新源地震台前兆数据跟踪分析典型事件浅析①

沙木哈尔·叶尔肯， 赵鹏毕， 雷啸宇

(新疆维吾尔自治区地震局新源地震台，新疆 新源 835800)

前兆数据跟踪分析工作开展以来，各区域前兆台网开展了如何改善跟踪分析质量及推进产出应用、台网观测背景等方面的研究[1-3]，部分前兆观测台站也就自身存在的问题提出解决方案[4]，前兆数据异常排查与判断方法也进一步拓展和深入[5-8]。新源地震台始建于20世纪70年代，前兆观测以形变学科为主，2015年5月对原有的前兆观测仪器进行升级改造，在新源GNSS陆态网络基准站内安装钻孔倾斜仪和分量式钻孔应变仪[9]。新源地震台自2017年1月起开展前兆数据跟踪分析工作，分析得出大量的前兆数据分析结论。本文中从分析结论中选取最为典型、体现新源地震台形变观测数据特征的事件进行讨论，对其表现形式及规律做出归纳总结，目的是使前兆数据产品更好地服务地震预报工作。

数据跟踪分析这项工作的根本目的是，在大量的前兆观测数据中找出明显变化的数据，落实变化原因，并按照规范要求进行分析记录[10-12]。从体现数据运行情况与资料变化情况的角度，筛选出具有代表性的事件进行分析,数据跟踪分析将前兆观测数据变化类型分为正常动态、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7大类。正常动态分析为数据分析提供了背景参考，后6类非正常动态中前5类都是对数据变化原因进行干扰排查，不明原因类数据变化则很有可能是地震前兆异常。因此，对于数据跟踪分析事件的特征做分类总结，可以为提取地震异常提供较好的干扰因素排查参考[13]。

1 观测系统事件

观测系统类事件是表示主机、数据采集器、数据信号接收器、通讯网络、避雷系统、供电装置等故障或者更换配件等造成的数据变化。新源地震台CBT型钻孔倾斜仪2018年11月14日04:00仪器北南分向出现故障，经工作人员现场检查、地壳应力研究所研发仪器专家远程登录仪器检查确定悬挂倾斜摆的弹簧片跳格(图1)。15日03:50再次出现弹簧片跳格情况，故障期间数据产生大量的台阶畸变，东西分向没有受到影响,2019年3月30日再次出现北南分向悬挂摆弹簧片跳格现象。虽然预处理时删除了不可用错误数据并去除了台阶，保证了数据变化趋势的连贯性，但是对于数据的连续性、完整性和可信性产生了一定影响。新源地震台RZB型分量式钻孔应变仪2019年2月18日09:40台站人员巡检时数采受静电干扰造成死机，10:20重启仪器，数据恢复正常(图2)。死机期间数据产生大的台阶和不可用数据，预处理时做删除坏数处理，此现象在每次巡检时都会出现，台站人员巡检完第一时间回到台上重启仪器，保证仪器运行恢复正常。

图1 新源台钻孔倾斜NS分向分钟值图(a) 预处理数据 (b) 原始数据Fig.1 Minute value of tilt NS component data in Xinyuan seismic station图2 新源台应变仪分钟值图(a) 预处理数据 (b) 原始数据Fig.2 Minute value of strain data in Xinyuan seismic station

2 自然环境事件

自然环境类事件指与自然环境相关的，风、雨、雷、电、气压、湿度、温度等变化引起的观测数据出现变化趋势转向、台阶畸变等变化。新源县每年3～4月是多雨季节，新源形变观测站2套仪器均会受到降雨影响，应变仪受气压变化的影响比较多。新源地震台CBT型钻孔倾斜仪2017年4月13～24日受降雨影响NS分向出现固体潮畸变，EW分向趋势转折和固体潮畸变，由于2017年本台钻孔倾斜仪没有辅助观测数据，参考气象局提供的降雨数据，数据显示新源县境内4月12～19日持续降雨，降雨量达到52.21 mm，图3可以看出降雨对EW分向影响更为显著。新源地震台RZB型分量式钻孔应变仪2019年2月16～22日受气压变化影响NS分向和EW分向出现趋势转折和固体潮畸变。应变仪数据对于气压变化比较敏感，倾斜仪数据很少受到气压变化影响(图4)。

图3 新源台钻孔倾斜预处理分钟值图(a) NS分向 (b) EW分向Fig.3 Minute value of tilt pre-processing data in Xinyuan seismic station

图4 新源台应变仪预处理分钟值图(a) NS分向 (b) EW分向 (c) 气压Fig.4 Minute value of strain pre-processing data in Xinyuan seismic station

3 场地环境事件

场地环境类事件指观测点附近工程建设、采矿作业、抽地下水、田地灌溉、高压电线输电等引起的数据干扰变化。新源台形变观测点附近县林业局规划建设山顶景观花园，按照林业局提供的规划资料需要建设储水池、输水管道、安装抽水泵、植树、建亭子等辅助设施，因此仪器受此工程影响较大。新源地震台CBT型钻孔倾斜仪2017年12月16日10:10～26日12:43受观测点附近修建储水池和输水管道影响，NS分向出现台阶畸变和转向北倾干扰，EW分向受影响小(图5)。储水池位于观测点以北1 km山顶上，面积300 m2，抽水管道经过观测点以东10 m处，此储水池用于灌溉树木，施工时间持续10 d，施工时间短，并且一次性完工，由于储水池面积小，水经过管道运输，对观测点影响有限。工作人员已与林业局相关部门协商，每次抽水会得到通知，以便掌握储水池储水浇水作业对资料的影响情况。新源地震台RZB型分量应变仪2017年12月27日09:02受观测点以东10 m处挖坑安装水管道影响，4个分向同时出现台阶畸变和拉张压缩干扰，28日04:00开始恢复正常(图6)。

图5 新源钻孔倾斜预处理分钟值图(a) NS分向 (b) EW分向Fig.5 Minute value of tilt pre-processing data in Xinyuan seismic station

图6 新源应变仪预处理分钟值图(a) NS分向 (b) EW分向 (c) NE分向 (d) NW分向Fig.6 Minute value of strain pre-processing data in Xinyuan seismic station

4 人为干扰事件

人为干扰类事件是指仪器检查、维修、安装、更换设备、进观测山洞等由于人为活动引起观测仪器或观测装置发生变化，观测数据出现干扰。钻孔类仪器大部分在井底下100 m处，很少会受人为干扰，但是新源台钻孔倾斜仪比较特殊，观测点附近只要有人为活动均会受到干扰，是仪器的典型干扰特征。新源地震台CBT型钻孔倾斜仪受台站人员巡检干扰，造成两分向畸变，每次巡检台站，检查仪器都会造成干扰。以2018年8月2日为例(图7)，为减少干扰，台站工作人员尽量减少巡检次数和巡检作业时间。

5 地球物理事件

前兆各学科地球物理事件包括“地脉动、地球自由震荡、核爆、火山喷发、爆炸、滑坡、震前扰动、同震变化、震后效应”等因素[14]。形变仪器地球物理事件都以同震变化形式出现，一般情况下，同震变化是表示地震波向外传播时发生的形变仪器“共振”现象[15]。形变数字化仪器记录到的地震波形虽然不能像地震波那样完全表现出地震震源的相关信息，但是地震波传播的过程和特征也能部分体现出来，观测到的震动振幅、震动持续时间与地震大小之间存在一定的关系[16]。新源地震台CBT型钻孔倾斜仪2017年9月8日两分向13:15～16:27曲线记录到墨西哥沿岸近海MS8.2地震(发震时刻12:48:15、15.05°N、93.90°W、震源深度20 km、震中距13 524 km)，在曲线形态上表现为高频震荡及突跳，NS向最大突跳量348.075 ms、EW向最大突跳量198.507 ms，地震波干扰持续了192 min(图8)。

6 不明原因事件

经过认真分析发现，该组变化不能归类到以上5种变化类型中，并且不能确定产生变化的原因，因此认定为不明原因事件。确定不明原因事件后需要继续跟踪数据变化，一直到找出变化原因为止，如果确定为地震前兆异常，那么需要做异常跟踪分析并论证。

图7 新源台钻孔倾斜原始数据图(a) NS分向 (b) EW分向Fig.7 Tilt original data in Xinyuan seismic station图8 新源台钻孔倾斜仪原始秒数据图(a) NS分向 (b) EW分向Fig.8 Tilt original data in Xinyuan seismic station

新源地震台RZB型分量式应变仪自2017年8月1日后， NS、EW两个分量出现阶梯式的异常变化，主要表现为NS向由拉张转为压缩，EW向由压缩转为拉张，2种状态同步交替出现，其中NS分向出现的变化幅度小于EW分向，变化延续时间一般为8～18 d。异常结束1～2个月再次出现类似异常变化。截至2019年2月异常仍然持续，共出现10组异常。10组异常的形态较为一致，异常幅度和持续时间相似。多次到观测场地对应变仪器数据采集器、传感器、通讯系统、供电系统和观测井等进行检查，没有发现明显不正常情况，说明仪器工作状况正常。异常变化期间，没有发生长时间停电、降水，冬季异常时没有灌溉山顶上的树木，因此排除周围环境影响。综合分析认为，新源钻孔应变仪8月1日开始出现的变化属实，并且没有发现明显干扰源，因此做为异常跟踪(图9)。

图9 新源台应变仪预处理日均值图(a) NS分向 (b) EW分向Fig.9 Daily mean value of strain pre-processing data in Xinyuan seismic station

7 结 语

本文中分类归纳新源地震台形变观测前兆数据跟踪分析的典型事件，并初步探索其出现形式及变化规律，观测系统事件倾斜仪主要为悬挂倾斜摆弹簧片跳格，应变为受静电干扰死机。自然干扰事件受降水和气压变化影响。场地环境事件受建造储水池施工干扰。人为干扰事件为倾斜仪受台站巡检人为活动干扰。地球物理事件基本上是天然地震事件。不明原因事件为应变仪出现阶梯状变化。这些事件的出现形式具有明显特征，为进一步深入剖析数据异常提供基础性的资料。通过不断的积累经验和事实验证，新源地震台的跟踪分析工作在总结规律的基础上向前推进，随着前兆台站观测手段的进一步建设和完善，数据跟踪分析的发展和成熟，这项工作一定能够在地震分析预报中发挥重要作用。