遼寧地震前兆臺網觀測數據跟蹤分析探討

楊振鵬，孫素梅，趙 倩，康曉珊，張 琪

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

近年來中國地震局領導高度重視震情工作，指出震情工作是地震工作的核心，一定要推進震情工作的研究。在監測預報司的領導下，推進地震前兆臺網日常工作重心從觀測向觀測、應用并重轉變[1]。2014年8月開始正式開展前兆臺網數據的日常跟蹤分析業務，前兆跟蹤分析工作的展開，強化觀測數據質量產出，加強數據處理分析工作，發揮其按照觀測數據在震情監視、會商中的作用，使監測與預報更好的結合，有利于服務地震監測和科學研究。跟蹤分析工作納入國家臺網年度評比，遼寧省前兆臺網近年取得較好的名次。

自跟蹤分析工作開展以來，已經更新到二代版本，數據異常跟蹤分析工作有條不紊的進行，目前遼寧區域前兆數據跟蹤分析工作已經參與到預報中心會商中來，借著預報分析改革的東風，成立前兆數據組，并在會商中參與討論。但因跟蹤分析和地震會商側重點不同，在會商的作用有限，所以試圖探索和討論跟蹤分析新的數據記錄方式。

1 遼寧前兆數據跟蹤分析不明原因異常

2014年國家前兆臺網推出“前兆數據跟蹤分析軟件”在各省區域中心展開，以其作為基本平臺，地方前兆臺站作為基本操作單元，分析記錄形變、電磁、地下流體觀測數據曲線變化，形成分析產品，錄入前兆數據庫。依托“前兆臺網數據管理系統”進行同步匯集，地震前兆臺網觀測數據跟蹤分析工作由前兆臺站、區域前兆臺網中心、前兆各學科臺網中心和國家前兆臺網中心分級組織實施。基本匯集流程為：前兆臺站—區域前兆臺網中心—前兆各學科臺網中心—國家前兆臺網中心[2]。

遼寧前兆臺網數據跟蹤分析每年都記錄到異常數據兩千條左右，變化類型分為7大類：正常動態、觀測系統、自然環境、場地環境、人為干擾、地球物理事件和不明原因。正常和異常數據記錄統計全面，沒有漏記錄情況，全年分析完整率100%。

前兆儀器的數據干擾因素各不相同，遼寧區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），主要是全球及國內遠震，每年占到60%以上；觀測系統事件、人為干擾事件都在11%左右，觀測系統主要受數采故障、主機故障、供電故障等影響；人為干擾主要受標定、調零、檢修儀器等影響；自然環境占8～11%，主要受雨雪、雷電、大風等影響；場地環境占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年前兆臺網跟蹤分析工作剛剛展開，不明原因事件規范沒有明確，臺站對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”，導致當年不明原因事件較多，其中長期不明原因事件2條，疑似故障或干擾44條。隨著跟蹤分析工作的推進，國家前兆臺網中心對異常跟蹤分析疑似觀測系統故障等不明原因選項中，添加了“疑似故障或干擾”選項，明確了疑似地震前兆和疑似故障或干擾的區別，自2015年起不明原因事件呈逐年減少的趨勢。2015年至2017年遼寧省前兆臺網不明原因異常的跟蹤情況見表1、表2和表3。

表1 2015年前兆跟蹤分析不明原因事件統計

表2 2016年前兆跟蹤分析不明原因事件統計

表3 2017年前兆跟蹤分析不明原因事件統計

2017上半年繼續跟蹤的只有1項不明原因異常，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狀態，經臺站人員現場核實，觀測背景無明顯改變，無人為影響因素，周圍環境未見異常，儀器自身運行良好。但從2015年1月開始，數據有下降趨勢，2015年3月份數據又上升，是否會恢復到歷史正常值，臺站人員及區域中心人員將對此套儀器繼續跟蹤觀察。2016年4月數據有小幅度上升，幅度變化為0.0065℃。9月份有小幅趨勢下降，變化為0.0062℃，10月7日由先前低值再次出現轉折上升，10月末水溫恢復6—9月份水平，12月再次在較高水平波動，2016年12月平均變化幅度為0.0031℃。2017年以來數據變化平穩。

圖1 2013年以來岫巖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

對上述不明原因事件進行統計（表4），可以看到遼寧前兆跟蹤分析不明原因事件總數是逐年減少的，原因是：（1）近年來運行管理技術要求出臺和跟蹤分析規范落實，單點突跳、出現臺階、急速上升、下降等似預處理事件不再列為不明原因事件；（2）對一些疑似儀器老化和相關性的干擾較大的事件，又查明不了原因的異常，異常類型多了“疑似故障或干擾”選項，不再列為不明原因事件；（3）通過開展數據跟蹤分析，臺站人員對地震前兆異常深入理解和研究，更準確的排除觀測系統、人為干擾、場地環境等干擾事件，跟蹤不明原因異常。

表4 不明原因異常時間比例統計表

表5 2014年以來前兆異常跟蹤統計表

表6 異常跟蹤未結束統計比例

2 預報研究中心會商異常跟蹤

2.1 預報研究中心異常跟蹤

預報研究中心每天掃描前兆數據，并在周、月會商中提出追蹤地震前兆長、中、短臨異常，對2014年以來預報分析中心在會商時提出的異常進行統計（表5-6）。

預報研究中心對于前兆異常除了長期和中長期分析跟蹤，對于短期異常進行現場核實。短期的主要是宏觀異常核實，包括新民臺靜水位升高異常、丹東市樓房鎮小孤山村井水發渾

圖2 盤一井水氡2007—2017年異常跟蹤數據圖Fig.2 The tracking data curves of water radon anomaly of Pan No.1 Well

2.3 震例對應

對于疑似前兆異常用震例來佐證，附上預報效能，前兆異常可信度大大提高。在前兆臺網跟蹤分析中沒有對應，而在預報研究中心的數據中有較好的震例對應。

朝 陽 石 英 擺SQ-70異 常 描 述：（1） 自2010年出現NS向N傾轉向S傾趨勢異常，2012年再次出現S傾轉向N傾趨勢異常，2012年最大年變幅較2011年高出200+ms；EW向2010年底出現W傾轉向E傾趨勢轉向，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，大部分核實都是孤立事件，這里不做統計（表6）。

2.2 數學方法的應用

對異常性質和異常持續時間直觀的分類，并且用數學方法分析破年變異常，做一階差分、均值曲線等。

盤一井水氡自2011年4月19日起出現趨勢性大幅度高值突跳異常變化，持續至今。在異常發展過程中連續發生了2013年1月23日遼陽燈塔M5.1級地震和2013年4月22日通遼M5.3級地震，兩次地震后該異常并未出現明顯的恢復跡象，測值仍保持大幅度波動變化，2015年以來有恢復的跡象，但截止2017年5月仍未完全恢復。預報效能評估等級為A類。有明顯加速跡象，隨后兩年發生2013年遼陽和通遼兩次5級地震； （2） 2015年后NS向S傾，EW向W傾趨勢變化，根據以往震例，需關注遼西地區發生5級左右地震危險。朝陽石英擺傾斜預報效能評估等級為A類，異常信度等級為A。

圖3 朝陽水平擺傾斜儀數據及震例Fig.3 Seismic case and the data of the horizontal pendulum inclinometer in Chaoyang

2.4 預報研究中心運用評價體系

效能評估等級是分析預報中心根據測項的連續率、運行率、儀器故障情況、以往震例對應等因素，對測項預報效能所分的級別。預報研究中心根據“預報效能評估”對前兆異常進行分類，對跟蹤的地震前兆異常添加評價等級。異常信度是根據前兆異常效能評估等級，綜合測項現在的異常趨勢，得出的信度等級。目前，前兆臺網跟蹤不明原因—疑似地震前兆異常較少，遼寧前兆臺網還沒有添加預報效能等級和異常可信度。

3 結論與建議

（1）前兆臺網數據跟蹤分析，將單點突跳、出現臺階、急速上升、下降等數據預處理不再列為不明原因事件，更準確的排除觀測系統、人為干擾、場地環境等干擾事件，不明原因的異常分析檢查能力越來越趨于疑似地震前兆異常，這種做法貼近會商實效，目前來看這種改革是正確的。

（2）當前兆數據出現長期趨勢性轉折時，盡管臺站可以在年終時做中長趨勢的年度分析，列為不明原因事件—疑似前兆異常。但這種做法，延緩了數據異常的提出，（沒到年底就地震了）可能導致出現漏報現象。建議前兆臺網長趨勢跟蹤分析應該在周分析或者月分析及時提出來。

（3）預報研究中心除了關心異常數據曲線的走勢變化外，還關心數據曲線的變化幅度，重視數學方法的運用，而這在前兆臺網數據跟蹤分析周、月分析時經常被忽略，在一定程度上無法判斷幅度。建議國家前兆臺網中心增加臺站和區域中心數學方法運用的培訓。

（4）預報研究中心對前兆異常有震例對應和預報效能評估等級做依據，增加前兆異常可信度，這是前兆臺網跟蹤分析沒有的，建議前兆臺網跟蹤分析不明原因異常添加。