2. 中国山东 264200 威海市地震局;
3. 中国山东 261300 昌邑地震台;
4. 中国山东 271000 泰安基准地震台
2. Weihai Earthquake Agency, Shandong Province 264200, China;
3. Changyi Seismic Station, Shandong Province 261300, China;
4. Tai'an Fiducially Seismic Station, Shandong Province 271000, China
为切实推进基层地震台站工作重心从观测向观测、应用并重转变,提高台站前兆观测数据质量和整体服务效能,实现地震“监测、预报、分析”三者的有机结合,中国地震局要求自2014年6月正式在全地震台网开展前兆数据跟踪分析工作,并将分析结果纳入年底资料评比。地震前兆数据跟踪分析工作的开展自下而上分为三级,分别是地震前兆台站、区域地震前兆中心以及国家地震前兆中心。其中地震台站具有熟悉资料和环境的天然优势,可以第一时间发现异常信息,并作出相应判断,为区域地震前兆中心震情监视、会商及异常落实提供可靠资料(严兴等,2015)。数据跟踪分析工作涵盖电磁、流体、形变、重力4大学科,几乎涉及全部地震前兆观测仪器,加之软件不断更新,规范不断修订,导致各地震台站对如何准确完成数据跟踪分析工作普遍感到经验不足。
安丘地震台(以下简称安丘台)原名为安丘县常家庄地震观测站,由国家地震局测量大队于1969年渤海大地震后建立,位于沂沭断裂带北端安丘—莒县断裂附近,主要任务是监测该断裂带及次级NW向断裂带活动情况,是山东省中东部地区重要综合性地震监测台站,属于国家基本地震台(池国民等,2016)。目前具有地电场、FHD地磁观测、体积式应变测量、断层蠕变观测、跨断层水准测量、极低频大地电磁探测仪ELF等前兆观测手段。在2年多的地震前兆数据跟踪分析实践中,安丘台工作人员积累了一定工作经验。本文从安丘台数据跟踪分析工作遇到的实际问题出发,从软件安装与使用、常见问题分析解决等方面进行介绍,以此分享工作经验,提高数据跟踪分析工作质量。
1 软件安装与使用地震前兆台网(站)数据跟踪分析平台软件部署在地震前兆台站、区域地震前兆中心、国家地震前兆中心和学科台网中心。该软件不断更新升级,功能愈加完善,已经不再需要针对不同的操作系统安装相应客户端,能够兼容各种操作系统。软件现已无需安装,解压缩后即可使用。跟踪分析平台软件对系统配置的要求是:①运行环境:Oracle 10g客户端,Net FrameWork4.0以上,office 2007;②网络环境:能登录地震系统内部网络,具备Oracle 10g数据库。
软件安装前需确保计算机系统装有Oracle 10g客户端和Net FrameWork4.0以上版本。一般,如果预处理软件在该计算机上能够正常运行,则满足本软件运行环境。跟踪分析平台软件在启动时会自动检测当前软件版本是否为最新,并从服务器端下载最新软件升级包,自动完成在线升级。
初次运行软件时,需要配置连接Oracle数据库信息(图 1)。输入地震前兆数据库服务器IP地址,如10.37.xxx.xxx;用户名默认为qzdata;密码为qzdata用户密码。值得注意的是,首次运行软件时,数据库连接成功后,软件将自动在数据库服务器建立11张表,可能需花费约5 min;软件将在应用程序目录下新建1个文件Connection.xml,保存数据库连接信息,应用中可直接读取,若Connection.xml不存在或数据库连接不成功,将再次弹出此界面,重新配置文件。该文件内容经过加密,不能随意修改,否则影响数据库连接。
数据库连接成功即进入程序主界面。第1次登录,软件只有“设置”菜单可用,由数据库服务器所在台站创建用户并分配用户权限,用户则根据配置的数据库信息连接数据库,登录系统进行数据跟踪分析。
2 常见问题分析与解决 2.1 数据类型选取地震前兆数据跟踪分析时所选取的数据类型,应能突出显示事件对观测数据的影响特征,分析记录的数据时段不能为空。默认状态下,周分析、月分析、年分析分别对预处理数据分钟值、产品数据时均值及日均值进行分析。数据分析有时为了更好地体现异常曲线特征,做事件记录时选取原始、预处理数据进行对比分析。例如:2016年6月14日18:20—22:40,安丘台地电场受雷电干扰,造成短极距N45°E测项数据畸变,预处理时做删除数据处理。在填写数据跟踪分析记录时,如果使用预处理数据做分析图件,图上很难反映该数据畸变原貌且分析记录的数据时段为空;如果选择原始数据做分析图件,异常时段曲线将压制正常曲线动态。此时,一般选择原始、预处理数据同图绘制来进行对比分析(图 2)。这样,数据畸变形态直观,并可见正常曲线动态,形成鲜明对比。
事件起止时间是指产生观测数据变化的起止时间,填写准确程度应视分析数据类型而定。例如,秒值和分钟值应准确填到“分钟”,时值应准确填到“小时”,日值、五日均值或月均值应准确填到“日”。对于未结束的事件,安丘台一般将结束时间置空,对其进行持续跟踪分析,随时补充、修改,及时更新图件和文字描述信息,一旦事件结束,应立即填写结束日期。
2.3 事件类型选择事件类型指引起地震台站地震前兆观测数据变化的同类影响因素的集合。事件分为:①观测系统故障事件;②自然环境干扰事件;③场地环境干扰事件;④人为干扰事件;⑤地球物理事件;⑥不明原因事件。“正常”亦视为事件的一个特例(刘高川等,2016)。事件归属应为引起数据变化的最直接原因。例如:①2015年8月7日—13日,安丘台地电场仪ZD9A-Ⅱ因雷击造成仪器主机故障,导致产出错误数据;②2016年6月14日18:20—22:40,安丘台地电场受雷电干扰造成数据畸变。二者看似均由雷电造成,但是引起数据变化的根本原因却不同,情况①数据变化的直接原因是观测系统故障,情况②则是测区自然环境的改变,一定要区分开来。
2.4 图件绘制及标注 2.4.1标注方框。在进行跟踪分析时,对应事件过程在曲线上要准确标注方框。图件方框的左右边界应当与事件影响观测数据变化的起止时间一致。标注图框时,方框应大小适中,方框的上下边界应尽量切割观测数据曲线。在日常跟踪分析工作中,应在事件持续时段前后分别多截取适当时间长度的数据,以此作为衬托事件的背景,一般不少于1倍事件长度,故一般事件起止时间≤绘图起止时间。图 3为北京时间2016年7月20日08:00—11:00,安丘台地磁FHD受磁暴(K=5)影响的跟踪分析图件。绘图时间选取2016年7月19日—20日,观测数据可以形成前后对比,更好衬托磁暴影响。当前兆仪器记录到地震发生时,图件中应使用箭头标注,箭头指向发震时刻。图中文字描述包括发震时间、名称和震中距(以“km”为单位)。
标注文字。除“正常”外的其他事件类型,在进行跟踪分析时,图件中应标注文字(参见图 2、图 3)。标注文字时需注意:①文字应大小适中,尽可能置于方框以内, 如果因事件持续时间较短,无法标注于方框内,可标注于方框附近;②文字应清晰,不与曲线、标注方框、文字等重叠;③应标注影响因素,而非变化形态,以图 2中事件为例,不能标注数据突跳,而应标注雷电。
2.4.3添加辅助测项图件。数据分析结论中的事件和影响因素与辅助观测相关时,很多台站对待此类事件往往只是简单附上仪器记录的畸变曲线。正确做法是:此类事件需绘制与主测项变化关联性强、变化突出的辅助测项曲线。例如:受降雨影响,应选择降雨量曲线;受气压影响,需配上气压变化曲线,如果无相应辅助测项或测项故障,应在数据描述中写明;相反,与之无关的辅助测项不应绘制。2016年8月7日,安丘台地电场长极距NE测项数据出现漂移台阶,根据不极化电极地埋深度,结合体应变地下水位和气象三要素降水量数据,分析认为此次变化为近期降雨造成地下水位上升,导致不极化电极所处位置环境变化引起。图 4为本次事件的分析记录图件,将辅助测项降雨量与预处理数据曲线同图绘制,更好地解释数据变化原因。
数据变化描述是1条事件分析记录的重要组成部分,是对事件过程的完整解释。数据变化描述应包含以下信息:①台站名称及代码、仪器名称及型号、测量分项;②事件对观测数据影响的起止时间;③观测数据变化特征及幅度分析;④数据处置情况及依据等。
对7种事件类型(包括“正常”)进行数据变化描述时,均需包含上述必要信息。
2.5.1“正常”事件分析描述。图件上无需标注“正常”二字,但在进行事件描述时,要包含上述必要信息。部分地震台站在分析变化类型为正常的事件记录时,数据变化描述往往简单叙述为“数据正常”,该做法不准确。数据变化描述,要从数据变化的时间、幅度、形态、数据质量指标、多个测项、多月、多年对比分析等进行描述,必要时可以使用各种专业方法对正常进行长趋势分析。例如:安丘台地电场正常动态分析描述如下:安丘台37006测点2 ZD9A-Ⅱ地电场仪2016年8月1日00:00至2日22:59各测道数据整体日变较清晰,每日呈现2峰1谷的变化形态,变化趋势正常。相关系数0.99以上,差值约2 mV/km。笔者在此建议,工作人员认真学习并准确掌握《地震前兆数据跟踪分析事件描述要素标准》中对事件描述的要求。
2.5.2观测系统故障和场地环境干扰4小时以内分析描述。数据跟踪分析工作开展初期,安丘台工作人员对已经确认的4小时以内观测系统故障和场地环境干扰,直接按正常动态填写记录,该做法不正确。《数据跟踪分析技术指南》中明确指出:对于已经确认是由观测系统故障事件或场地环境干扰事件引起的、孤立型且持续时间4小时以内的数据变化,不需要创建分析记录,但应详细记录填写观测日志,并且在数据变化描述中简单说明情况。很多台站容易忽略此项要求,根据学科要求,4小时以内观测系统故障无须创建分析记录,在数据描述中简单说明情况即可。准确描述可参考下例:安丘台37006测点1 FHD-2B型质子磁力仪2016年6月13日—19日整体日变清晰,数据变化正常。对比此时段安丘台FHD-2、泰安台FHD-2和红山台FHD-2分钟值曲线,发现数据变化趋势一致性较好。北京时间6月17日00:00—00:59,安丘台磁偏角D分量工作参数错误,导致产出错误数据,做删除数据处理。
2.5.3不同事件的特定分析描述。对于“正常”以外的其他6种事件类型的分析描述,除包含上文提及的必要信息外,还需描述与事件相关的其他信息。例如:①观测系统故障应对故障(故障现象特点、故障部件、损坏程度、修复或处置情况)及排查过程中的关键环节进行说明;②不明原因记录中的长(中短)期不明原因变化和疑似地震前兆,需对异常进行调查分析论证,编写并上传异常核实报告。具体可参照学习《数据跟踪分析技术指南》,不再赘述。
2.6 周分析、月分析安丘台每周一系统分析上周观测数据变化,录入事件记录并复核;每月5日前完成月分析,重点关注周分析中不易发现的、引起观测数据趋势性变化的事件,发现新的观测数据变化及时录入并复核。地震前兆台站数据跟踪分析为区域地震前兆台网中心震情会商提供重要参考依据,台站工作人员要按时保质保量地完成数据跟踪分析工作,确保上级部门在使用跟踪分析成果时完整率达到百分之百。按照登录数据跟踪分析平台→产出→连接数据库服务器→统计→分析完整率→按“仪器名称”分组统计,可以清晰查看各地震前兆仪器观测数据跟踪分析完整率,及时查找并补充完善未分析的时段。
2.7 及时查询区域、学科中心审核结果地震区域前兆中心会在台站数据跟踪分析记录录入完成后某个工作日,对地震前兆台站跟踪分析的及时性、完整性、正确性进行检查审核,给出审核意见;学科台网中心会定期对台站跟踪分析结果进行审核,给出审核意见。台站工作人员要及时登录跟踪分析平台,点击“结果”,查询地震区域前兆中心、学科台网中心审核结果。重点查询审核结果为“中”、“差”的分析记录,根据审核意见做出相应修改,以便重新审核。
3 建议经过2年多数据跟踪分析工作实践,笔者得到以下体会。
(1)准确把握各学科要求。数据跟踪分析工作涉及流体、形变、电磁、重力4大学科,由于各学科测项所观测的物理量和观测原理各不相同,引起各学科数据变化的具体影响因素也不相同,因此要根据不同学科特点,准确把握学科要求。
(2)对台站人员进行跟踪分析培训,提高业务能力。目前,台站人员数据跟踪分析业务水平参差不齐,区域地震前兆中心定期开展培训并现场指导,规范分析流程,以便及时找出错误并解决。
(3)注意相互交流沟通。地震前兆台站与区域前兆中心、学科台网中心之间可通过电话、QQ等方式加强对数据跟踪分析工作的交流沟通,分享彼此的工作经验。实践证明,及时必要的交流沟通,有助于及时发现并解决问题,从而提高工作效率。
4 结束语数据跟踪分析是一项探索性较强的工作,亦是台站工作人员面对的1个全新课题。地震前兆台站观测数据是开展数据跟踪分析工作的基础,台站人员充分利用掌握第一手观测资料的优势开展相关工作,可以更好地发挥前兆观测数据在震情监视及会商中的基础性作用,更好地服务于地震预报和研究(全建军等,2015)。安丘台开展观测数据跟踪分析工作以来,遇到并解决了各种问题,积累了一定数据跟踪分析经验,可为地震前兆台站开展相关工作提供参考。由于安丘台观测手段以及地震前兆观测仪器数量有限,笔者文中提到并讨论的问题可能不够全面,在此欢迎地震台站同仁指教补充。
安丘台数据跟踪分析工作及论文撰写得到烟台市地震局邹钟毅老师的指导和帮助,在此表示感谢。
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