广东省地下流体观测台网数据跟踪分析

邵 叶，刘 锦，严 兴，钟天任

（广东省地震局，广东 广州 510070）

0 引言

广东省地震局2014 年8 月1 日开始正式在全台网开展前兆数据的日常跟踪分析工作。数据跟踪分析工作是以前兆台站工作为基础，由台站工作人员收集数据后，使用跟踪分析系统定期对观测数据进行分析，并落实事件变化原因，形成事件分析记录保存入库。事件分析记录会相继同步到区域前兆台网中心、国家前兆台网中心和前兆各学科台网中心。区域前兆台网中心在跟踪分析系统对事件分析记录进行审核，并形成月报和年报[1]。

数据跟踪分析工作产出了大量的事件分析记录，可以提供给分析预报人员和前兆运维管理人员使用，有效帮助识别前兆异常和各类干扰。目前，许多区域前兆台网中心就数据跟踪分析工作中常见的问题进行了系统的分析与总结，为提高数据质量的监控和产出做了大量的研究[2-7]。广东省地震前兆台网经过近几年的工作积累，广东地区前兆台站和区域台网中心人员不仅能熟练应用跟踪分析软件，而且对分析记录的图形标注、事件描述都趋于规范。随着软件的升级完善和分析规范的修订，对出现的新问题，区域前兆台网中心能通过QQ、微信、电话和邮件等手段，及时同分析人员沟通了解，指出错误，解决问题。

本文对广东省地下流体台网开展数据跟踪分析工作以来产出的6 大类非正常变化事件记录进行了归纳汇总，同时结合历史地震的研究和观测背景，回顾了广东东源2015 年5 月15日3.3 级地震发生前广东地区水化学的短临异常跟踪分析事件。

1 广东地下流体观测网概况

地下流体台网是以监测地震前兆为主要目的，观测对象包括水物理和水化学两大方向。广东地下流体前兆监测台网目前有13 个台站，29 个测点运行，共41 套仪器，58 个测项分量。其中，“十五”期间架设18 套，“九五”期间架设2 套，人工观测19 套，模拟观测2 套；水位13 套，水温14 套，氡4 套，其它流体（如气体组份、离子、氦、电导率、pH 值、热泉的水温等）10 套，具体如表1 所示。

表1 广东省地震前兆地下流体观测网仪器数量统计表

时间上，除地下流体观测数字化资料外，其余所有观测记录长度均超过10 年，个别超过20 年；空间上，广东地区地下流体测点主要布设在断裂上及其附近地区，整体分布不均匀且较为稀疏，其中珠江三角洲及粤东测点布设相对密集，粤北地区测点较为稀少（图1）。目前，广东省地下流体观测台网有10 个台站共28 套仪器参与数据跟踪分析工作。

图1 广东省地震前兆地下流体观测台分布图Fig.1 The distribution map of the subsurface fluid observation network in Guangdong Province

2 分析记录的产出

2014 年08 月—2018 年12 月，广东省地下流体观测台网共产出非正常变化事件记录747条，具体见表2。经统计，其中9 个台站24 套仪器由观测系统故障引起241 条事件记录，占总事件记录32.26%；10 个台站14 套仪器由自然环境干扰引起372 条记录，占总事件记录49.80%；9 个台站21 套仪器由人为干扰引起68 条记录，6 个台站10 套仪器由场地环境干扰引起15 条记录，1 个台站1 套仪器由地球物理事件引起2 条记录，7 个台站13 套仪器由数据变化原因不明引起49 条记录。从图2 可以看出，6 类非正常变化事件记录中，观测系统故障记录在2016 年最多，有74 条；自然环境干扰事件在2018 年最多，达到103 条记录；人为干扰事件和场地环境干扰事件在2017 年略多，分别为18 条和8 条；不明原因事件在2015 年最多，为20 条。

表2 2014年8 月—2018 年12 月流体台网非正常变化事件记录统计

图2 2015 年至2018 年流体台网非正常变化事件按年份统计柱状图Fig.2 Histogram of the abnormal change event logs by year from 2015 to 2018

2.1 观测系统事件

241 条观测系统事件中，221 条记录由20套数字化观测仪器产生，约占91.3%，20 条由8 套人工和模拟观测仪器产生，约占8.7%。开展跟踪分析工作的数字化观测仪全部由水位和水温观测仪器组成，绝大多数是使用SWY-II和SZW-1A 水温仪。数字化仪器产生的事件中，主机故障、供电系统故障、数采故障和传感器故障为主要，分别有55、51、44 和27 条记录，约占80.09%。人工和模拟观测包括1 项水位观测、全部氡和其他水化学观测，产生的记录主要是井水断流、测氡仪的井口装置故障和气路输送故障和主机故障等。

2.2 自然环境事件

372 条自然环境事件记录中，只有2 条由人工和模拟观测产生，其余全部由数字化观测仪器产生。广东地处东南沿海地区，全年潮湿多雨，3—10 月份经常有强降雨，流体台网受降雨的干扰严重，主要表现为降雨引起水位大幅度上升，因此全省的水位仪受自然环境的干扰明显，共产生367 条记录。

2.3 人为干扰

人为干扰事件记录一共产生68 条，其中数字化观测仪器产生54 条，人工和模拟观测产生14 条。同口井进行多项目观测，维修、井口改造、仪器安装等会同时影响多测项的观测，并且观测仪器需要定期标定、校测和检修，因此会对正常的观测数据产生干扰形成突跳变化，形成人为干扰事件记录。

2.4 场地环境事件

随着城市化进程的加快，观测台站周围的工程建设对观测仪器造成的干扰越来越多也越日趋严重。突出表现为测点附近的同层井抽水对水位仪、流量仪和测氡仪的正常观测造成严重的干扰。近几年场地环境事件记录共15 条，其中水位仪引起10 条，水化学观测仪引起5条。最典型的事件是阳西台水位观测在2018 年4 月11—13 日期间，受附近30 米处阳西车站水井快速抽水,水位发生急速下降，变化幅度0.368m，如图3 所示。

图3 2018 年4 月10—14 日阳西台静水位受抽水干扰曲线Fig.3 Pumping interference curve of water level in Yangxi station from 10 to 14 April，2018

2.5 地球物理事件

自前兆跟踪分析工作开展以来，地下流体观测台网记录到的地球物理事件特别少，仅花都地下流体观测站的水位仪记录到2 次同震响应，分别是2015 年4 月25 日尼泊尔地震引起水震波和水位下降（图4）以及2016 年7 月30日马里亚纳群岛北部海域7.8 级地震引起水震波[8-9]。

图4 2015 年4 月25—27 日花都静水位同震曲线Fig.4 Coseimic curve of water level in Huadu station from 25 to 27 April，2015

2.6 不明原因事件

对仪器观测系统进行检查和周边环境进行调查后仍找不到数据变化原因，就会列为不明原因事件。地下流体观测台网共有49 条不明原因事件记录，其中14 条属于疑似故障或者干扰，33 条属于中短期不明原因，2 条属于疑似前兆异常。

3 跟踪分析在地震预测工作中的应用

中国南方降雨量相对较大，导致南方地区水位受到降雨影响普遍严重，且这种干扰难以定量排除；若数字化水温观测探头未选择好合适的观测层位，会导致观测数据普遍呈现长趋势的漂移现象，增加了对仪器的零漂还是观测层水温的真实变化判断难度，同时也会导致数字化水温观测基本无同震响应，无固体潮，无年变，难以检验其真实的预报效能。再加上流体台网布局不均匀，密度不够，以上这些都给前兆异常的判定和提取造成一定的困难。

自广东省前兆台网中心2014 年8 月正式开展跟踪分析以来，流体台网在跟踪分析工作中，有及时发现到疑似地震前兆的事件记录，为分析预报工作提供了可靠有效的观测数据和分析。如河源2015 年5 月15 日3.3 级地震前，新丰江台黄子洞水氡观测产生1 条疑似地震前兆事件记录。

新丰江台黄子洞水氡观测站位于河源市东埔区黄子洞乡五屋附近（图5），处于北东走向河源—绍武断裂带上。区内地质构造十分复杂，除上述河源—绍武断裂外，还包括规模巨大的佛冈—丰良东西向大断裂、北北西向石角—新港—白田断裂等[10-12]。1962 年新丰江水库6.1 级地震正是发生在上述多组断裂的交汇点上，黄子洞水氡井距6.1 级地震震中约6 km。

该区发育多级夷平面丘陵地貌，地形严格受构造线控制，山脊、沟谷以北东—南西走向为主。站址附近主要为剥蚀堆积地形。地层主要为第三系丹霞群。丹霞群主要为沙砾岩，岩石空隙度大，渗透性强，含水较为丰富。黄子洞水氡井为承压裂隙水，孔深26 m，流量7 m3/h，水温37.3 ℃，水质为硫酸钙型，属高层混合含水，该井水氡背景值约19 Bq/L，没有年变动态，不受降雨影响[13-14]。

图5 新丰江水库区构造示意图Fig.5 Geological structure map of Xinfeng Jiang reservoir

黄子洞水氡自1986 年开始观测以来，新丰江地区多次中等地震前，黄子洞水氡异常形态均表现为上升—回降，如图6 所示。对于大坝区的中等地震，高值异常持续9 天—10 个月不等，地震最后发生在高值回落阶段。如1987 年9 月15 日河源4.7 级地震、1991 年9 月21 日河源4.6 级地震、1999 年3 月25 日河源4.2 级地震和2012 年8 月31 日河源4.0 级地震等[15]。对于库尾区的东源地震，则异常一般表现为临震突跳，如2014 年7 月11 日东源4.0 级地震。

图6 新丰江台黄子洞水氡测值5 日均值曲线（1987、1991、1999、2013 年）Fig.6 Anomaly in 5-day-value curve of water radon in Huangzidong Seismic Station

2015 年5 月13 日起，黄子洞水氡测值出现突跳式上升，最大值为51.7Bq/L（正常背景值约为19.7Bq/L），变化幅度达32Bq/L。经跟踪分析人员对观测系统进行排查，对环境干扰进行调查后，认为黄子洞水氡仪器工作稳定，并未发现明显的干扰源，应该是构造活动的反应，为地震前兆异常的可能性大，产生事件分析记录1 条（图7b）。随后在2015 年5 月15日，河源市东源发生3.3 级地震。5 月16 日开始，测值回降。6 月9 日和20 日水氡测值也出现了突跳，变化幅度为11.3Bq/L。经过台站分析人员排查后认为，是由于取样时扩散瓶吸收气体导致测值突跳，而非地震前兆异常。

图7 新丰江台黄子洞水氡日值曲线与2 次事件记录Fig.7 The day-value curve of water radon in Huangzidong station

4 结语

通过地震前兆数据跟踪分析工作，我们可以看出：（1）广东省前兆流体观测台网自2014年8 月1 日正式运行以来，截止到2018 年12月31 日，共计产生非正常变化事件记录747条。其中80%以上是观测系统系统故障和自然环境干扰，主要是水位和水温仪主机故障、供电系统故障、数采故障和传感器故障，以及降雨引起水位大幅上升；（2）流体台网所能记录的地球物理事件很少；（3）数据跟踪分析工作能比较有效的识别各类干扰和震前异常，如河源地区中等地震前，新丰江台黄子洞水氡异常形态均为上升—回降，对于新丰江大坝区附近的地震异常过程一般持续数月，且主要表现为日值持续数月的高值异常，对于东源的中等地震则异常一般表现为临震突跳。

跟踪分析工作发挥了台站工作人员的积极性，推进了前兆台网由观测向观测、应用并重转变，发挥了前兆数据在会商中基础性作用，更好地服务于地震监测和预报研究。随着前兆台网在今后不断建设和优化布局以及科学仪器的稳定性提高，这项工作将会更加重要，在地震预报中起到更积极作用。