昭通巡龍測震臺觀測資料質(zhì)量分析與研究

馬敏偉　李剛　彭登靖　秦波　張鴻滔　馬達

摘要以昭通巡龍測震臺2018—2021年間國家測震臺站觀測資料質(zhì)量評估結(jié)果為基礎(chǔ)，通過分析歷年扣分問題及產(chǎn)生問題的原因，結(jié)合臺站實際情況，給出了提升資料分析水平和加強系統(tǒng)運行能力等方面相應(yīng)的經(jīng)驗及技術(shù)對策。為今后有針對性、有計劃地提高昭通巡龍測震臺測震觀測質(zhì)量提供可遵循的依據(jù)，并對本臺及兄弟臺站提高測震觀測資料質(zhì)量具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞巡龍測震臺；觀測質(zhì)量；資料分析；系統(tǒng)運行

中圖分類號： P315.78文獻標識碼： A文章編號：2096-7780（2023）05-0221-07

doi：10.19987/j.dzkxjz.2022-119

Analysis and research on the quality of observation data of ZhaotongXunlong seismic station

Ma Minwei，Li Gang，Peng Dengjing，Qin Bo，Zhang Hongtao，Ma Da

（Zhaotong Seismic Monitoring Center Station， Yunnan Zhaotong 657000， China）

AbstractBased on the quality evaluation results of the national seismic stations from 2018 to 2021 at ZhaotongXunlong seismic sation，the improvement data analysis is given by analyzing the deduction of points and the reasons for the problems over the years. Combined with the actual situation of the station，corresponding experience and technical countermeasures such as level and strengthening system operation ability are presented. In order to improve the quality of seismicobservationsattheZhaotongXunlongseismicstationinthefuture，itprovidesaprincipletofollowand significance guide for the improvement of the quality of the seismic observation data for this station and its brother stations.

KeywordsXunlong seismic station; observation quality; data analysis; system operation

引言

地震臺站是獲取多種學(xué)科觀測數(shù)據(jù)的基地，地震臺站的觀測資料是地震科學(xué)研究的最基本、最重要的部分[1]。因此，提高地震臺站觀測資料質(zhì)量，需要進行觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析及控制研究[2]，這也是地震臺站觀測中的一項必要工作。

昭通巡龍測震臺（以下簡稱昭通臺）屬于國家數(shù)字測震臺，其原址位于昭通市昭陽區(qū)南大街東南圓寶山腳下原昭通地震臺（現(xiàn)昭通中心站）內(nèi)。昭通臺始建于1964年，長期以來在地震監(jiān)測預(yù)報工作中發(fā)揮著極其重要的作用。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，臺站周圍大量新的干擾源不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有觀測環(huán)境受到嚴重的影響，因此，2015年臺站采用臺址外遷的形式，在距離原臺直線距離約15.5 km 的巡龍灣選址新建了一個測震臺站。該臺建在布滿石灰?guī)r的半山坡上，為地表式觀測，臺站高程1933 m，臺基巖性為石灰?guī)r。依據(jù)選址時計算的臺基背景噪聲水平值，對照國家標準 GBT19531.1—2004《地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求（測震部分）》規(guī)定，昭通臺屬于Ⅰ類臺。臺站所處境內(nèi)地質(zhì)斷裂構(gòu)造縱橫交錯，有近南北向構(gòu)造的小江斷裂帶，峨眉—金陽斷裂帶，還有北西向構(gòu)造的大關(guān)—馬邊斷裂帶，3條北東向構(gòu)造的巧家—五蓮峰斷裂帶、灑漁河斷裂帶、迤車斷裂帶。臺站現(xiàn)有地震監(jiān)測設(shè)備為 GL-S120型甚寬頻帶地震計及 EDAS-24 GN 數(shù)據(jù)采集器，地震計頻帶范圍為120 s—50 Hz，觀測采樣率為100 Hz。自建臺以來，臺站地震觀測資料保存完好，2017年2月正式入網(wǎng)觀測，其地理位置如圖1所示。

1 國家測震臺觀測質(zhì)量評估體系

要想提高測震資料觀測質(zhì)量就必須熟悉國家測震臺觀測質(zhì)量評估標準體系，因為它一方面指導(dǎo)著臺站的日常地震分析工作，提高常規(guī)分析數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)量；另一方面也指導(dǎo)著臺站觀測系統(tǒng)運行穩(wěn)定、連續(xù)可靠，保障產(chǎn)出完整、真實的數(shù)據(jù)[3]。

數(shù)字地震臺站觀測資料評估目前以2010年中國地震局出臺的評估標準為依據(jù)，主要包括臺站資料分析評價和系統(tǒng)運行評估兩個模塊[4]，各占100分。其中資料分析評價包括：震相分析、震級測定、單臺報告、數(shù)據(jù)報送4個項目；系統(tǒng)運行評估包括：記錄連續(xù)性、地震波形記錄質(zhì)量、脈沖監(jiān)視與儀器特性、資料保存、觀測日志5個項目，各項目分值大小及占比見表1。

從表1可以看出，震相分析和記錄連續(xù)性分別是觀測質(zhì)量評估中資料分析和系統(tǒng)運行里占比最大的兩部分，各達到了70%和55%，因此，提升震相分析水平和記錄完整性對于提高觀測資料質(zhì)量至關(guān)重要。本文也將對這兩項做重點分析。

而在資料分析評價模塊中，震相分析和震級測定又分別包括了5個和4個子項目，各子項目分值大小及占比見表2。

從表2可以看出，地震波的分析精度，在震相分析和震級測定的總分中占比超過了50%（48/90），所以，在保證地震數(shù)量的同時提升震相分析精度，很大程度上就是提高了地震觀測資料質(zhì)量。而這一點，也正是昭通臺歷年評估中扣分最嚴重的一項。

2 臺站地震觀測資料質(zhì)量評估分析

2.1 資料分析

在整個資料分析評價模塊中，除去震相分析精度這個子項目為國家臺網(wǎng)中心年終抽取4個指定地震事件，依據(jù)臺站原始波形記錄和報送的震相到時數(shù)據(jù)，進行年度復(fù)核外，其余項目均采用每月評估的方式對各項進行評估公示。根據(jù)昭通臺2018—2021年觀測資料評估通報，統(tǒng)計了歷年資料分析中各項目的得分情況（表3）。從表3可以看出，昭通臺每月的數(shù)據(jù)報送和報告編制做的相對較好，而年終復(fù)核的震相分析精度則每年均存在一定程度的扣分，總結(jié)其原因，主要是分析人員對地震波的震相識別不夠準確所致。

統(tǒng)計2018年以來昭通臺每年觀測報告分析的地震數(shù)量，依次為7678、7747、5663、4256次，呈現(xiàn)出每年遞減的趨勢；而從表3中可以看出，震相分析和震級測定的總評分每年均保持一個大致相當?shù)臓顟B(tài)，且距離滿分還有很大空間。這說明阻礙昭通臺資料分析評價的主要原因不是震相及震級數(shù)量，而是震相分析精度的高低。

根據(jù)以上分析，結(jié)合昭通臺歷年評估結(jié)果及經(jīng)驗，認為要提高資料分析質(zhì)量，需至少做好以下幾點：

（1）在震相和震級數(shù)量方面，熟悉地球內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)及各震相的傳播規(guī)律，對不同地區(qū)、震中距、深度的地震震相掌握其走時特征，熟練使用臺站數(shù)字分析軟件系統(tǒng)，在短周期、中長周期、長周期等各周期上不斷仿真，以識別最清晰的記錄，從而分析出最多的地震波震相。對于特定地區(qū)，有時候會出現(xiàn)只有初至波且面波發(fā)育而無續(xù)至波的現(xiàn)象，例如昭通臺接收到來自于震中距30°左右的日本北海道地區(qū)地震 S 波不發(fā)育，分析人員可采用借助理論震相標出續(xù)至波定出面波震級再刪除續(xù)至波的方式，從而分析出最多的震級數(shù)量。

（2）在震相分析精度方面，核準固定本臺經(jīng)緯度及高程，這影響著震相到時殘差的計算從而影響分析精度。一定要以本臺接收到的地震波形為基礎(chǔ)，分析人員經(jīng)驗為輔助，波形上記錄到的明顯震相應(yīng)全部分析出來，在波形上明顯看不出的震相，絕對不分析。昭通臺2017年之前為山洞觀測，之后搬遷更換了臺基為山坡地表觀測，部分原來能記錄到的震相新臺站未能記錄到，由于臺站分析人員的習(xí)慣和經(jīng)驗仍然標注了該震相，從而導(dǎo)致昭通臺因此扣分嚴重。兼顧數(shù)量的同時，也要保證分析精度達到要求。

（3）在數(shù)據(jù)報送和報告編制方面，嚴格按照國家地震臺站資料分析評價標準的要求，認真編制地震觀測報告；及時報送五日報、月報等各項材料，避免遲報、漏報、錯報等；臺站人員應(yīng)加強數(shù)據(jù)復(fù)核工作，減少因人為失誤導(dǎo)致的不必要扣分。

2.2 系統(tǒng)運行分析

根據(jù)昭通臺2018—2021年觀測資料評估通報，統(tǒng)計了歷年系統(tǒng)運行評分情況（表4）。從表4可以看出，昭通臺系統(tǒng)記錄連續(xù)率2018年達到了100%，而其余年份數(shù)據(jù)均有所中斷；地震波形記錄質(zhì)量2021年獲得滿分，其余年份均有不同程度的扣分；而在資料保存和觀測日志評分上，只有2018年的資料保存扣了分，其他年份均是滿分。綜合分析來看，昭通臺系統(tǒng)運行在各項評比上具備獲得滿分的條件。

2.2.1 記錄連續(xù)性分析

連續(xù)率是系統(tǒng)運行評估中權(quán)重最大的一項，記錄波形的缺失不僅影響運行質(zhì)量，也會降低地震數(shù)量的產(chǎn)出。因此，如何做好儀器正常運轉(zhuǎn)，減少數(shù)據(jù)丟失，是一項重中之重的任務(wù)。影響連續(xù)率的因素有很多種，比如：供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙收?。由于每個國家臺的工作方式和傳輸模式不一樣，有些臺站和觀測站點在同一地點，儀器維護起來比較方便；有些臺站距離觀測站點較遠，儀器維護較為困難。以昭通臺為例，觀測站點距離臺站直線距離15.5 km，開車最快需要40分鐘車程。影響2019年連續(xù)率的是數(shù)采故障，主要表現(xiàn)為數(shù)采 GPS 無法授時而斷記，這種情況在2022年也同樣出現(xiàn)了（圖2）（2022年5月11日17時）；影響2020年連續(xù)率的是網(wǎng)絡(luò)故障；而影響2021年連續(xù)率的則是客觀因素（預(yù)警基準站改造導(dǎo)致數(shù)采停電斷記）。結(jié)合本臺實際及工作經(jīng)驗，提出以下對策：

2.2.1.1 多重獨立的供電系統(tǒng)保障

臺站供電系統(tǒng)采用市電、太陽能、UPS 以及發(fā)電機等多重供電模式，彼此之間相互獨立并可不間斷切換。同時，使用智能電源管理模塊，遠程監(jiān)控各供電系統(tǒng)工作狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，臺站第一時間派人前往排除故障。平時應(yīng)定時巡視定期檢查，做好發(fā)電機的維護和燃油儲備工作，定期維護 UPS 系統(tǒng)和備用電源，做好 UPS 和電池不間斷電源的定期放電工作，確保儀器設(shè)備的正常運行。

2.2.1.2 充足高質(zhì)的備機備件保障

充分利用現(xiàn)有條件，實現(xiàn)觀測系統(tǒng)多備份。測震觀測系統(tǒng)中，無論是地震計還是數(shù)據(jù)采集器甚至是信號線，都應(yīng)該留有相應(yīng)的備機備件，尤其數(shù)采，它的好壞直接影響臺站的連續(xù)率，當?shù)卣鹩嫵霈F(xiàn)故障或數(shù)采死機無法啟動時，及時更換儀器，數(shù)采的各項參數(shù)應(yīng)提前配置好，保障記錄的連續(xù)性。同時，臺站數(shù)據(jù)實時接收系統(tǒng)具有存儲、處理及維持該系統(tǒng)正常運行的功能，具備高質(zhì)量的運行系統(tǒng)硬件及多備份，是地震波形記錄連續(xù)完整的有力保障。

2.2.1.3 穩(wěn)定及時的傳輸服務(wù)保障

測震數(shù)據(jù)的傳輸直接影響觀測資料的連續(xù)與可靠，網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)當保證至少有兩家運營商，實現(xiàn)雙線路或三線路相互補充系統(tǒng)。臺站技術(shù)人員可與當?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)運營商溝通協(xié)調(diào)，將觀測站點鑰匙留給運營商，當儀器出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時，由網(wǎng)絡(luò)運營商直接提前到達站點進行簡單判斷，爭取時間，確保網(wǎng)絡(luò)通暢的時效性。

2.2.1.4 認真負責(zé)的運維隊伍保障

臺站設(shè)立片區(qū)儀器運維室，培養(yǎng)專門技術(shù)人員，成立監(jiān)測運行保障小組，隨時為儀器運維服務(wù)。保障組成員要熟練掌握觀測儀器性能和指標，掌握儀器維修維護技能和常見故障排除方法，能及時處理儀器設(shè)備故障。

運維室制定相應(yīng)的運維保障制度和應(yīng)急預(yù)案。例如，要求值班人員白天每2小時、晚上每4小時檢查所有儀器的工作情況，保證經(jīng)常檢查、節(jié)假日前加密巡檢、及時發(fā)現(xiàn)、立即排除的措施落實到位。合理安排班次，監(jiān)測運行保障小組成員要求保持通訊暢通，手機24小時處于開機狀態(tài)。當儀器出現(xiàn)故障時，臺站維護人員要立即行動，不管刮風(fēng)下雨或是白天黑夜，爭取在最短的時間內(nèi)使儀器能夠正常運轉(zhuǎn)。

同時，及時維修、保養(yǎng)車輛，保持車輛的良好狀態(tài)，隨時能為運維工作提供安全的交通服務(wù)。

2.2.2 地震波形記錄質(zhì)量分析

地震波形記錄的質(zhì)量直接影響著資料分析的質(zhì)量，當波形記錄失真而無法清晰記錄到地震時，資料分析也就沒有了震相基礎(chǔ)。從表4可以看出，昭通臺波形記錄質(zhì)量得分連年增長，2021年達到了滿分。分析前面幾年扣分的原因，主要是評估報送的地震事件波形文件命名格式錯誤或保存格式錯誤。除此之外，在以往省評結(jié)果中，昭通臺還出現(xiàn)了地震事件截取不完整，初至波到時截取時長不夠或截取過長等問題，這些皆為人為原因造成的，屬于可避免的問題，提高觀測人員的工作水平即可達到。

而對于記錄波形的失真，其原因主要有：①數(shù)采參數(shù)設(shè)置有誤；②數(shù)采故障；③地震計故障，零漂；④信號線漏電；⑤觀測環(huán)境變化等。一般來說，長期運行的地震監(jiān)測系統(tǒng)其數(shù)采參數(shù)設(shè)置相對固定，只有在更換數(shù)采時可能出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置有誤的現(xiàn)象，觀測運維人員加強業(yè)務(wù)水平可避免。針對原因②、③和④， 屬于觀測系統(tǒng)故障，備機備件的及時更換是保障其質(zhì)量的基礎(chǔ)。

至于觀測環(huán)境的變化，主要是臺站周邊人類活動等對地震波形的干擾。以昭通臺2020年為例，臺站春秋兩季高頻部分的干擾大于夏冬兩季，主要原因是臺站所在位置為昭通灑漁蘋果種植基地，地震臺站周邊被農(nóng)戶種植的蘋果樹包圍。春季時分，農(nóng)戶在蘋果基地里面利用旋耕機翻地；蘋果收成時節(jié)，地震臺站周邊來來回回拉蘋果的三輪車加大了觀測環(huán)境的干擾，從而導(dǎo)致在這兩季近震初至波震相的識別困難（圖3和圖4）。場地地動噪聲大小直接關(guān)系到臺站測震觀測環(huán)境及對地震的監(jiān)測能力[5]。平常工作人員應(yīng)不定時檢查臺站周邊環(huán)境，計算臺站臺基背景噪聲值，通過背景噪聲水平在不同時期不同頻段的變化規(guī)律，為臺站的地震波形記錄質(zhì)量和地震分析提供參考，提高相應(yīng)時段和頻段的測震監(jiān)控能力。

2.2.3 脈沖監(jiān)視與儀器特性分析

根據(jù)國家測震臺網(wǎng)運行管理細則要求，國家數(shù)字地震臺每年需進行標定，并將標定波形文件及計算結(jié)果上傳臺網(wǎng)中心地震臺網(wǎng)部。這兩項標定是監(jiān)視觀測系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)、顯示儀器特性的重要指標，導(dǎo)致這部分扣分的主要原因有：

（1）正弦、脈沖標定文件格式錯誤。昭通臺2019年扣分原因即為脈沖波形格式錯誤，工作人員將dat格式的文件未經(jīng)轉(zhuǎn)換直接修改后綴名為 seed 格式，導(dǎo)致了評比的扣分。

（2）周期、阻尼、靈敏度超限。按照規(guī)定，標定計算出的地震計工作周期和阻尼變化不應(yīng)超過5%，或靈敏度變化不應(yīng)超過10%。由于儀器出現(xiàn)故障未及時維修和更換會導(dǎo)致這種情況發(fā)生，此外，儀器響應(yīng)參數(shù)的變化也會影響標定結(jié)果。比如昭通臺2022年下半年的標定計算中，發(fā)現(xiàn)脈沖標定靈敏度變化值超過了30%，查找原因發(fā)現(xiàn)是因為昭通臺不僅作為國家數(shù)字測震臺，也作為國家預(yù)警項目基準臺，省局臺網(wǎng)中心工作人員為保持預(yù)警地震計標定電壓的一致性，修改了原來的標定電壓值，從而影響了計算結(jié)果。

（3）幅頻特性、響應(yīng)圖計算錯誤。昭通臺2020年正弦波標定計算頻率特性時，出現(xiàn)幅頻響應(yīng)圖掉點的情況，圖5a（錯誤）和圖5b（正常）分別為2020年和2021年幅頻響應(yīng)圖。仔細分析原因，是因為臺站工作人員對標定信號參數(shù)設(shè)置錯誤所致。

甚寬帶和超寬帶儀器要求每半年進行1次脈沖標定，每年進行1次正弦波標定；甚寬頻帶脈沖寬度為1200 s，超寬頻帶為1800 s；除此之外，臺站更換數(shù)采或維修地震計后也必須及時對儀器進行標定，避免漏標或錯標。定期檢查儀器工作狀態(tài)，按時、按規(guī)標定，及時調(diào)零，正確設(shè)置各項標定參數(shù)，計算完整，才能保證觀測數(shù)據(jù)真實可靠。

2.2.4 觀測日志和資料保存評估分析

從表4可以看出，昭通臺自2018年以來，除當年資料保存因光盤名書寫錯誤導(dǎo)致扣分外，其余年份在觀測日志和資料保存上面做得相對較好，都獲得了滿分?？偨Y(jié)本臺經(jīng)驗，主要一點為昭通臺例行當班負責(zé)，接班復(fù)核的原則，值班人員定時檢查臺站的儀器設(shè)備、市電供應(yīng)、備用電源、通信線路、觀測環(huán)境等，并做好相應(yīng)的記錄。臺站觀測人員之間應(yīng)相互溝通和交流，做好每一天的日志記錄和觀測資料歸檔，按要求報送評估材料。

3結(jié)論

本文通過對昭通巡龍測震臺歷年觀測資料評估結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)由于人為失誤導(dǎo)致的扣分在各項目中占據(jù)了大部分比例，結(jié)合國家數(shù)字測震臺站評估體系分析，得出以下結(jié)論。

（1）以人為本，不斷加強臺站分析人員自身業(yè)務(wù)水平和職業(yè)素養(yǎng)，增強專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)及相關(guān)經(jīng)驗的積累，是提升資料分析質(zhì)量的保障；不斷增強臺站運維人員的責(zé)任心和奉獻精神，產(chǎn)出連續(xù)穩(wěn)定高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，是提高系統(tǒng)運行質(zhì)量的保障。

（2）制度并行，制定職能明確、權(quán)責(zé)清晰的觀測工作規(guī)章制度，建立可行、有效的獎懲制度，通過團隊的共同協(xié)作努力，提升臺站綜合競爭力，為各項工作打好基礎(chǔ)，是提升整個觀測質(zhì)量的保障。

（3）學(xué)透規(guī)則，掌握各項評估標準和測震臺站運行細則及技術(shù)要求，加強臺站與學(xué)科組之間的交流，在排除不可控的因素外，杜絕不必要的扣分。應(yīng)充分認識到，評估只是一個手段，不是目的，鞭策大家實事求是，認真嚴謹提高觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，深入研究地震數(shù)據(jù)才是根本。

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