昭通巡龙测震台观测资料质量分析与研究

马敏伟　李刚　彭登靖　秦波　张鸿滔　马达

摘要以昭通巡龙测震台2018—2021年间国家测震台站观测资料质量评估结果为基础，通过分析历年扣分问题及产生问题的原因，结合台站实际情况，给出了提升资料分析水平和加强系统运行能力等方面相应的经验及技术对策。为今后有针对性、有计划地提高昭通巡龙测震台测震观测质量提供可遵循的依据，并对本台及兄弟台站提高测震观测资料质量具有一定的指导和借鉴意义。

关键词巡龙测震台；观测质量；资料分析；系统运行

中图分类号： P315.78文献标识码： A文章编号：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

地震臺站是获取多种学科观测数据的基地，地震台站的观测资料是地震科学研究的最基本、最重要的部分[1]。因此，提高地震台站观测资料质量，需要进行观测数据的质量分析及控制研究[2]，这也是地震台站观测中的一项必要工作。

昭通巡龙测震台（以下简称昭通台）属于国家数字测震台，其原址位于昭通市昭阳区南大街东南圆宝山脚下原昭通地震台（现昭通中心站）内。昭通台始建于1964年，长期以来在地震监测预报工作中发挥着极其重要的作用。随着城市建设的不断发展，台站周围大量新的干扰源不断出现，现有观测环境受到严重的影响，因此，2015年台站采用台址外迁的形式，在距离原台直线距离约15.5 km 的巡龙湾选址新建了一个测震台站。该台建在布满石灰岩的半山坡上，为地表式观测，台站高程1933 m，台基岩性为石灰岩。依据选址时计算的台基背景噪声水平值，对照国家标准 GBT19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求（测震部分）》规定，昭通台属于Ⅰ类台。台站所处境内地质断裂构造纵横交错，有近南北向构造的小江断裂带，峨眉—金阳断裂带，还有北西向构造的大关—马边断裂带，3条北东向构造的巧家—五莲峰断裂带、洒渔河断裂带、迤车断裂带。台站现有地震监测设备为 GL-S120型甚宽频带地震计及 EDAS-24 GN 数据采集器，地震计频带范围为120 s—50 Hz，观测采样率为100 Hz。自建台以来，台站地震观测资料保存完好，2017年2月正式入网观测，其地理位置如图1所示。

1 国家测震台观测质量评估体系

要想提高测震资料观测质量就必须熟悉国家测震台观测质量评估标准体系，因为它一方面指导着台站的日常地震分析工作，提高常规分析数据质量、数量；另一方面也指导着台站观测系统运行稳定、连续可靠，保障产出完整、真实的数据[3]。

数字地震台站观测资料评估目前以2010年中国地震局出台的评估标准为依据，主要包括台站资料分析评价和系统运行评估两个模块[4]，各占100分。其中资料分析评价包括：震相分析、震级测定、单台报告、数据报送4个项目；系统运行评估包括：记录连续性、地震波形记录质量、脉冲监视与仪器特性、资料保存、观测日志5个项目，各项目分值大小及占比见表1。

从表1可以看出，震相分析和记录连续性分别是观测质量评估中资料分析和系统运行里占比最大的两部分，各达到了70%和55%，因此，提升震相分析水平和记录完整性对于提高观测资料质量至关重要。本文也将对这两项做重点分析。

而在资料分析评价模块中，震相分析和震级测定又分别包括了5个和4个子项目，各子项目分值大小及占比见表2。

从表2可以看出，地震波的分析精度，在震相分析和震级测定的总分中占比超过了50%（48/90），所以，在保证地震数量的同时提升震相分析精度，很大程度上就是提高了地震观测资料质量。而这一点，也正是昭通台历年评估中扣分最严重的一项。

2 台站地震观测资料质量评估分析

2.1 资料分析

在整个资料分析评价模块中，除去震相分析精度这个子项目为国家台网中心年终抽取4个指定地震事件，依据台站原始波形记录和报送的震相到时数据，进行年度复核外，其余项目均采用每月评估的方式对各项进行评估公示。根据昭通台2018—2021年观测资料评估通报，统计了历年资料分析中各项目的得分情况（表3）。从表3可以看出，昭通台每月的数据报送和报告编制做的相对较好，而年终复核的震相分析精度则每年均存在一定程度的扣分，总结其原因，主要是分析人员对地震波的震相识别不够准确所致。

统计2018年以来昭通台每年观测报告分析的地震数量，依次为7678、7747、5663、4256次，呈现出每年递减的趋势；而从表3中可以看出，震相分析和震级测定的总评分每年均保持一个大致相当的状态，且距离满分还有很大空间。这说明阻碍昭通台资料分析评价的主要原因不是震相及震级数量，而是震相分析精度的高低。

根据以上分析，结合昭通台历年评估结果及经验，认为要提高资料分析质量，需至少做好以下几点：

（1）在震相和震级数量方面，熟悉地球内部基本结构及各震相的传播规律，对不同地区、震中距、深度的地震震相掌握其走时特征，熟练使用台站数字分析软件系统，在短周期、中长周期、长周期等各周期上不断仿真，以识别最清晰的记录，从而分析出最多的地震波震相。对于特定地区，有时候会出现只有初至波且面波发育而无续至波的现象，例如昭通台接收到来自于震中距30°左右的日本北海道地区地震 S 波不发育，分析人员可采用借助理论震相标出续至波定出面波震级再删除续至波的方式，从而分析出最多的震级数量。

（2）在震相分析精度方面，核准固定本台经纬度及高程，这影响着震相到时残差的计算从而影响分析精度。一定要以本台接收到的地震波形为基础，分析人员经验为辅助，波形上记录到的明显震相应全部分析出来，在波形上明显看不出的震相，绝对不分析。昭通台2017年之前为山洞观测，之后搬迁更换了台基为山坡地表观测，部分原来能记录到的震相新台站未能记录到，由于台站分析人员的习惯和经验仍然标注了该震相，从而导致昭通台因此扣分严重。兼顾数量的同时，也要保证分析精度达到要求。

（3）在数据报送和报告编制方面，严格按照国家地震台站资料分析评价标准的要求，认真编制地震观测报告；及时报送五日报、月报等各项材料，避免迟报、漏报、错报等；台站人员应加强数据复核工作，减少因人为失误导致的不必要扣分。

2.2 系统运行分析

根据昭通台2018—2021年观测资料评估通报，统计了历年系统运行评分情况（表4）。从表4可以看出，昭通台系统记录连续率2018年达到了100%，而其余年份数据均有所中断；地震波形记录质量2021年获得满分，其余年份均有不同程度的扣分；而在资料保存和观测日志评分上，只有2018年的资料保存扣了分，其他年份均是满分。综合分析来看，昭通台系统运行在各项评比上具备获得满分的条件。

2.2.1 记录连续性分析

连续率是系统运行评估中权重最大的一项，记录波形的缺失不仅影响运行质量，也会降低地震数量的产出。因此，如何做好仪器正常运转，减少数据丢失，是一项重中之重的任务。影响连续率的因素有很多種，比如：供电系统、数据采集、网络传输等故障。由于每个国家台的工作方式和传输模式不一样，有些台站和观测站点在同一地点，仪器维护起来比较方便；有些台站距离观测站点较远，仪器维护较为困难。以昭通台为例，观测站点距离台站直线距离15.5 km，开车最快需要40分钟车程。影响2019年连续率的是数采故障，主要表现为数采 GPS 无法授时而断记，这种情况在2022年也同样出现了（图2）（2022年5月11日17时）；影响2020年连续率的是网络故障；而影响2021年连续率的则是客观因素（预警基准站改造导致数采停电断记）。结合本台实际及工作经验，提出以下对策：

2.2.1.1 多重独立的供电系统保障

台站供电系统采用市电、太阳能、UPS 以及发电机等多重供电模式，彼此之间相互独立并可不间断切换。同时，使用智能电源管理模块，远程监控各供电系统工作状况，发现问题及时解决，台站第一时间派人前往排除故障。平时应定时巡视定期检查，做好发电机的维护和燃油储备工作，定期维护 UPS 系统和备用电源，做好 UPS 和电池不间断电源的定期放电工作，确保仪器设备的正常运行。

2.2.1.2 充足高质的备机备件保障

充分利用现有条件，实现观测系统多备份。测震观测系统中，无论是地震计还是数据采集器甚至是信号线，都应该留有相应的备机备件，尤其数采，它的好坏直接影响台站的连续率，当地震计出现故障或数采死机无法启动时，及时更换仪器，数采的各项参数应提前配置好，保障记录的连续性。同时，台站数据实时接收系统具有存储、处理及维持该系统正常运行的功能，具备高质量的运行系统硬件及多备份，是地震波形记录连续完整的有力保障。

2.2.1.3 稳定及时的传输服务保障

测震数据的传输直接影响观测资料的连续与可靠，网络传输应当保证至少有两家运营商，实现双线路或三线路相互补充系统。台站技术人员可与当地网络运营商沟通协调，将观测站点钥匙留给运营商，当仪器出现网络故障时，由网络运营商直接提前到达站点进行简单判断，争取时间，确保网络通畅的时效性。

2.2.1.4 认真负责的运维队伍保障

台站设立片区仪器运维室，培养专门技术人员，成立监测运行保障小组，随时为仪器运维服务。保障组成员要熟练掌握观测仪器性能和指标，掌握仪器维修维护技能和常见故障排除方法，能及时处理仪器设备故障。

运维室制定相应的运维保障制度和应急预案。例如，要求值班人员白天每2小时、晚上每4小时检查所有仪器的工作情况，保证经常检查、节假日前加密巡检、及时发现、立即排除的措施落实到位。合理安排班次，监测运行保障小组成员要求保持通讯畅通，手机24小时处于开机状态。当仪器出现故障时，台站维护人员要立即行动，不管刮风下雨或是白天黑夜，争取在最短的时间内使仪器能够正常运转。

同时，及时维修、保养车辆，保持车辆的良好状态，随时能为运维工作提供安全的交通服务。

2.2.2 地震波形记录质量分析

地震波形记录的质量直接影响着资料分析的质量，当波形记录失真而无法清晰记录到地震时，资料分析也就没有了震相基础。从表4可以看出，昭通台波形记录质量得分连年增长，2021年达到了满分。分析前面几年扣分的原因，主要是评估报送的地震事件波形文件命名格式错误或保存格式错误。除此之外，在以往省评结果中，昭通台还出现了地震事件截取不完整，初至波到时截取时长不够或截取过长等问题，这些皆为人为原因造成的，属于可避免的问题，提高观测人员的工作水平即可达到。

而对于记录波形的失真，其原因主要有：①数采参数设置有误；②数采故障；③地震计故障，零漂；④信号线漏电；⑤观测环境变化等。一般来说，长期运行的地震监测系统其数采参数设置相对固定，只有在更换数采时可能出现参数设置有误的现象，观测运维人员加强业务水平可避免。针对原因②、③和④， 属于观测系统故障，备机备件的及时更换是保障其质量的基础。

至于观测环境的变化，主要是台站周边人类活动等对地震波形的干扰。以昭通台2020年为例，台站春秋两季高频部分的干扰大于夏冬两季，主要原因是台站所在位置为昭通洒渔苹果种植基地，地震台站周边被农户种植的苹果树包围。春季时分，农户在苹果基地里面利用旋耕机翻地；苹果收成时节，地震台站周边来来回回拉苹果的三轮车加大了观测环境的干扰，从而导致在这两季近震初至波震相的识别困难（图3和图4）。场地地动噪声大小直接关系到台站测震观测环境及对地震的监测能力[5]。平常工作人员应不定时检查台站周边环境，计算台站台基背景噪声值，通过背景噪声水平在不同时期不同频段的变化规律，为台站的地震波形记录质量和地震分析提供参考，提高相应时段和频段的测震监控能力。

2.2.3 脉冲监视与仪器特性分析

根据国家测震台网运行管理细则要求，国家数字地震台每年需进行标定，并将标定波形文件及计算结果上传台网中心地震台网部。这两项标定是监视观测系统正常运转、显示仪器特性的重要指标，导致这部分扣分的主要原因有：

（1）正弦、脉冲标定文件格式错误。昭通台2019年扣分原因即为脉冲波形格式错误，工作人员将dat格式的文件未经转换直接修改后缀名为 seed 格式，导致了评比的扣分。

（2）周期、阻尼、灵敏度超限。按照规定，标定计算出的地震计工作周期和阻尼变化不应超过5%，或灵敏度变化不应超过10%。由于仪器出现故障未及时维修和更换会导致这种情况发生，此外，仪器响应参数的变化也会影响标定结果。比如昭通台2022年下半年的标定计算中，发现脉冲标定灵敏度变化值超过了30%，查找原因发现是因为昭通台不仅作为国家数字测震台，也作为国家预警项目基准台，省局台网中心工作人员为保持预警地震计标定电压的一致性，修改了原来的标定电压值，从而影響了计算结果。

（3）幅频特性、响应图计算错误。昭通台2020年正弦波标定计算频率特性时，出现幅频响应图掉点的情况，图5a（错误）和图5b（正常）分别为2020年和2021年幅频响应图。仔细分析原因，是因为台站工作人员对标定信号参数设置错误所致。

甚宽带和超宽带仪器要求每半年进行1次脉冲标定，每年进行1次正弦波标定；甚宽频带脉冲宽度为1200 s，超宽频带为1800 s；除此之外，台站更换数采或维修地震计后也必须及时对仪器进行标定，避免漏标或错标。定期检查仪器工作状态，按时、按规标定，及时调零，正确设置各项标定参数，计算完整，才能保证观测数据真实可靠。

2.2.4 观测日志和资料保存评估分析

从表4可以看出，昭通台自2018年以来，除当年资料保存因光盘名书写错误导致扣分外，其余年份在观测日志和资料保存上面做得相对较好，都获得了满分。总结本台经验，主要一点为昭通台例行当班负责，接班复核的原则，值班人员定时检查台站的仪器设备、市电供应、备用电源、通信线路、观测环境等，并做好相应的记录。台站观测人员之间应相互沟通和交流，做好每一天的日志记录和观测资料归档，按要求报送评估材料。

3结论

本文通过对昭通巡龙测震台历年观测资料评估结果的分析，发现由于人为失误导致的扣分在各项目中占据了大部分比例，结合国家数字测震台站评估体系分析，得出以下结论。

（1）以人为本，不断加强台站分析人员自身业务水平和职业素养，增强专业基础知识的学习及相关经验的积累，是提升资料分析质量的保障；不断增强台站运维人员的责任心和奉献精神，产出连续稳定高质量的数据，是提高系统运行质量的保障。

（2）制度并行，制定职能明确、权责清晰的观测工作规章制度，建立可行、有效的奖惩制度，通过团队的共同协作努力，提升台站综合竞争力，为各项工作打好基础，是提升整个观测质量的保障。

（3）学透规则，掌握各项评估标准和测震台站运行细则及技术要求，加强台站与学科组之间的交流，在排除不可控的因素外，杜绝不必要的扣分。应充分认识到，评估只是一个手段，不是目的，鞭策大家实事求是，认真严谨提高观测数据质量，深入研究地震数据才是根本。

参考文献

［1］邱扬.提高测震观测资料质量的几点想法[J].四川地震，2009（3）：20-24

Qiu Y. Some thoughts on improving the quality of seismic observation data[J]. Earthquake Research in Sichuan，2009（3）：20-24

［2］许卫卫.地震观测数据质量控制研究综述[J].地球物理学进展，2018，33（3）：998-1004

Xu W W. Research progress on seismic data quality control[J]. Progress in Geophysics，2018，33（3）：998-1004

［3］周大为，肖健，刘九华，等.浅谈数字地震台网观测资料质量的提高[J].地震地磁观测与研究，2004（增刊1）：45-48

Zhou D W，Xiao J， Liu J H， et al. The advance of observation date quality about digital seismic network[J]. Seismologicaland Geomagnetic Observation and Research，2004（S1）：45-48

［4］姜博，胡宝慧，常金龙，等.鹤岗地震台测震观测资料质量分析与研究[J].防灾减灾学报，2015，31（1）：71-74

Jiang B，Hu B H，Chang J L，et al. Analysis and research on the quality of observation data at Hegang seismic station[J]. Journal of Disaster Prevention and Reduction，2015，31（1）：71-74

［5］林建生，谢文杰，吴淑美，等.泉州地震台测震观测质量分析及技术对策[J].地震地磁观测与研究，2011，32（3）：136-144

Lin J S，Xie W J，Wu S M，et al. Analysis on the quality of seismic observation and its technical counter measures in Quanzhou seismic station[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research，2011，32（3）：136-144