地下流體數(shù)據(jù)跟蹤分析的事件判別方法及分析流程

全建軍，鄭永通，陳美梅，賴(lài)見(jiàn)深，陳珊樺，林慧卿

（1.永安地震臺(tái)，福建 永安 36600；2.龍巖地震臺(tái)，福建 龍巖 364000；3.東山地震臺(tái)，福建 東山 363400；4.泉州地震臺(tái)，福建 泉州 362000）

0 引言

為進(jìn)一步推動(dòng)地震前兆臺(tái)站由觀測(cè)向觀測(cè)與應(yīng)用并重轉(zhuǎn)變，提高臺(tái)站前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和整體服務(wù)效能，實(shí)現(xiàn)地震“監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、分析”三者的有機(jī)結(jié)合，中國(guó)地震局于2014 年組織開(kāi)展地震前兆臺(tái)站數(shù)據(jù)分析跟蹤工作[1]。

數(shù)據(jù)跟蹤分析工作在全國(guó)開(kāi)展以來(lái)，各區(qū)域前兆臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行了如何改善跟蹤分析質(zhì)量以及推進(jìn)產(chǎn)出應(yīng)用、臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)背景噪聲等方面的研究，部分前兆觀測(cè)臺(tái)站也就自身存在的問(wèn)題提出解決方案，前兆數(shù)據(jù)異常排查與判斷的方法也進(jìn)一步拓展和深入[2]。但部分流體臺(tái)站觀測(cè)人員對(duì)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作中事件判別方法與分析流程還是感到經(jīng)驗(yàn)不足[3]。本文從流體臺(tái)站遇到的特殊情況、問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)正常動(dòng)態(tài)、觀測(cè)系統(tǒng)故障、自然環(huán)境干擾、場(chǎng)地環(huán)境干擾、人為干擾、地球物理事件、不明原因變化等多個(gè)方面，對(duì)地下流體數(shù)據(jù)跟蹤分析的事件判別與分析流程進(jìn)行探討，提出相應(yīng)判別方法和完整分析流程，分享數(shù)據(jù)跟蹤分析工作經(jīng)驗(yàn)，提高流體臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作質(zhì)量。

1 地下流體觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作現(xiàn)狀

國(guó)家流體臺(tái)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)跟蹤分析工作于2014年7 月1 日開(kāi)始施行，至今已積累大量以周、月和年為時(shí)間尺度的跟蹤分析產(chǎn)品，為全面了解流體觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)、臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)背景噪聲提供參考，流體臺(tái)網(wǎng)整體運(yùn)行質(zhì)量和服務(wù)效能得到有效提升。目前全國(guó)已有31 家單位開(kāi)展流體數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，參加分析工作的流體臺(tái)站共計(jì)約466 個(gè)（圖1），涉及分析儀器臺(tái)套數(shù)1 080 余套，僅2018 年就有389 個(gè)臺(tái)站757 套儀器記錄各類(lèi)事件（不含正常）共計(jì)4 028 條。

圖1 國(guó)家流體臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)臺(tái)站分布圖

流體臺(tái)站觀測(cè)人員使用“前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件”，每周一定期開(kāi)展前兆數(shù)據(jù)的跟蹤分析工作，系統(tǒng)研究上一周本臺(tái)流體測(cè)項(xiàng)的前兆資料變化，產(chǎn)出數(shù)據(jù)分析報(bào)告，通過(guò)“前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一匯總，保存至國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并依托臺(tái)網(wǎng)中心的網(wǎng)站提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。流體臺(tái)站觀測(cè)人員根據(jù)《數(shù)據(jù)跟蹤分析技術(shù)指南》制定的分析步驟，對(duì)本臺(tái)站流體數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行判斷。當(dāng)流體數(shù)據(jù)出現(xiàn)顯著變化時(shí)，需對(duì)臺(tái)站觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)開(kāi)展分析，例如對(duì)站點(diǎn)儀器運(yùn)行環(huán)境開(kāi)展調(diào)查，排除人為因素以及保障設(shè)施等多方面干擾，綜合臺(tái)站觀測(cè)與工作日志等有關(guān)信息，得出數(shù)據(jù)變化原因。流體臺(tái)站人員還需每月5 號(hào)之前進(jìn)行數(shù)據(jù)月分析工作，若找到新的或遺漏的流體數(shù)據(jù)變化，需補(bǔ)錄到事件記錄并進(jìn)行復(fù)核。區(qū)域前兆臺(tái)網(wǎng)中心在臺(tái)站完成數(shù)據(jù)分析之后的第二天，對(duì)臺(tái)站上周所有的事件記錄進(jìn)行審閱；每月10 號(hào)之前還需對(duì)臺(tái)站上月的事件記錄進(jìn)行審閱，生成上月的數(shù)據(jù)跟蹤分析月報(bào)與圖集，并于10 號(hào)前傳送至國(guó)家前兆臺(tái)網(wǎng)中心。

在地下流體觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作中，流體臺(tái)站的分析工作起到了基礎(chǔ)性作用。該工作的開(kāi)展豐富了流體觀測(cè)臺(tái)站的工作內(nèi)涵，由單純的日常觀測(cè)向資料的分析應(yīng)用轉(zhuǎn)變，更加強(qiáng)調(diào)觀測(cè)資料的特征分析和異常信息的判別核實(shí)，將流體臺(tái)站的觀測(cè)工作推進(jìn)到一個(gè)更深層次，促進(jìn)流體臺(tái)站人員利用第一手觀測(cè)資料更好地開(kāi)展數(shù)據(jù)分析研究與產(chǎn)出應(yīng)用工作，為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和相關(guān)科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 數(shù)據(jù)跟蹤分析事件的判別方法及分析流程

地下流體跟蹤分析事件是指引起流體臺(tái)站前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)變化的因素與過(guò)程。根據(jù)不同的影響因素與過(guò)程，將地下流體跟蹤分析事件分為正常動(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7 大類(lèi)。正常動(dòng)態(tài)的分析為數(shù)據(jù)分析提供了背景參考，后6 類(lèi)非正常動(dòng)態(tài)中前5 類(lèi)都是對(duì)數(shù)據(jù)變化原因進(jìn)行干擾排查（表1）。因此，總結(jié)地下流體跟蹤分析事件的判別方法和分析流程，可為提取地震異常提供較好的干擾因素排查參考。

2.1 正常動(dòng)態(tài)分析

正常背景動(dòng)態(tài)可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是非地震活動(dòng)時(shí)段，無(wú)影響因素條件下，表現(xiàn)出有規(guī)律的動(dòng)態(tài)變化；另一類(lèi)是各種影響因素作用下，多年形成的相對(duì)穩(wěn)定、有規(guī)律的動(dòng)態(tài)變化。而地下流體各測(cè)項(xiàng)的正常動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)復(fù)雜多樣性，不同井的動(dòng)態(tài)類(lèi)型不同，同一口井不同測(cè)項(xiàng)、同一測(cè)項(xiàng)不同時(shí)段的動(dòng)態(tài)類(lèi)型不同，動(dòng)態(tài)特征千差萬(wàn)別。研究和了解每一口井、每一個(gè)測(cè)項(xiàng)、每個(gè)時(shí)段的正常動(dòng)態(tài)是科學(xué)、正確進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、異常識(shí)別的前提和必要條件。地下流體的水位、水溫的多年趨勢(shì)動(dòng)態(tài)、年動(dòng)態(tài)、月動(dòng)態(tài)及日動(dòng)態(tài)如表2 所示。氣（水）氡的年動(dòng)態(tài)類(lèi)型有夏高冬低、夏低冬高、平穩(wěn)型等，而氣（水）汞的年動(dòng)態(tài)類(lèi)型大都無(wú)年變或年變不清晰，少數(shù)為平穩(wěn)、夏高冬低、夏低冬高。

表1 典型干擾事件的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)特征及解決措施

2.2 觀測(cè)系統(tǒng)事件

地下流體觀測(cè)系統(tǒng)事件主要是指觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)（儀器、供電、通訊、避雷等）、觀測(cè)井結(jié)構(gòu)（坍塌、老化破裂或腐蝕滲透、洗井、變徑等）、井口裝置（類(lèi)型、形狀、尺寸、材料等）、井水自流狀態(tài)（自流井的變化、斷流等）出現(xiàn)問(wèn)題或異常引起的變化。例如傳感器故障、主機(jī)故障、數(shù)采故障、通信故障、避雷故障、供電故障、UPS 故障、時(shí)鐘誤差、線(xiàn)路故障、脫氣-集氣裝置故障、井口裝置故障、井孔滲漏、井孔坍塌、井管破裂、井孔淤塞、井（泉）泄流口堵塞與疏通、井水?dāng)嗔?、閃爍室故障、抽氣泵故障、抽水泵故障、人工與模擬設(shè)備故障、交直流切換干擾等。

需注意的是：①觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)中，明確原因引起的、小于4 h 的觀測(cè)系統(tǒng)事件無(wú)需分析；②因自然環(huán)境、場(chǎng)地環(huán)境、人為干擾、地球物理場(chǎng)事件等，導(dǎo)致觀測(cè)系統(tǒng)故障產(chǎn)出無(wú)效數(shù)據(jù)或無(wú)數(shù)據(jù)，也應(yīng)歸類(lèi)到觀測(cè)系統(tǒng)。

2.2.1 觀測(cè)儀器故障

判斷流體觀測(cè)儀器是否發(fā)生故障，首先應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行全面檢查：包括檢查傳感器、數(shù)采是否出現(xiàn)故障，線(xiàn)路接口有無(wú)故障，儀器接地是否良好、打印機(jī)有無(wú)故障，打印結(jié)果有無(wú)錯(cuò)誤，時(shí)間服務(wù)裝置有無(wú)故障，儀器各個(gè)參數(shù)設(shè)置是否正確，儀器操作有無(wú)不當(dāng)?shù)?。如果未發(fā)現(xiàn)異常，可采取對(duì)比觀測(cè)、檢測(cè)、測(cè)試等方法來(lái)檢查儀器系統(tǒng)是否工作正常。

其次，如果流體觀測(cè)儀器出現(xiàn)故障，無(wú)論是物理觀測(cè)還是化學(xué)觀測(cè)，從數(shù)據(jù)變化形態(tài)和變化幅度上均容易判斷，例如數(shù)據(jù)出現(xiàn)大幅階變、突跳，并伴有無(wú)效數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)（圖2），在排除人為干擾后，基本能判斷是傳感器出現(xiàn)故障。

表2 水位、水溫的正常動(dòng)態(tài)類(lèi)型

圖2 流體儀器傳感器出現(xiàn)故障時(shí)的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

2.2.2 供電系統(tǒng)故障

判斷供電系統(tǒng)是否發(fā)生故障，首先應(yīng)對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，包括交流供電是否正常、直流供電是否正常、交直流轉(zhuǎn)換裝置有無(wú)故障、UPS 不間斷電源有無(wú)故障等。其次從數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)上也較容易判斷，物理觀測(cè)和化學(xué)觀測(cè)類(lèi)流體儀器都會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似變化，例如寧河臺(tái)水位因停電交直流切換出現(xiàn)階變（圖3a），這主要是兩個(gè)切換瞬間的電壓脈沖造成的，此類(lèi)問(wèn)題比較普遍；新豐江中心臺(tái)水位因儀器供電電源故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常振蕩現(xiàn)象（圖3b）；永安臺(tái)水位因市電停電，UPS 不間斷電源出現(xiàn)故障，斷電期間數(shù)據(jù)缺失，供電恢復(fù)時(shí)水位曲線(xiàn)產(chǎn)生瞬時(shí)的大幅尖峰，幅度高達(dá)210 mm，這是供電恢復(fù)伴隨的疊加電壓脈沖導(dǎo)致[4]。

圖3 流體儀器受供電系統(tǒng)故障影響的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

2.2.3 避雷系統(tǒng)故障

當(dāng)流體觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)在雷雨天氣出現(xiàn)突跳或毛刺現(xiàn)象時(shí)，需檢查流體觀測(cè)房避雷是否正常、供電線(xiàn)路避雷是否正常。福建局永安臺(tái)數(shù)字水位儀在安裝之初，每逢雷雨天氣就頻繁出現(xiàn)突跳或毛刺現(xiàn)象。為減少儀器受雷電影響，數(shù)字化觀測(cè)儀器均要求有良好接地[5]，永安井水位儀接地是將主機(jī)后面板上的黃色地線(xiàn)接線(xiàn)柱直接焊在地網(wǎng)上，工作人員對(duì)永安井的接地情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)主機(jī)地線(xiàn)接線(xiàn)柱導(dǎo)線(xiàn)到地網(wǎng)的連接處出現(xiàn)焊點(diǎn)脫落情況，根據(jù)筆者以往經(jīng)驗(yàn)這有可能是助焊劑含量偏小，焊接材料氧化嚴(yán)重造成。臺(tái)站人員將地線(xiàn)接線(xiàn)柱導(dǎo)線(xiàn)重新焊接到地網(wǎng)上，此后再遇雷雨天氣時(shí)，水位觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)均保持正常形態(tài)。為徹底排除雷擊瞬間儀器對(duì)地的電位差影響，臺(tái)站人員在數(shù)字水位儀已有接地方式基礎(chǔ)上添加用導(dǎo)線(xiàn)連接儀器外殼和井壁的接地方式。

流體觀測(cè)房避雷系統(tǒng)出現(xiàn)故障大部分是接地出現(xiàn)問(wèn)題，物理觀測(cè)和化學(xué)觀測(cè)的流體數(shù)據(jù)形態(tài)在分鐘值曲線(xiàn)上均表現(xiàn)為大量高頻干擾的疊加，持續(xù)時(shí)間都不長(zhǎng)，是正常儀器噪聲的多倍，但固體潮曲線(xiàn)的基本形態(tài)保持較好，只是變化幅度加大，數(shù)據(jù)曲線(xiàn)總體給人一種不光滑的感覺(jué)（圖4）。

圖4 永安井?dāng)?shù)字水位受避雷系統(tǒng)故障影響的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

2.2.4 觀測(cè)裝置故障

當(dāng)化學(xué)觀測(cè)類(lèi)流體儀器出現(xiàn)裝置故障時(shí)，需檢查脫氣裝置進(jìn)水管是否堵塞、輸氣管是否不暢或漏氣。如阜新臺(tái)氣氡2012 年3 月6 日16—21 時(shí)因脫氣裝置進(jìn)水管被污物堵塞，測(cè)值從35 L 下降至21 L（圖5a），22 時(shí)將進(jìn)水管疏通后，測(cè)值回升至正常。

圖5 流體儀器受觀測(cè)裝置故障影響的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

當(dāng)物理觀測(cè)類(lèi)流體儀器出現(xiàn)裝置故障時(shí)，首先應(yīng)檢查其泄流口流量是否發(fā)生變化。如巴南安瀾臺(tái)2012 年1 月26 日因泄流口堵塞，水位出現(xiàn)快速上升從測(cè)壓管溢出，29 日調(diào)整泄流量，水位從1.448 m下降至0.787 m（圖5b）；31 日18 時(shí)54 分至20 時(shí)因泄流口再次堵塞，水位快速上升后再次溢出測(cè)壓管。將泄流水龍頭拆下檢查，發(fā)現(xiàn)水龍頭被污物堵塞，更換泄流裝置后正常。

2.2.5 分析流程

通過(guò)分析事件時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化形態(tài)、變化幅度確定其變化類(lèi)型。若為觀測(cè)系統(tǒng)故障，繼續(xù)對(duì)儀器故障進(jìn)行排查，進(jìn)而確定影響因素（主機(jī)故障、傳感器故障、線(xiàn)路故障、時(shí)鐘紊亂等），并在分析記錄數(shù)據(jù)變化時(shí)詳細(xì)描述儀器故障的排除方法，說(shuō)明解決故障擬采取的措施，這是分析觀測(cè)系統(tǒng)故障比較完整的流程。

2.3 自然環(huán)境事件

自然環(huán)境事件是指氣壓、降雨、降雪、融雪、雷電、雷雨、溫度、濕度、氣旋、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)擾等自然環(huán)境因素，引起物理觀測(cè)和化學(xué)觀測(cè)的流體數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，出現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)、高頻擾動(dòng)、上升或下降的變化。需注意的是：

1）水位與氣壓的關(guān)系：一般對(duì)于具有明顯氣壓效應(yīng)的水位隨氣壓的變化，視為正常變化，無(wú)需做分析，若水位的氣壓效應(yīng)出現(xiàn)異?？勺龇治?；

2）水位與降雨的關(guān)系：若降雨引起水位動(dòng)態(tài)變化符合多年的背景動(dòng)態(tài)變化特征，視為正常變化，否則視為非正常變化，應(yīng)做分析。

3）水（氣）氡、水（氣）汞與氣溫的關(guān)系：若氣溫引起氡、汞動(dòng)態(tài)變化符合多年的背景動(dòng)態(tài)變化特征，視為正常變化，否則視為非正常變化，應(yīng)做分析。

做流體數(shù)據(jù)跟蹤分析時(shí)，若發(fā)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化，同時(shí)自然環(huán)境因素也出現(xiàn)異常如大風(fēng)、暴雨等，首先應(yīng)懷疑兩者的相關(guān)性，然后通過(guò)繪制對(duì)比曲線(xiàn)來(lái)判斷，也可以采用相關(guān)分析等數(shù)據(jù)處理方法來(lái)輔助判定。

2.3.1 降雨影響

多數(shù)水溫觀測(cè)及化學(xué)觀測(cè)的流體數(shù)據(jù)易受降雨影響，水溫會(huì)呈明顯趨勢(shì)性下降，氣氡、氣汞會(huì)呈明顯趨勢(shì)性上升，水氡水汞則表現(xiàn)為低值突跳。而降雨對(duì)觀測(cè)井水位的影響也是普遍存在的，這里的降雨影響主要是指降雨量比往年同期增加或減少對(duì)水位造成的影響。處于補(bǔ)給區(qū)或離補(bǔ)給區(qū)較近或上層隔水較差，造成地下水位對(duì)降雨的快速響應(yīng)變化的情形，多數(shù)水位觀測(cè)受降雨影響呈現(xiàn)明顯趨勢(shì)性上升。如永安臺(tái)SWY-II 數(shù)字水位儀2019 年5 月16 日10 時(shí)16 分 至5 月17 日16 時(shí)53 分 受 降雨88.9 mm 的影響，導(dǎo)致水位大幅度突升495 mm，滯后約6 h。隨著降雨停止，曲線(xiàn)逐步恢復(fù)正常趨勢(shì)（圖6）。

圖6 永安井5 月15—19 日數(shù)字水位受降雨影響的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

對(duì)于常規(guī)降雨引起的常規(guī)變化可不分析，如過(guò)度分析事件：忻州鴉兒坑數(shù)字水位儀2015 年9 月4 日00 時(shí)至2015 年9 月6 日23 時(shí)水位上升，上升幅度約0.044 m，為9 月4 日和9 月6 日降雨干擾所致。具體降雨量數(shù)據(jù)分別為9 月4 日14.5 mm，9 月5 日0.1 mm，9 月6 日7.8 mm。

2.3.2 雷電、大風(fēng)、氣壓影響

雷電容易使物理觀測(cè)和化學(xué)觀測(cè)的流體數(shù)據(jù)曲線(xiàn)出現(xiàn)階變、突跳；大風(fēng)主要是對(duì)水位造成影響，導(dǎo)致觀測(cè)曲線(xiàn)噪聲變大、畸變等，如：2012 年06 月26 日，錦州沈家臺(tái)水位因大風(fēng)造成動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)出現(xiàn)畸變（圖7）。氣壓變化容易使水位、水溫、水（氣）氡、水（氣）汞觀測(cè)曲線(xiàn)出現(xiàn)同步波動(dòng)變化，如出現(xiàn)鼓包、鋸齒變化等，氣壓穩(wěn)定后，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

2.3.3 分析流程

圖7 沈家臺(tái)水位因大風(fēng)干擾造成數(shù)據(jù)曲線(xiàn)出現(xiàn)畸變

首先，分析事件時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化形態(tài)和幅度，然后確定變化類(lèi)型，若為自然環(huán)境干擾，對(duì)比同臺(tái)、同時(shí)段的輔助觀測(cè)資料，進(jìn)而確定影響因素（氣壓、降雨、雷電、溫度等），在分析記錄的圖件中給出輔助觀測(cè)資料，數(shù)據(jù)變化描述說(shuō)明理論依據(jù)，最后給出解決方法，這是分析自然環(huán)境干擾比較完整的流程。

2.4 場(chǎng)地環(huán)境事件

地下流體觀測(cè)臺(tái)站的場(chǎng)地環(huán)境干擾因素很多，如地表水體（江、河、湖泊）的漲落、人工湖和水庫(kù)注水或蓄水、地下水開(kāi)采與注水、灌溉、地表滲水、載荷干擾、振動(dòng)干擾（爆破、礦震等）、基建工程影響、井泉口改造施工、滑坡與泥石流（開(kāi)始活動(dòng)與加劇活動(dòng)等）、采礦活動(dòng)、油田生產(chǎn)（開(kāi)采井與開(kāi)采層的變化、注水井與注水層的變化等）、礦井疏干（疏干與疏干量變化，礦井淹沒(méi)與停疏等）、礦山爆破與礦井坍塌（爆破與坍塌的部位與規(guī)模等）、機(jī)械振動(dòng)（火車(chē)與載重車(chē)通過(guò)等）、井（泉）水?dāng)嗔鞯?，其中較為典型的干擾是抽水和地表水體變化。對(duì)場(chǎng)地環(huán)境事件的判別，主要通過(guò)收集資料、野外調(diào)查與試驗(yàn)、室內(nèi)資料分析等方法進(jìn)行。場(chǎng)地環(huán)境事件對(duì)觀測(cè)曲線(xiàn)的影響形態(tài)主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是突跳、階變、噪聲大等形態(tài)，影響因素多為振動(dòng)干擾、基建工程等；另一類(lèi)是上升或下降等形態(tài)，影響因素多為抽水、排水和蓄水等。

2.4.1 抽水影響

抽水會(huì)對(duì)水氡、水汞以及物理觀測(cè)類(lèi)流體數(shù)據(jù)造成影響，而對(duì)氣氡、氣汞觀測(cè)影響很小。當(dāng)觀測(cè)井中的水位突然出現(xiàn)大幅度下降，且持續(xù)一段時(shí)間后才開(kāi)始回升，在確認(rèn)觀測(cè)系統(tǒng)正常后，需調(diào)查周邊是否存在打井、或抽水井的抽水量變化情況。如：2012 年11 月19 日，寧河臺(tái)流體井北面的大北中學(xué)院內(nèi)（400 m 處）新打一口300 m 左右深的生活用水井，11 月26 日成井隨后進(jìn)行洗井，當(dāng)日13 時(shí)寧河臺(tái)流體井水位、水溫大幅度下降，28 日基本恢復(fù)（圖8）。

2.4.2 人工湖、水庫(kù)水位變化

人工湖、水庫(kù)水位變化會(huì)對(duì)水氡、水汞以及物理觀測(cè)類(lèi)流體數(shù)據(jù)造成影響，而對(duì)氣氡、氣汞觀測(cè)影響很小。觀測(cè)井周邊存在人工湖或水庫(kù)等地表水體，且它們直接存在一定的水力聯(lián)系，當(dāng)觀測(cè)井水位出現(xiàn)較大幅度上升或下降變化時(shí)，應(yīng)調(diào)查周邊水體的水位變化情況，并進(jìn)行對(duì)比分析。如2012年9 月10 日三峽水庫(kù)開(kāi)始第三次試驗(yàn)性蓄水，水庫(kù)起始水位為150～155 m，到10 月8 日壩前水位已經(jīng)達(dá)到173.23 m，10 月底蓄水至175 m。受三峽水庫(kù)蓄水影響，萬(wàn)州溪口水位也出現(xiàn)同步上升變化，二者表現(xiàn)出良好的正相關(guān)性（圖9）。

圖8 寧河臺(tái)流體井水位、水溫受抽水故障影響的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

圖9 萬(wàn)州溪口臺(tái)水位與三峽水庫(kù)壩前水位的對(duì)比曲線(xiàn)圖

2.4.3 分析流程

首先分析事件時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化形態(tài)和幅度，然后確定變化類(lèi)型，若為場(chǎng)地環(huán)境干擾，就需考察臺(tái)站周邊環(huán)境，找到干擾源，進(jìn)而確定影響因素（爆破干擾、車(chē)輛干擾、灌溉、水（油）井泉抽水等），確定干擾源的方位、距離及強(qiáng)度相關(guān)特征，最好能有手持GPS 定位儀，測(cè)量出干擾源和觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)、緯度，量化干擾源的位置和距離。在分析記錄的數(shù)據(jù)變化描述中詳細(xì)敘述，最后給出處理意見(jiàn)。

2.5 人為干擾事件

地下流體觀測(cè)人為干擾主要包括調(diào)試儀器（老化、故障、更新等）、校測(cè)與標(biāo)定儀器（是否按規(guī)定進(jìn)行、是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行、標(biāo)定結(jié)果是否在誤差范圍內(nèi)、有無(wú)按規(guī)定校準(zhǔn)等）、探頭擾動(dòng)、取水化學(xué)樣品（采集位置、采集方式、取樣容器等）、觀測(cè)井抽水、放水、出水口人為堵塞、人為調(diào)節(jié)泄流口等。這種人為干擾持續(xù)時(shí)間通常較短，引起的變化一般較為明顯，反映在數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)的影響主要有缺數(shù)、突跳、階變等，可以通過(guò)各種日志和臺(tái)站人員調(diào)查判斷。如2013 年9 月26 日大足拾萬(wàn)臺(tái)進(jìn)行水位校測(cè)時(shí)，臺(tái)站技術(shù)員用測(cè)鐘測(cè)量水位埋深，觸碰到同井觀測(cè)的水溫傳感器信號(hào)線(xiàn)，導(dǎo)致探頭有輕微擾動(dòng)，致使觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)起伏變化（圖10）。

分析流程：首先分析事件時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化形態(tài)和幅度，由于是人為干擾，變化類(lèi)型容易確定，在分析記錄的數(shù)據(jù)變化描述中詳細(xì)敘述人為干擾出現(xiàn)原因、時(shí)間、地點(diǎn)，最后給出處理意見(jiàn)。

2.6 地球物理事件

地下流體的地球物理事件包括地震、礦震、核爆引起的同震變化、震后效應(yīng)，地震活動(dòng)和火山活動(dòng)引起的異常變化等，其中以地震的同震變化和震后效應(yīng)最為普遍。地下流體測(cè)項(xiàng)出現(xiàn)同震、震后效應(yīng)的測(cè)項(xiàng)主要為水位、水溫，也有少數(shù)數(shù)字化氣氡、氣汞亦能觀測(cè)到同震、震后效應(yīng)。地下流體的同震、震后效應(yīng)的判定，個(gè)別臺(tái)站不是很清楚，首先可以看異常是否與地震同時(shí)或之后發(fā)生，其次根據(jù)歷史地震引起的類(lèi)似變化進(jìn)行比對(duì)即可。

1）同震變化是指地震產(chǎn)生的面波在傳播過(guò)程中引起的井水位震蕩，水位對(duì)地震的響應(yīng)以波動(dòng)類(lèi)形態(tài)顯示，測(cè)值不打破原有的變化趨勢(shì)和過(guò)程，僅僅圍繞原水位線(xiàn)上下震動(dòng)；其機(jī)理是地震波傳播經(jīng)過(guò)含水層時(shí)，含水層內(nèi)會(huì)交替產(chǎn)生彈性壓縮與拉張變形，致使空隙壓力發(fā)生增加與減小的交替變化，導(dǎo)致井水位發(fā)生上升與下降相交替出現(xiàn)的震蕩變化[6]。2018 年1 月23 日17 時(shí)31 分，阿拉斯加灣（55.96°N，149.13°E）發(fā)生8.0 級(jí)地震，震源深度10 km，震中距7 859 km，永安臺(tái)SWY-II 數(shù)字水位儀記錄到同震變化（圖11）。

2）震后效應(yīng)是指水位對(duì)地震的響應(yīng)打破了原有的變化過(guò)程而引起井水位快速上升或下降，這種變化一旦出現(xiàn)將持續(xù)一定時(shí)間或產(chǎn)生永久性變化。北京時(shí)間2014 年10 月14 日17 時(shí)27 分，河北省唐山市灤縣（39.7°N，118.7°E）發(fā)生3.3 級(jí)地震，震源深度8 km，震中距111 km，寶坻新臺(tái)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)17 時(shí)53 分開(kāi)始出現(xiàn)下降變化，變幅0.01 m 左右(圖12)。

分析流程：首先分析事件時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化形態(tài)和幅度，不同學(xué)科的地球物理事件變化形態(tài)不同；再進(jìn)一步確定變化類(lèi)型，在分析記錄的數(shù)據(jù)變化描述中詳細(xì)敘述事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)等信息，最后給出處理意見(jiàn)。

圖10 大足拾萬(wàn)臺(tái)水溫觀測(cè)受人為干擾影響的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)圖

圖11 2018 年1 月23-24 日永安深井記錄到阿拉斯加灣8.0 級(jí)地震的同震效應(yīng)曲線(xiàn)

圖12 2014 年10 月14 日寶坻新臺(tái)水位受震后效應(yīng)觀測(cè)曲線(xiàn)圖

2.7 不明原因事件

在地下流體觀測(cè)中，每個(gè)臺(tái)站的每個(gè)測(cè)項(xiàng)動(dòng)態(tài)中都有可能出現(xiàn)異常動(dòng)態(tài)。每當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常動(dòng)態(tài)時(shí)，按照觀測(cè)系統(tǒng)故障、觀測(cè)環(huán)境變化（自然環(huán)境、場(chǎng)地變化、人為干擾）、地震異常等幾大方面進(jìn)行分析后，排除以上幾種干擾因素，仍無(wú)法找到緣由的異常就是不明原因事件。不明原因事件判別時(shí)，首先應(yīng)分析正常背景動(dòng)態(tài)，排除背景動(dòng)態(tài)的可能性，可以繪制多年的對(duì)比曲線(xiàn)，判斷此變化是否為多年、或有規(guī)律的變化。如水位每到7—8 月出現(xiàn)峰值，本次變化亦是在7 月出現(xiàn)峰值，且峰值與往年相比沒(méi)有明顯降低或抬升，可以認(rèn)為此變化為背景的動(dòng)態(tài)變化，否則即為異常變化。該事件的判別基本方法：資料分析、調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)與觀測(cè)環(huán)境調(diào)查、綜合分析判斷。

分析流程：首先分析事件時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化形態(tài)和幅度，當(dāng)進(jìn)行全面排查仍無(wú)法確定歸入其他事件類(lèi)別時(shí)，才能歸入不明原因。若為不明原因事件，需要從儀器工作狀況、調(diào)查周邊環(huán)境、觀測(cè)歷史資料、氣象因素分析等方面開(kāi)展異常核實(shí)。在分析記錄的數(shù)據(jù)變化描述中要簡(jiǎn)單敘述核實(shí)內(nèi)容，并給出確定的影響因素，對(duì)于不明原因事件，要持續(xù)跟蹤分析，直到查明原因。

3 建議與結(jié)論

經(jīng)過(guò)6 年多的流體數(shù)據(jù)跟蹤分析工作實(shí)踐，得到兩方面工作體會(huì)。

1）需對(duì)臺(tái)站人員進(jìn)行跟蹤分析培訓(xùn)，提高業(yè)務(wù)能力。目前臺(tái)站人員數(shù)據(jù)跟蹤分析業(yè)務(wù)水平參差不齊，區(qū)域地震前兆中心定期開(kāi)展培訓(xùn)并現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，規(guī)范分析流程，以便及時(shí)找出錯(cuò)誤并解決。

2）注意相互交流溝通。地震前兆臺(tái)站與區(qū)域前兆中心、學(xué)科臺(tái)網(wǎng)中心之間可通過(guò)電話(huà)、QQ 等方式加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作的交流溝通，分享彼此的工作經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明，及時(shí)必要的交流溝通，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，從而提高工作效率。

數(shù)據(jù)跟蹤分析是一項(xiàng)探索性較強(qiáng)的工作，亦是臺(tái)站工作人員面對(duì)的1 個(gè)全新課題。本文分類(lèi)歸納了地下流體數(shù)據(jù)跟蹤分析的事件判別方法與分析流程，為使用相同觀測(cè)儀器的流體臺(tái)站提供了一定的參考依據(jù)，也有助于今后在數(shù)據(jù)跟蹤分析中快速排查數(shù)據(jù)異常原因，對(duì)正確判斷數(shù)據(jù)、提取有用的地震前兆異常信息有一定的幫助。