昭通巡龍測震臺觀測資料質量分析與研究

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量評估結果為基礎，通過分析歷年扣分問題及產生問題的原因，結合臺站實際情況，給出了提升資料分析水平和加強系統運行能力等方面相應的經驗及技術對策。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量提供可遵循的依據，并對本臺及兄弟臺站提高測震觀測資料質量具有一定的指導和借鑒意義。

關鍵詞巡龍測震臺；觀測質量；資料分析；系統運行

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科觀測數據的基地，地震臺站的觀測資料是地震科學研究的最基本、最重要的部分[1]。因此，提高地震臺站觀測資料質量，需要進行觀測數據的質量分析及控制研究[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）屬于國家數字測震臺，其原址位于昭通市昭陽區南大街東南圓寶山腳下原昭通地震臺（現昭通中心站）內。昭通臺始建于1964年，長期以來在地震監測預報工作中發揮著極其重要的作用。隨著城市建設的不斷發展，臺站周圍大量新的干擾源不斷出現，現有觀測環境受到嚴重的影響，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。該臺建在布滿石灰巖的半山坡上，為地表式觀測，臺站高程1933 m，臺基巖性為石灰巖。依據選址時計算的臺基背景噪聲水平值，對照國家標準 GBT19531.1—2004《地震臺站觀測環境技術要求（測震部分）》規定，昭通臺屬于Ⅰ類臺。臺站所處境內地質斷裂構造縱橫交錯，有近南北向構造的小江斷裂帶，峨眉—金陽斷裂帶，還有北西向構造的大關—馬邊斷裂帶，3條北東向構造的巧家—五蓮峰斷裂帶、灑漁河斷裂帶、迤車斷裂帶。臺站現有地震監測設備為 GL-S120型甚寬頻帶地震計及 EDAS-24 GN 數據采集器，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月正式入網觀測，其地理位置如圖1所示。

1 國家測震臺觀測質量評估體系

要想提高測震資料觀測質量就必須熟悉國家測震臺觀測質量評估標準體系，因為它一方面指導著臺站的日常地震分析工作，提高常規分析數據質量、數量；另一方面也指導著臺站觀測系統運行穩定、連續可靠，保障產出完整、真實的數據[3]。

數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，主要包括臺站資料分析評價和系統運行評估兩個模塊[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、數據報送4個項目；系統運行評估包括：記錄連續性、地震波形記錄質量、脈沖監視與儀器特性、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性分別是觀測質量評估中資料分析和系統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量至關重要。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中心年終抽取4個指定地震事件，依據臺站原始波形記錄和報送的震相到時數據，進行年度復核外，其余項目均采用每月評估的方式對各項進行評估公示。根據昭通臺2018—2021年觀測資料評估通報，統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，昭通臺每月的數據報送和報告編制做的相對較好，而年終復核的震相分析精度則每年均存在一定程度的扣分，總結其原因，主要是分析人員對地震波的震相識別不夠準確所致。

統計2018年以來昭通臺每年觀測報告分析的地震數量，依次為7678、7747、5663、4256次，呈現出每年遞減的趨勢；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的狀態，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量，而是震相分析精度的高低。

根據以上分析，結合昭通臺歷年評估結果及經驗，認為要提高資料分析質量，需至少做好以下幾點：

（1）在震相和震級數量方面，熟悉地球內部基本結構及各震相的傳播規律，對不同地區、震中距、深度的地震震相掌握其走時特征，熟練使用臺站數字分析軟件系統，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，有時候會出現只有初至波且面波發育而無續至波的現象，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地震 S 波不發育，分析人員可采用借助理論震相標出續至波定出面波震級再刪除續至波的方式，從而分析出最多的震級數量。

（2）在震相分析精度方面，核準固定本臺經緯度及高程，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，分析人員經驗為輔助，波形上記錄到的明顯震相應全部分析出來，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慣和經驗仍然標注了該震相，從而導致昭通臺因此扣分嚴重。兼顧數量的同時，也要保證分析精度達到要求。

（3）在數據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；臺站人員應加強數據復核工作，減少因人為失誤導致的不必要扣分。

2.2 系統運行分析

根據昭通臺2018—2021年觀測資料評估通報，統計了歷年系統運行評分情況（表4）。從表4可以看出，昭通臺系統記錄連續率2018年達到了100%，而其余年份數據均有所中斷；地震波形記錄質量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，昭通臺系統運行在各項評比上具備獲得滿分的條件。

2.2.1 記錄連續性分析

連續率是系統運行評估中權重最大的一項，記錄波形的缺失不僅影響運行質量，也會降低地震數量的產出。因此，如何做好儀器正常運轉，減少數據丟失，是一項重中之重的任務。影響連續率的因素有很多種，比如：供電系統、數據采集、網絡傳輸等故障。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年連續率的是數采故障，主要表現為數采 GPS 無法授時而斷記，這種情況在2022年也同樣出現了（圖2）（2022年5月11日17時）；影響2020年連續率的是網絡故障；而影響2021年連續率的則是客觀因素（預警基準站改造導致數采停電斷記）。結合本臺實際及工作經驗，提出以下對策：

2.2.1.1 多重獨立的供電系統保障

臺站供電系統采用市電、太陽能、UPS 以及發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，遠程監控各供電系統工作狀況，發現問題及時解決，臺站第一時間派人前往排除故障。平時應定時巡視定期檢查，做好發電機的維護和燃油儲備工作，定期維護 UPS 系統和備用電源，做好 UPS 和電池不間斷電源的定期放電工作，確保儀器設備的正常運行。

2.2.1.2 充足高質的備機備件保障

充分利用現有條件，實現觀測系統多備份。測震觀測系統中，無論是地震計還是數據采集器甚至是信號線，都應該留有相應的備機備件，尤其數采，它的好壞直接影響臺站的連續率，當地震計出現故障或數采死機無法啟動時，及時更換儀器，數采的各項參數應提前配置好，保障記錄的連續性。同時，臺站數據實時接收系統具有存儲、處理及維持該系統正常運行的功能，具備高質量的運行系統硬件及多備份，是地震波形記錄連續完整的有力保障。

2.2.1.3 穩定及時的傳輸服務保障

測震數據的傳輸直接影響觀測資料的連續與可靠，網絡傳輸應當保證至少有兩家運營商，實現雙線路或三線路相互補充系統。臺站技術人員可與當地網絡運營商溝通協調，將觀測站點鑰匙留給運營商，當儀器出現網絡故障時，由網絡運營商直接提前到達站點進行簡單判斷，爭取時間，確保網絡通暢的時效性。

2.2.1.4 認真負責的運維隊伍保障

臺站設立片區儀器運維室，培養專門技術人員，成立監測運行保障小組，隨時為儀器運維服務。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，能及時處理儀器設備故障。

運維室制定相應的運維保障制度和應急預案。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，保證經常檢查、節假日前加密巡檢、及時發現、立即排除的措施落實到位。合理安排班次，監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。當儀器出現故障時，臺站維護人員要立即行動，不管刮風下雨或是白天黑夜，爭取在最短的時間內使儀器能夠正常運轉。

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

2.2.2 地震波形記錄質量分析

地震波形記錄的質量直接影響著資料分析的質量，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。從表4可以看出，昭通臺波形記錄質量得分連年增長，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，在以往省評結果中，昭通臺還出現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數采參數設置有誤；②數采故障；③地震計故障，零漂；④信號線漏電；⑤觀測環境變化等。一般來說，長期運行的地震監測系統其數采參數設置相對固定，只有在更換數采時可能出現參數設置有誤的現象，觀測運維人員加強業務水平可避免。針對原因②、③和④， 屬于觀測系統故障，備機備件的及時更換是保障其質量的基礎。

至于觀測環境的變化，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，地震臺站周邊被農戶種植的蘋果樹包圍。春季時分，農戶在蘋果基地里面利用旋耕機翻地；蘋果收成時節，地震臺站周邊來來回回拉蘋果的三輪車加大了觀測環境的干擾，從而導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系到臺站測震觀測環境及對地震的監測能力[5]。平常工作人員應不定時檢查臺站周邊環境，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律，為臺站的地震波形記錄質量和地震分析提供參考，提高相應時段和頻段的測震監控能力。

2.2.3 脈沖監視與儀器特性分析

根據國家測震臺網運行管理細則要求，國家數字地震臺每年需進行標定，并將標定波形文件及計算結果上傳臺網中心地震臺網部。這兩項標定是監視觀測系統正常運轉、顯示儀器特性的重要指標，導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格式的文件未經轉換直接修改后綴名為 seed 格式，導致了評比的扣分。

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

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

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，按時、按規標定，及時調零，正確設置各項標定參數，計算完整，才能保證觀測數據真實可靠。

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。總結本臺經驗，主要一點為昭通臺例行當班負責，接班復核的原則，值班人員定時檢查臺站的儀器設備、市電供應、備用電源、通信線路、觀測環境等，并做好相應的記錄。臺站觀測人員之間應相互溝通和交流，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結論

本文通過對昭通巡龍測震臺歷年觀測資料評估結果的分析，發現由于人為失誤導致的扣分在各項目中占據了大部分比例，結合國家數字測震臺站評估體系分析，得出以下結論。

（1）以人為本，不斷加強臺站分析人員自身業務水平和職業素養，增強專業基礎知識的學習及相關經驗的積累，是提升資料分析質量的保障；不斷增強臺站運維人員的責任心和奉獻精神，產出連續穩定高質量的數據，是提高系統運行質量的保障。

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

（3）學透規則，掌握各項評估標準和測震臺站運行細則及技術要求，加強臺站與學科組之間的交流，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據質量，深入研究地震數據才是根本。

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