所分的級(jí)別。預(yù)報(bào)研究中心根據(jù)“預(yù)報(bào)效能評(píng)估”對(duì)前兆異常進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)跟蹤的地震前兆異常添加評(píng)價(jià)等級(jí)。異常信度是根據(jù)前兆異常效能評(píng)估等級(jí)，綜合測(cè)項(xiàng)現(xiàn)在的異常趨勢(shì)，得出的信度等級(jí)。目前，前兆臺(tái)網(wǎng)跟蹤不明原因—疑似地震前兆異常較少，遼寧前兆臺(tái)網(wǎng)還沒(méi)有添加預(yù)報(bào)效能等級(jí)和異?？尚哦?。

3 結(jié)論與建議

（1）前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析，將單點(diǎn)突跳、出現(xiàn)臺(tái)階、急速上升、下降等數(shù)據(jù)預(yù)處理不再列為不明原因事件，更準(zhǔn)確的排除觀測(cè)系統(tǒng)、人為干擾、場(chǎng)地環(huán)境等干擾事件，不明原因的異常分析檢查能力越來(lái)越趨于疑似地震前兆異常，這種做法貼近會(huì)商實(shí)效，目前來(lái)看這種改革是正確的。

（2）當(dāng)前兆數(shù)據(jù)出現(xiàn)長(zhǎng)期趨勢(shì)性轉(zhuǎn)折時(shí)，盡管臺(tái)站可以在年終時(shí)做中長(zhǎng)趨勢(shì)的年度分析，列為不明原因事件—疑似前兆異常。但這種做法，延緩了數(shù)據(jù)異常的提出，（沒(méi)到年底就地震了）可能導(dǎo)致出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象。建議前兆臺(tái)網(wǎng)長(zhǎng)趨勢(shì)跟蹤分析應(yīng)該在周分析或者月分析及時(shí)提出來(lái)。

（3）預(yù)報(bào)研究中心除了關(guān)心異常數(shù)據(jù)曲線的走勢(shì)變化外，還關(guān)心數(shù)據(jù)曲線的變化幅度，重視數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用，而這在前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析周、月分析時(shí)經(jīng)常被忽略，在一定程度上無(wú)法判斷幅度。建議國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)中心增加臺(tái)站和區(qū)域中心數(shù)學(xué)方法運(yùn)用的培訓(xùn)。

（4）預(yù)報(bào)研究中心對(duì)前兆異常有震例對(duì)應(yīng)和預(yù)報(bào)效能評(píng)估等級(jí)做依據(jù)，增加前兆異?？尚哦?，這是前兆臺(tái)網(wǎng)跟蹤分析沒(méi)有的，建議前兆臺(tái)網(wǎng)跟蹤分析不明原因異常添加。