辽宁地震前兆台网观测数据跟踪分析探讨

杨振鹏，孙素梅，赵 倩，康晓珊，张 琪

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

近年来中国地震局领导高度重视震情工作，指出震情工作是地震工作的核心，一定要推进震情工作的研究。在监测预报司的领导下，推进地震前兆台网日常工作重心从观测向观测、应用并重转变[1]。2014年8月开始正式开展前兆台网数据的日常跟踪分析业务，前兆跟踪分析工作的展开，强化观测数据质量产出，加强数据处理分析工作，发挥其按照观测数据在震情监视、会商中的作用，使监测与预报更好的结合，有利于服务地震监测和科学研究。跟踪分析工作纳入国家台网年度评比，辽宁省前兆台网近年取得较好的名次。

自跟踪分析工作开展以来，已经更新到二代版本，数据异常跟踪分析工作有条不紊的进行，目前辽宁区域前兆数据跟踪分析工作已经参与到预报中心会商中来，借着预报分析改革的东风，成立前兆数据组，并在会商中参与讨论。但因跟踪分析和地震会商侧重点不同，在会商的作用有限，所以试图探索和讨论跟踪分析新的数据记录方式。

1 辽宁前兆数据跟踪分析不明原因异常

2014年国家前兆台网推出“前兆数据跟踪分析软件”在各省区域中心展开，以其作为基本平台，地方前兆台站作为基本操作单元，分析记录形变、电磁、地下流体观测数据曲线变化，形成分析产品，录入前兆数据库。依托“前兆台网数据管理系统”进行同步汇集，地震前兆台网观测数据跟踪分析工作由前兆台站、区域前兆台网中心、前兆各学科台网中心和国家前兆台网中心分级组织实施。基本汇集流程为：前兆台站—区域前兆台网中心—前兆各学科台网中心—国家前兆台网中心[2]。

辽宁前兆台网数据跟踪分析每年都记录到异常数据两千条左右，变化类型分为7大类：正常动态、观测系统、自然环境、场地环境、人为干扰、地球物理事件和不明原因。正常和异常数据记录统计全面，没有漏记录情况，全年分析完整率100%。

前兆仪器的数据干扰因素各不相同，辽宁区域前兆仪器记录地球物理事件居多（包括地震事件和电磁暴），主要是全球及国内远震，每年占到60%以上；观测系统事件、人为干扰事件都在11%左右，观测系统主要受数采故障、主机故障、供电故障等影响；人为干扰主要受标定、调零、检修仪器等影响；自然环境占8～11%，主要受雨雪、雷电、大风等影响；场地环境占2～3%，主要受抽水、注水、附近施工等影响；不明原因所占极少，不明原因分为疑似地震前兆异常和疑似仪器故障干扰。这里主要讨论不明原因的分析记录。

2014年前兆台网跟踪分析工作刚刚展开，不明原因事件规范没有明确，台站对疑似仪器故障尚证明不了原因的异常事件都列为“不明原因”，导致当年不明原因事件较多，其中长期不明原因事件2条，疑似故障或干扰44条。随着跟踪分析工作的推进，国家前兆台网中心对异常跟踪分析疑似观测系统故障等不明原因选项中，添加了“疑似故障或干扰”选项，明确了疑似地震前兆和疑似故障或干扰的区别，自2015年起不明原因事件呈逐年减少的趋势。2015年至2017年辽宁省前兆台网不明原因异常的跟踪情况见表1、表2和表3。

表1 2015年前兆跟踪分析不明原因事件统计

表2 2016年前兆跟踪分析不明原因事件统计

表3 2017年前兆跟踪分析不明原因事件统计

2017上半年继续跟踪的只有1项不明原因异常，为岫岩1井水温。岫岩1井水温自2013年9月加速上升后略有下降，9月15日至今处于不明原因的高值波动状态，经台站人员现场核实，观测背景无明显改变，无人为影响因素，周围环境未见异常，仪器自身运行良好。但从2015年1月开始，数据有下降趋势，2015年3月份数据又上升，是否会恢复到历史正常值，台站人员及区域中心人员将对此套仪器继续跟踪观察。2016年4月数据有小幅度上升，幅度变化为0.0065℃。9月份有小幅趋势下降，变化为0.0062℃，10月7日由先前低值再次出现转折上升，10月末水温恢复6—9月份水平，12月再次在较高水平波动，2016年12月平均变化幅度为0.0031℃。2017年以来数据变化平稳。

图1 2013年以来岫岩1井水温仪深层水温不明原因异常曲线Fig.1 Unexplained anomaly curves of the water temperature in the deep Xiuyan-1 Well since 2003

对上述不明原因事件进行统计（表4），可以看到辽宁前兆跟踪分析不明原因事件总数是逐年减少的，原因是：（1）近年来运行管理技术要求出台和跟踪分析规范落实，单点突跳、出现台阶、急速上升、下降等似预处理事件不再列为不明原因事件；（2）对一些疑似仪器老化和相关性的干扰较大的事件，又查明不了原因的异常，异常类型多了“疑似故障或干扰”选项，不再列为不明原因事件；（3）通过开展数据跟踪分析，台站人员对地震前兆异常深入理解和研究，更准确的排除观测系统、人为干扰、场地环境等干扰事件，跟踪不明原因异常。

表4 不明原因异常时间比例统计表

表5 2014年以来前兆异常跟踪统计表

表6 异常跟踪未结束统计比例

2 预报研究中心会商异常跟踪

2.1 预报研究中心异常跟踪

预报研究中心每天扫描前兆数据，并在周、月会商中提出追踪地震前兆长、中、短临异常，对2014年以来预报分析中心在会商时提出的异常进行统计（表5-6）。

预报研究中心对于前兆异常除了长期和中长期分析跟踪，对于短期异常进行现场核实。短期的主要是宏观异常核实，包括新民台静水位升高异常、丹东市楼房镇小孤山村井水发浑

图2 盘一井水氡2007—2017年异常跟踪数据图Fig.2 The tracking data curves of water radon anomaly of Pan No.1 Well

2.3 震例对应

对于疑似前兆异常用震例来佐证，附上预报效能，前兆异常可信度大大提高。在前兆台网跟踪分析中没有对应，而在预报研究中心的数据中有较好的震例对应。

朝 阳 石 英 摆SQ-70异 常 描 述：（1） 自2010年出现NS向N倾转向S倾趋势异常，2012年再次出现S倾转向N倾趋势异常，2012年最大年变幅较2011年高出200+ms；EW向2010年底出现W倾转向E倾趋势转向，2011年年变幅较2010年高200+ms，并异常、丹东局滨江井水位升高异常等等。宏观短期异常比较多，大部分核实都是孤立事件，这里不做统计（表6）。

2.2 数学方法的应用

对异常性质和异常持续时间直观的分类，并且用数学方法分析破年变异常，做一阶差分、均值曲线等。

盘一井水氡自2011年4月19日起出现趋势性大幅度高值突跳异常变化，持续至今。在异常发展过程中连续发生了2013年1月23日辽阳灯塔M5.1级地震和2013年4月22日通辽M5.3级地震，两次地震后该异常并未出现明显的恢复迹象，测值仍保持大幅度波动变化，2015年以来有恢复的迹象，但截止2017年5月仍未完全恢复。预报效能评估等级为A类。有明显加速迹象，随后两年发生2013年辽阳和通辽两次5级地震； （2） 2015年后NS向S倾，EW向W倾趋势变化，根据以往震例，需关注辽西地区发生5级左右地震危险。朝阳石英摆倾斜预报效能评估等级为A类，异常信度等级为A。

图3 朝阳水平摆倾斜仪数据及震例Fig.3 Seismic case and the data of the horizontal pendulum inclinometer in Chaoyang

2.4 预报研究中心运用评价体系

效能评估等级是分析预报中心根据测项的连续率、运行率、仪器故障情况、以往震例对应等因素，对测项预报效能所分的级别。预报研究中心根据“预报效能评估”对前兆异常进行分类，对跟踪的地震前兆异常添加评价等级。异常信度是根据前兆异常效能评估等级，综合测项现在的异常趋势，得出的信度等级。目前，前兆台网跟踪不明原因—疑似地震前兆异常较少，辽宁前兆台网还没有添加预报效能等级和异常可信度。

3 结论与建议

（1）前兆台网数据跟踪分析，将单点突跳、出现台阶、急速上升、下降等数据预处理不再列为不明原因事件，更准确的排除观测系统、人为干扰、场地环境等干扰事件，不明原因的异常分析检查能力越来越趋于疑似地震前兆异常，这种做法贴近会商实效，目前来看这种改革是正确的。

（2）当前兆数据出现长期趋势性转折时，尽管台站可以在年终时做中长趋势的年度分析，列为不明原因事件—疑似前兆异常。但这种做法，延缓了数据异常的提出，（没到年底就地震了）可能导致出现漏报现象。建议前兆台网长趋势跟踪分析应该在周分析或者月分析及时提出来。

（3）预报研究中心除了关心异常数据曲线的走势变化外，还关心数据曲线的变化幅度，重视数学方法的运用，而这在前兆台网数据跟踪分析周、月分析时经常被忽略，在一定程度上无法判断幅度。建议国家前兆台网中心增加台站和区域中心数学方法运用的培训。

（4）预报研究中心对前兆异常有震例对应和预报效能评估等级做依据，增加前兆异常可信度，这是前兆台网跟踪分析没有的，建议前兆台网跟踪分析不明原因异常添加。