探討如何規(guī)范記錄前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析事件

解真，郭鵬昆，宋昭，王靜，羅娜，張明哲，田勤

(河北省地震局紅山基準(zhǔn)臺(tái)，河北 邢臺(tái) 054000)

0 引 言

為提高前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)的成果轉(zhuǎn)化率，更好地為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供可靠依據(jù)，自2012年中國(guó)地震局組織前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析(以下簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)跟蹤分析)試點(diǎn)工作，經(jīng)過不斷的完善工作思路和內(nèi)容，于2014年正式在全國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)開展數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，并將此項(xiàng)工作成果列入月資料檢查和年資料評(píng)比內(nèi)容中。臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)跟蹤分析工作是以臺(tái)站的工作為基礎(chǔ)開展的，由臺(tái)站工作人員運(yùn)用數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成數(shù)據(jù)跟蹤分析事件記錄[1]。

數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件涵蓋了形變、重力、電磁和流體4大學(xué)科的觀測(cè)資料，涉及多種觀測(cè)手段。跟蹤分析事件包括文字描述和圖件，通過查看記錄到的跟蹤分析事件，非前兆數(shù)據(jù)處理人員也可以直觀的了解數(shù)據(jù)異常變化的具體形態(tài)及原因。當(dāng)前，部分臺(tái)站的跟蹤分析事件記錄仍存在起止時(shí)間錯(cuò)誤、影響因素選擇錯(cuò)誤、圖件標(biāo)注錯(cuò)誤、描述過于簡(jiǎn)單等問題，不僅影響事件記錄的質(zhì)量，還會(huì)影響非前兆數(shù)據(jù)處理人員對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化的判定和深入了解。為了進(jìn)一步提高事件記錄的質(zhì)量，為數(shù)據(jù)異常判斷提供可靠依據(jù)。本文將從跟蹤分析事件的數(shù)據(jù)類型、圖件繪制、標(biāo)注、文字描述等方面進(jìn)行探討如何規(guī)范記錄跟蹤分析事件。

1 選取數(shù)據(jù)類型

記錄跟蹤分析事件時(shí)應(yīng)選取合適的數(shù)據(jù)類型，應(yīng)能明顯反應(yīng)出觀測(cè)數(shù)據(jù)受到的影響情況。目前，可用于跟蹤分析事件的數(shù)據(jù)類型包括：原始數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)。為了更好的表現(xiàn)出影響因素對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，一般根據(jù)以下規(guī)則來選擇：(1)地震事件，數(shù)據(jù)類型優(yōu)先選擇原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)包含更多的信息。(2)原始數(shù)據(jù)缺數(shù)事件，數(shù)據(jù)類型應(yīng)選擇原始數(shù)據(jù)，可以直觀體現(xiàn)出原始數(shù)據(jù)缺測(cè)，例：懷來東良地震臺(tái)TJ-2體積式鉆孔應(yīng)變儀2018年6月2日9時(shí)9分至15時(shí)17分儀器死機(jī)造成數(shù)據(jù)缺測(cè)事件，如圖1所示。(3)除了地震和原始數(shù)據(jù)缺數(shù)事件，數(shù)據(jù)類型優(yōu)先選擇預(yù)處理數(shù)據(jù)。(4)對(duì)于進(jìn)行去除臺(tái)階、尖峰、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等預(yù)處理的數(shù)據(jù)，應(yīng)原始數(shù)據(jù)與預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。(5)當(dāng)同一時(shí)間段出現(xiàn)多個(gè)不同類別事件時(shí)，可分別選擇預(yù)處理數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)記錄事件。

圖1 原始數(shù)據(jù)缺數(shù)事件曲線

2 事件分類與范圍

2.1 事件類型

根據(jù)影響前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化的具體情況，可將其動(dòng)態(tài)變化分為：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。相應(yīng)的事件類型可分為：正常事件、觀測(cè)系統(tǒng)故障事件、自然環(huán)境干擾事件、場(chǎng)地環(huán)境干擾事件、人為干擾事件、地球物理事件和不明原因事件，其中正常事件作為一種特殊事件，單獨(dú)歸為一類[2]，本文主要針對(duì)非正常事件探討如何記錄事件。

每種事件類型中均包含多個(gè)影響因素，不同的影響因素之間也有諸多內(nèi)在聯(lián)系，例如：雷擊可造成供電故障、數(shù)采故障，進(jìn)洞可造成溫度、濕度變化，以上影響因素容易選錯(cuò)，進(jìn)而導(dǎo)致事件歸類錯(cuò)誤。事件的影響因素是引起數(shù)據(jù)異常變化的最直接原因，需要具體分析事件，根據(jù)其最直接原因來選擇影響因素、歸類事件。挑選典型的易歸類錯(cuò)誤的事件，進(jìn)行分析，選擇事件類型的歸類詳見表1。

表1 事件歸類分析

數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí)，盡量查明影響因素，只有在排除前六類事件類型的影響因素后，仍無法確定影響因素時(shí)，才可歸為不明原因，添加不明原因事件記錄[4]。不明原因事件的影響因素可分為：長(zhǎng)期不明原因、中短期不明原因、疑似故障或干擾和疑似前兆異常。對(duì)出現(xiàn)不明原因的數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面論證，對(duì)比同臺(tái)多套或者多臺(tái)同套觀測(cè)儀器的數(shù)據(jù)變化，判斷數(shù)據(jù)的異常是否為疑似地震前兆異常。并需要對(duì)不明原因事件持續(xù)關(guān)注，繼續(xù)跟蹤，隨著數(shù)據(jù)的積累和進(jìn)一步的落實(shí)，若明確了事件的影響因素，需撤銷不明原因事件，重新添加相應(yīng)的事件記錄。

2.2 事件起止時(shí)間

事件起止時(shí)間是指觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化的起止時(shí)間，應(yīng)根據(jù)事件的具體情況來確定。一般根據(jù)以下規(guī)則：(1)選用分鐘值、時(shí)值和日值數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的起止時(shí)間應(yīng)分別準(zhǔn)確到分鐘、時(shí)和日。(2)選用世界時(shí)、當(dāng)?shù)貢r(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的起止時(shí)間應(yīng)采用世界時(shí)、當(dāng)?shù)貢r(shí)，在事件文字描述中也應(yīng)保持一致。(3)對(duì)于未結(jié)束的事件，結(jié)束時(shí)間應(yīng)為空，并且應(yīng)持續(xù)關(guān)注、跟蹤分析，及時(shí)更新事件記錄，事件一旦結(jié)束，應(yīng)進(jìn)一步完善事件記錄，并填寫結(jié)束日期。

2.3 事件合并

(1)同一儀器相近時(shí)間內(nèi)有多個(gè)同種影響因素的事件建議合并為一條事件，例：2018年10月11日張家口地震臺(tái)DSQ水管傾斜儀南北分量、東西分量和北西分量分別記錄到巴布亞新幾內(nèi)亞發(fā)生的M7.1級(jí)地震和千島群島發(fā)生的M6.6級(jí)地震，數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)高頻震蕩；涉縣地震臺(tái)SS-Y型銦瓦棒伸縮儀洞體應(yīng)變觀測(cè)東西分量在2018年06月10日17時(shí)54分至19時(shí)20分和11日16時(shí)32分至21時(shí)58分受氣壓干擾，曲線出現(xiàn)畸變，最大變化幅度分別為99.1×10-10、148.6×10-10，洞體應(yīng)變觀測(cè)北南分量未受影響(圖2)。

圖2 多次記錄到相同影響因素的事件曲線

(2)同一儀器同一時(shí)間段內(nèi)有多個(gè)屬于同種事件類型但不同的影響因素的事件應(yīng)合并為一條事件記錄。例：2018年11月29日懷來東良地震臺(tái)水管傾斜儀因更換垂直擺東西向、南北向擺體，整理線路，東西向、南北向曲線出現(xiàn)臺(tái)階和多次突跳變化；因人為進(jìn)洞更換垂直擺東西向、南北向擺體，北東向向曲線出現(xiàn)臺(tái)階和多次突跳變化，東西向、南北向和北東向均進(jìn)行相應(yīng)的缺數(shù)處理和臺(tái)階處理。

3 圖件繪制與標(biāo)注

3.1 圖件時(shí)長(zhǎng)范圍

記錄跟蹤分析事件時(shí)選取的圖件時(shí)間長(zhǎng)短，一般需要在主事件前后保留足夠長(zhǎng)的正常背景，可直觀表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的異常變化及其特征，前后盡量保留一倍時(shí)長(zhǎng)的正常數(shù)據(jù)曲線，且不易過長(zhǎng)。對(duì)于長(zhǎng)期趨勢(shì)性事件，需進(jìn)行年度曲線對(duì)比。對(duì)于18點(diǎn)以后記錄到的同震事件，為了完整表現(xiàn)出記錄的同震信息，建議選取上后一天的觀測(cè)數(shù)據(jù)，例：辛集冀21井觀測(cè)站ZKGD3000-NL型水位儀記錄到2018年1月23日17時(shí)31分41秒阿拉斯加灣(55.96°N，149.13°W)M8.0地震，震源深度10 km，震中距6 925 km。靜水位數(shù)據(jù)于23日17時(shí)47分至21時(shí)33分記錄到此次地震水震波，變化形態(tài)為震蕩型，最大變化幅度為0.045 5 m，如圖4所示。

圖3 同一時(shí)間段內(nèi)多次記錄到同種事件類型的事件曲線

3.2 圖件繪制

(1)繪制同軸對(duì)比圖

對(duì)于進(jìn)行去除臺(tái)階、尖峰、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等預(yù)處理的數(shù)據(jù)記錄事件時(shí)，繪制的圖件可以采用該儀器的原始和預(yù)處理數(shù)據(jù)的同軸對(duì)比圖，不僅一定程度上減少了圖件標(biāo)注的步驟，還可以更直觀的對(duì)比看出數(shù)據(jù)異常變化的形態(tài)、幅度大小等。例：隆堯紅山地震臺(tái)GM-4磁通門磁力儀，2019年11月11日20時(shí)44分至11月16日16時(shí)22分受寧東線高壓直流輸電干擾影響(位于紅山地震臺(tái)西南方約40 km)，Z分量觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生臺(tái)階，臺(tái)階量為20.7 nT，按照規(guī)范要求，對(duì)臺(tái)階進(jìn)行了處理，D分量、H分量未受影響，如圖5所示。

用數(shù)據(jù)跟蹤軟件繪制同軸對(duì)比圖的具體步驟見圖6。若同軸對(duì)比圖出現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線壓制較嚴(yán)重的情況，則不建議使用此方法繪制圖件。

圖4 地震事件曲線

圖5 高壓直流輸電干擾的事件曲線

圖6 繪制同軸對(duì)比圖的步驟

(2)添加輔助曲線

對(duì)于事件影響因素與輔助測(cè)項(xiàng)有關(guān)的事件，應(yīng)同時(shí)繪制與主測(cè)項(xiàng)異常變化關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的輔助測(cè)項(xiàng)?，F(xiàn)有的輔助測(cè)項(xiàng)為：溫度、氣壓和降雨，主要存在于自然環(huán)境干擾事件中，圖件需添加相應(yīng)的輔助測(cè)項(xiàng)。例：受氣壓影響的事件，圖件上應(yīng)添加相應(yīng)時(shí)間段氣壓的觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線，如圖2(b)所示。

對(duì)于地震事件，若曲線上記錄的地震信息不清晰或不明顯，建議添加其一階差分曲線，如圖4所示。

3.3 圖件標(biāo)注

圖件的標(biāo)注可分為方框標(biāo)注和文字標(biāo)注。一般根據(jù)以下規(guī)范來標(biāo)注：(1)圖件方框的起止范圍應(yīng)與事件的起止時(shí)間一致，不可橫切數(shù)據(jù)曲線，不可超出圖件邊框。(2)文字標(biāo)注內(nèi)容應(yīng)為事件的影響因素，建議與在跟蹤分析軟件上選擇的影響因素一致，不可遮擋數(shù)據(jù)曲線。(3)標(biāo)注地震時(shí)，建議用跟蹤分析軟件上的自動(dòng)標(biāo)注地震功能，跟蹤分析軟件增加了讀取地震基本要素的功能，通過選擇對(duì)應(yīng)的地震信息，圖件可自動(dòng)標(biāo)注地震，即方便了標(biāo)注又準(zhǔn)確、高效。(4)若當(dāng)前事件的圖件中包含其他類型事件必須用不同顏色標(biāo)注，例：隆堯大柏舍地震臺(tái)ZD9A-2B地電場(chǎng)儀在2018年11月4日和5日分別記錄到場(chǎng)地環(huán)境事件和地球物理事件，如圖7所示，其中圖7(a)為場(chǎng)地環(huán)境事件的圖件，圖7(b)為地球物理事件的圖件。

圖7 圖件標(biāo)注示例

4 文字描述

跟蹤分析事件記錄中的文字描述應(yīng)能描述完整的事件發(fā)展及其結(jié)果，包括：儀器、測(cè)項(xiàng)或測(cè)道、數(shù)據(jù)異常變化的原因、起止時(shí)間、變化形態(tài)、變化幅度、排查過程、結(jié)果與處置說明等內(nèi)容。

一般根據(jù)以下規(guī)范：(1)觀測(cè)環(huán)境事件和場(chǎng)地環(huán)境事件應(yīng)寫明具體的處置措施。(2)對(duì)于場(chǎng)地環(huán)境事件，設(shè)備漏電需描述具體的漏電設(shè)備，工程影響需描述具體工程，例如：基建工程、開挖工程等。并且應(yīng)盡量詳細(xì)描述干擾源情況，例如：干擾源方位、干擾源到臺(tái)站的距離、干擾源特點(diǎn)(包括持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度、規(guī)律性、頻次)等。(3)不明原因事件記錄的文字描述，應(yīng)包括充分論證排除觀測(cè)系統(tǒng)、自然環(huán)境、場(chǎng)地環(huán)境、人為干擾和地球物理事件的影響，首次分析發(fā)現(xiàn)、并歸類為不明原因的事件，必須在7日內(nèi)給出再分析結(jié)果，并對(duì)該事件描述進(jìn)行修改。(4)對(duì)于需添加輔助測(cè)項(xiàng)的事件，若該臺(tái)站無相應(yīng)的輔助觀測(cè)儀器，需在描述中寫明。(5)若一套儀器有多個(gè)測(cè)道或測(cè)項(xiàng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，且只有部分測(cè)道或測(cè)項(xiàng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)受到影響出現(xiàn)異常變化，應(yīng)對(duì)其他測(cè)道進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，例：張家口臺(tái)DSQ水管傾斜儀北西向因2018年7月2日9時(shí)26分至11時(shí)00分進(jìn)洞維修水平擺儀，造成曲線出現(xiàn)突跳，做突跳處理，變化幅度為3.53 ms；南北向、東西向正常。

并且，對(duì)于長(zhǎng)期存在的場(chǎng)地環(huán)境事件(軌道交通干擾除外)、長(zhǎng)期不明原因事件，建議進(jìn)行異常核實(shí)，提交核實(shí)報(bào)告；對(duì)于疑似前兆異常事件，需要進(jìn)行異常核實(shí)，提交核實(shí)報(bào)告。

5 結(jié) 論

數(shù)據(jù)跟蹤分析工作仍在不斷的探索中發(fā)展，跟蹤分析事件記錄是跟蹤分析工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和工作結(jié)果的具體體現(xiàn)，各學(xué)科對(duì)跟蹤分析事件的規(guī)范和要求也在不斷的完善，能夠簡(jiǎn)單、清晰、明了的記錄跟蹤分析事件是跟蹤分析工作人員的工作目標(biāo)。

一條完整的事件記錄包含選取數(shù)據(jù)類型、影響因素、圖件繪制、文字描述等，涵蓋內(nèi)容較多，涉及面廣。本文通過探討規(guī)范化記錄跟蹤分析事件，進(jìn)一步明確了如何選擇合理的數(shù)據(jù)類型、選擇正確的影響因素、規(guī)范的繪制圖件、簡(jiǎn)明扼要的編寫文字描述等，不斷挖掘、充分利用跟蹤分析軟件的分析功能，進(jìn)一步提高事件記錄質(zhì)量，以期為臺(tái)站的跟蹤分析工作提供參考，以期更好為會(huì)商、地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等工作提供基礎(chǔ)資料。