0 引言

识别显著的地震前兆是地震预测目前相对有效的途径之一（Assembly of Mathematical and Physical Sciences National Research Council，1976），其中定点地球物理观测是捕捉地震前兆信息的重要手段。近年来，机器学习被尝试应用于地震前兆数据异常识别，而其识别的准确性在较大程度上依赖于样本数量。2014年8月正式开始的数据跟踪分析工作涉及所有地球物理观测仪器，至今已积累具有正常动态变化、典型异常动态及常见干扰因素等的大量分析数据，这些数据更新快、获取方便，有助于捕捉地震前兆信息，有利于开展地震预测研究。

本文通过对江西地球物理台网2014年8月—2021年12月数据跟踪分析工作产出的6大类（观测系统、自然环境、场地环境、人为干扰、地球物理事件、不明原因）典型事件进行梳理归纳，总结影响观测数据质量的常见干扰因素、典型事件数据曲线变化特征以及数据跟踪分析中的常见问题，以期为进一步提高江西地球物理台网观测资料质量提供参考，从而为数据跟踪分析、地震预报等相关研究提供有力的数据支持。

1 数据跟踪分析事件统计

江西地球物理台网由地壳形变、地下流体及电磁3大学科组成，共8个台站36套仪器，其中地壳形变仪器12套，地下流体仪器21套，电磁仪器3套。江西地球物理观测台站主要分布在九江—靖安、广丰—萍乡、邵武—河源断裂带沿线，见图 1。

1.1 事件类型统计

根据江西省实际情况，江西地球物理台网记录的各类事件归纳为6类：观测系统、自然环境、场地环境、人为干扰、地球物理、不明原因，其中地球物理、观测系统、人为干扰事件数量较多，分别为970条、881条、265条，占比分别为39.03%、35.45%、10.66%。事件分类统计结果见表 1。

1.2 事件类型逐年变化

通过对2014年8月—2020年12月江西地球物理台网观测数据跟踪分析事件进行逐年统计，结果见图 2，可以看出，2014—2019年，江西地球物理台网数据跟踪分析事件数量整体呈增长趋势，2019年达到峰值，2020年有所下降，2021年又有所增多。初步分析，认为原因如下：①江西地球物理台网近50%的观测仪器安装于2007年，随着仪器使用时间增加，仪器配件接近设计寿命或超过设计寿命，不可避免地出现各种故障，2016—2019年故障发生频次逐年增加。2019年上半年江西地区降雨频繁，导致供电故障增加，全年观测系统事件数量达到峰值。2020年起随着备机备件更换、老旧仪器更新升级，各类故障开始呈现下降趋势（图 3）。②与往年相比，2020年全球地震活动性较弱，6级以上强震发生频次大幅减少（钱庚等，2021），地壳形变仪器记录的同震响应相比往年减少，而磁力仪记录的磁暴事件与历年基本持平，因此2020年度地球物理事件相对较少。③人为干扰事件在2020年度发生次数较往年少。基于此，2020年度数据跟踪分析事件数量较少，不仅与全球地震活动弱有关，还与仪器更新、故障率下降有关。

2 数据跟踪分析典型事件

根据江西省地球物理台网观测数据跟踪分析工作成果，系统梳理了2014—2021年典型事件，总结归纳典型事件发生时记录曲线特征及常见处理方法，详见表 2。

2.1 观测系统事件

江西地球物理台网观测系统事件主要为供电故障、主机故障、超量程故障、传感器故障、脱气—集气装置故障和数采故障。观测系统事件在排除其他干扰项后，通过数据曲线形态变化一般容易区分、判断，其中主机、数采电源板故障会导致数据缺记，其余故障事件数据曲线形态会出现大幅阶变、突跳等（图 4）。

2.2 场地环境事件

江西地球物理台网记录的场地环境事件主要包括城市轨道交通干扰和抽水干扰（图 5），其中城市轨道交通干扰具有持久性特点。自2015年12月南昌市地铁1号线开通以来，南昌站地电场全年受到地铁运行干扰，受干扰时间与地铁运行时间一致，且因距地铁较近干扰幅度较大，见图 5（a）。

2.3 自然环境事件

江西地球物理台网记录的自然环境事件主要是气压、降雨、雷电等对不同仪器观测数据产生的不同程度的干扰（图 6），其中降雨对形变观测和水位观测影响较大，但降雨速率、持续时间、累计总量达到一定程度才会产生明显变化。

2.4 人为干扰事件

江西地球物理台网记录的人为干扰事件主要包括调节流量、标定、进洞和装置系统改造等。人为干扰具有持续时间短、原始数据形态变化明显等特征（图 7），而且一般有详细日志记录，所以此类干扰通常容易判别，一般通过缺数处理来去除突跳和改正台阶。

2.5 地球物理事件

江西地球物理台网记录的地球物理事件主要是地震和磁暴（表 3）。形变和流体观测仪器映震能力强，尤其对全球M≥7.0地震具有较好的同震响应能力[图 8(a)—(f)]。观测仪器对同震应变信息的捕捉能力和响应形态与测点构造、震级、震中距、仪器自身设计及原理有关，同震响应变化类型以阶跃型和振荡型为主。

磁暴是由太阳活动引起的全球性地磁扰动现象，是磁力仪记录到的最常见的地球物理事件。部分研究表明磁暴对地震发生具有一定指示作用，对地震前兆分析及地震预报具有重要意义（张铁铮，1972；徐道一等，1994；郭安宁等，2012）。从图 8(g)可以看出，当磁暴扰动剧烈时，南昌站磁力仪可清晰记录到地磁暴的完整变换。目前江西地球物理台网的磁力仪的记录均为急始磁暴（SSC），即磁暴开始时刻，地磁观测数据出现剧烈的脉冲变化。磁暴扰动地磁观测数据的具体特征如下：①扰动持续时间长。磁暴可以持续十几至几十个小时，一般分为初相、主相和恢复相3个阶段。初相阶段，观测数据变化幅度高于磁暴前平静期水平，但整体而言扰动变化幅度不大。主相阶段，观测数据变化幅度剧烈，迅速下降至极小值。恢复相阶段，观测数据从极小值恢复至磁暴前平静期水平。②扰动幅度大。磁暴发生期间对地磁观测各要素产生不同程度的扰动。其中，在水平分量（H）上引起的扰动最为明显。

2.6 不明原因事件

无法找到原因解释的显著变化即为不明原因变化，此类变化有可能是疑似地震前兆异常，当观测资料出现不明原因的显著变化时，必须从仪器工作状态、周边观测环境、气象因素等开展异常核实工作，确定数据变化是地震前兆还是干扰。

以2015年11月九江浅层水温突变为例，此典型事件曲线见图 9。2015年11月25日18时26分至18时30分，九江中心站水温数据出现大幅台阶变化，降幅0.040 ℃。针对此不明原因变化，地震台站开展异常核实工作。经现场核实，认为在水温数据出现台阶变化期间无人为影响因素、周围环境无异常、同井水位未出现变化、水温探头未出现移位、同时段无较大地震等异常现象，综合经验排查，推断此次突变非前兆异常，暂列为“不明原因——疑似仪器故障”，后续持续跟踪数据变化。

3 常见问题分析 3.1 事件归类问题

台站数据跟踪分析人员对事件类型理解不透彻，造成数据变化的影响因素出现归类错误。例如，2015年7月14日至7月19日九江站测氡仪由于年度标定导致观测数据出现缺记现象，台站人员误将其归类到“观测系统——维修更换仪器”事件，正确归类应为“人为干扰——标定”。应根据造成数据变化的根本原因，对事件进行正确归类。

3.2 事件分析记录问题

一条完整的分析记录应涵盖台站基本信息、观测仪器基本信息、测项分量信息以及影响因素、数据变化情况等。例如：2014年11月4日10时58分至11月8日23时59分九江站因观测井口改造，导致水温数据下降，见图 10。九江站记录文字描述为：“11月4日11:00左右井房环境改造，对水温数据造成影响，出现台阶、数据突跳，至8日才恢复改造前数值。”结合图片信息可知，分析记录不完整，正确描述为：“九江站（36004）2号测点水温仪（SZW-1A）11月4日10时58分由于井口改造导致水温快速下降，幅度约0.000 4℃，后慢慢上升，11月8日23时59分恢复至井口改造前正常数值。”

3.3 图件绘制问题 3.3.1 图件标注不规范

图件标注要完整，标注图框和文字缺一不可，标注框范围对应受事件影响观测数据变化的起止时间，文字阐明影响因素。当原始观测数据曲线和预处理数据曲线作对比分析时，只需对原始观测曲线图进行标注。在江西地球物理台网实际数据跟踪分析中，问题集中在标注框绘制不规范和原始观测曲线缺少标注方面。例如，2021年3月30日至2021年4月1日，南昌站垂直摆由于供电故障而频繁断记，期间恢复供电产生的大幅台阶数据已作缺数处理，图 11为该事件不规范图件标注记录。问题如下：原始观测数据曲线和预处理数据曲线作对比分析时，原始观测曲线图未标注，错误标注在预处理观测曲线上；标注框未规范对应供电故障的起止时间。

3.3.2 缺少辅助测项佐证

自然环境干扰事件数据分析应附对应的辅助测项观测曲线图，以便进行对比分析佐证。在江西地球物理台网实际数据跟踪分析中，个别台站存在自然环境干扰事件分析缺少辅助测项观测曲线图现象。例如，2020年2月15日至2月16日，受降雨影响，宜春站垂直摆倾斜仪NS分量快速上升，EW分量先快速下降后快速上升，见图 12，缺少同期降雨量观测曲线佐证。

3.4 过度分析问题

在江西地球物理台网实际数据跟踪分析中存在过度分析的问题，常见问题有2种。一是地球物理事件过度分析，主要针对地震事件。例如2015年4月20日，会昌站垂直摆记录到中国台湾花莲县3次地震，分别是09时42分M_S 6.4、19时45分M_S 5.9以及20时00分M_S 6.0地震，见图 13。19时45分的M_S 5.9和20时00分M_S 6.0地震事件波形出现重叠，此时只需标注最大地震，即20时00分M_S 6.0地震。二是观测系统事件过度分析，主要针对分析持续时间小于4 h的观测系统故障事件。例如，2016年8月11日会昌站伸缩仪于14时25分至15时32分出现UPS短时故障，导致观测数据大幅向下阶跃，台站人员基于此创建观测系统故障事件。这种观测数据变化原因明确且持续时间小于4 h的事件，无需创建分析记录，仅需填写观测日志。

4 结论与讨论

（1）江西地球物理台网观测仪器运行时间普遍较长，部分仪器老化现象严重，导致观测系统故障频发，而仪器长时间故障直接影响观测数据质量；观测数据易受自然环境（气压、降雨、雷电）和人为干扰（进洞维修仪器、调零、标定）的影响。在日常资料分析中为了获取观测数据的真实变化，提高数据跟踪分析质量，提取可靠的地震活动前兆信息，需要对观测仪器实施周期巡检和预防性维护保养，确保观测系统可靠、稳定地运行。

（2）数据跟踪分析产品是快速、准确判定观测数据变化的重要途径之一，可为台站改造、仪器升级、地球物理异常判断及观测资料应用研究等提供可靠的参考资料。基于此，数据跟踪的相关研究亟待加强、工作需要规范，要充分挖掘和释放观测数据的价值，有效提高数据跟踪分析产品的利用率。