福建省图书馆

第二节 监测资料处理
  监测资料输送到分析预报部门后，必须根据各种预报手段的需要，对台站原始记录进行分析、整理、归档、排除干扰等处理，并按有关要求绘制成各种图件。
  一、测震资料
  福建地震台网1971年开始陆续投入观测，使用地震仪器拾取可靠、连续、完整的地震记录图。测震资料处理工作主要是对测震台网记录到的近震范围内（北纬19°～29°、东经114°～124°）每一条地震原始记录进行分析处理，尽可能使用较多台站的观测资料，精确测定地震基本参数（发震时刻、震源位置和震级），编印《福建地震台网地震目录》和《福建地震台网观测报告》，并按要求上报国家地震局，为地震监测、预报和基础研究工作提供连续、完整、可靠的基础资料。
  （一）时间服务系统
  地震月报目录和观测报告中所有地震的震相到时和发震时刻均为北京时间，时间服务以协调世界时UTC为基准。
  1971～1978年，各测震台站接收上海天文台BPV2授时台发播的世界时UT1时间信号进行对时，每天按规定对时两次。采用停表对时法人工对时，对时精度为0.1秒左右。
  1978年，改为北京时间8点和20点接收陕西蒲城BPM授时台发播的世界时UTC时间信号进行对时。采用停表对时法、记录测量法、数字式钟差计对时法等人工对时，对时精度各有不同。
  1997年，建成的福建数字遥测地震台网，采用接收GPS卫星信号自动对时，对时精度可达10-5～10-4秒。
  至1998年，各台站记录到本省Ml≥3.5级，台湾地区Ml≥5.0级地震时，及时增加一次对时，以确保地震发震时间准确无误。
  （二）震源位置测定
  测震资料处理人员必须分析每一条地震原始记录波形，量取测定地方震和近震基本参数所必须的震相到时PG、SG和PN、SN，使用适合华南地区的地震波走时表或速度模型，采用几何作图法或计算机定位软件精确测定震中经纬度和震源深度。
  地震波走时表1971～1989年，由于没有本地区走时表，使用的是全球平均走时表，即J-B近震走时表。70年代后期，广东、福建、广西、江西地震科技人员利用华南地区天然地震和部分人工爆破观测资料，开始研制适合本地区的走时表。1988年，完成此项工作，1990年后，华南六省统一使用《华南地区近震走时表》。
  台湾地区震源位置測定台湾及其周围地区的地震，主要量取近震震相PN、SN到时，根据SN减PN在走时表上查出相应的震中距和发震时刻，采用交切法、引中线法人工作图，在1：400万地图上定位，给出震中经纬度，一般不能测定震源深度。震中定位精度采用最大离散度表示，一般在5～30公里。
  福建及邻区震源位置测定福建省及其邻近海域和邻省边界的地震，主要量取地方震震相PG、SG和近震震相PN、SN到时，采用的定位方法逐年不同。1971～1989年，采用和达法、石川法或高桥法人工作图，在1：100万地图上定位，给出震中经讳度和震源深度。1990年，开始使用JK70定位程序在计算机上定位。1993年福州遥测台网建成后，观测台站增加，JK70定位程序受到限制，1993年7月，开始改用在BLOC软件基础上扩充的定位程序上机定位，给出震中经纬度和震源深度。通常地方震震中定位精度小于5公里，震源深度定位精度小于10公里。
  数字台网震源位置测定1997年，建成的福建数字遥测地震台网，在UNIX操作系统下，采用人机交互地震分析处理系统软件，全省22个子台的地震分析处理工作全部实现计算机化。
  （三）震级测定
  1.计算公式
  震级是对地震能量大小的一种量度，它是地震的基本参数之一，至1998年，福建省地震台网测定震级的方法主要有3种：
  （1）地震记录波形未限幅时，按近震震级公式（①李善邦先生根据中国使用的地震仪，由伍德—安德森地震震级公式推广的里氏震级公式。）计算：
  ML＝logAu＋R（Δ）＋C
  其中Au＝（AN（T）/VN（T）＋AE（T）/VE（T））/2
  Au以微米为单位，AN、AE分别为南北向、东西向S波（或lg波）最大记录双振幅的二分之一，VN（T）、VE（T）分别为相应的仪器放大倍数，R（A）为近震震级起算函数，C为台基校正值，计算时C＝0。
  （2）地震记录波形限幅时，按北京白家疃地震台经验公式计算震级MD：
  MD＝21ogt＋1.7＋logV₁/V₂＋C
  其中t为初至震相到时到限幅结束的持续时间，V₁＝2×10⁴，V₂为周期0.5秒时所对应的仪器放大倍数，C为台基校正值，计算时C＝0。
  （3）模拟遥测地震台网采用尾波持续时间震级公式计算震级MD：
  MD＝2.01ogτ-（logV₀-K）/1.13＋C
  其中τ为短周期垂直向记录图上地震波持续时间，V₀为仪器静态放大倍数，通常取尾波连续自然衰减到双振幅2毫米时的τ值，此时K＝4.4，C为台基校正值，计算时C＝0。
  2.量算情况
  1971～1972年，测震仪器标定不规范，分析时没有测定最大振幅周期，而采用仪器静态放大倍率计算震级，使用的起算函数R（Δ）也不固定，所以当时测定的震级误差较大。
  1973～1978年，仪器标定逐步正常。1978年以后，各台站经过整顿，测震资料质量进一步提高，标定也趋完善，量算方法均执行国家地震局1978年和1990年制定的《地震台站观测规范》，统一使用中长周期仪器起算函数R₂（Δ）计算震级mL。
  1983年，福建省地震局分析预报室对1973～1979年的测震资料重新测定震级，方法如下：
  因泉州台仪器标定次数较多，资料较完整，首先对台湾M≥3.0级，福建省M≥1.0级的地震，重新计算泉州台的震级。然后将1981～1982年各台测算的震级进行统计，求出各台相对于泉州台的震级改正系数。最后对1973～1979年各台的震级进行改正，并统一使用起算函数R₂（Δ），计算出台网平均震级。
  1992年9月起，根据国家地震局制定的《区域台网地震月报目录与地震观测报告编报技术规范》，改用短周期仪器起算函数R₁（Δ）计算震级ML。
  （四）日报、速报和月报处理
  地震台网的数据处理内容包括震相分析和测定地震基本参数，其处理过程和处理结果可分为日报、大震速报和月报。
  1.日报
  地震台站观测人员对每日的地震原始记录进行分析，读取P波、S波到时以及S波（或lg波）最大振幅和相应的周期，计算出单台的发震时刻、震中距和震级，用地震专用电码编成11112地震日报，通过电话、电报或电台等通讯手段上报省地震局震情值班室，由值班人员用交切法、引中线法在1：400万地图上人工作图定位，计算出粗略的地震参数，回报各地震台站。同时编报每月的《福建地震快报目录》。
  2.速报
  对于台湾地区ML≥5.0级，本省ML≥3.5级地震，各地震台站必须在记录到地震事件之后的规定时间内完成地震原始记录的分析处理，将处理结果用地震专用电码编成11111地震速报，通过电话、电报或电台等通讯手段上报省地震局震情值班室，由值班人员在规定时间内根据各台站上报的数据用交切法、引中线法在1：400万地图上人工作图定位，计算出粗略的地震参数，上报国家地震局震情值班室，并及时编印《震情简报》送发有关单位。当省内发生有感地震时，值班人员还应及时向中共福建省委、省人民政府值斑室报告震情。
  3.月报
  全省地震台站的地震原始记录图纸均按规定分期分批邮寄到省地震局。1974～1987年，规定每月邮寄1次，1988年后，每10天邮寄1次。
  省地震局分析预报中心测震室编目组对各地震台站的地震记录图纸和地震数据登记卡片，按照同一地震事件进行归一整理，参照《福建地震快报目录》的每一个地震事件，对地震原始记录图纸重新进行震相分析，量取P波、S波到时，S（lg）波最大振幅和相应的周期等数据，使用相应的震源测定方法，重新测定地震基本参数。
  1992年以前，月报目录对编报地震的区域范围和震级下限无明确规定，原则上凡福建和台湾地区的地震均编入月报目录。1984～1989年，增加编报江西省的地震。1992年9月1日起，根据国家地震局制定的《区域台网地震月报目录与地震观测报告编报技术规范》和福建地震台网的监测能力，对福建及其附近海域级地震，台湾东部及其邻近海域ML≥3.5级地震，台湾西部及其邻近海域ML≥2.7级地震，福建与广东、浙江边界外30公里范围内、与江西边界外50公里范围内级地震，国境外50公里范围内（先岛群岛、巴坦群岛等地）ML≥4.5级地震，单台记录S-P≤15.0秒的地震均编入《福建省地震台网月报目录》，作为福建省地震局正式的地震目录。
  福建地震台网月报目录编辑的每一条地震目录，包括：地震序号、发震时间、震中纬度、震中经度、震级、震源深度、定位精度、参考地名、震中所在地区号、定位使用台站数、资料来源代码、备注等12项内容。
  地震观测报吿是地震原始记录图上地震信息的文字记录。福建地震台网观测报告的编报内容为：报告的文字说明，地震台站要素表，区域地震台网监测能力评价，与报告相应的地震目录，地震震相等资料的详细记录。其中地震震相等资料是观测报告的主要部分，所编报的内容包括：序号（必须与相应地震目录的序号保持一致），地震日期，地震参数（发震时间、震中纬度、震中经度、参考地名、震级、震源深度、定位精度），台站名，仪器型号，震相名，震相到时，震中距（公里），地动位移（毫微米）与周期（秒），持续时间（秒）与尾波衰减的双振幅（毫米），震级（ML、MD、Ms），备注。
  根据国家地震局预报工作管理条例和编报技术规范，1987～1996年，每月用快件邮寄方式向国家地震局分析预报中心报送地震月报目录和观测报告；1997年1月1日起，改为通过APNET网向国家地震局分析预报中心传送地震月报目录。
  （五）整理汇编
  地震月报目录和观测报告按照地震发生的时间顺序汇编整理成《福建地震台网地震目录》和《福建地震台网观测报告》。1971～1987年，用手工编辑；1988～1991年，改用计算机编辑；1992年后，使用“地震数据处理软件”编辑。
  1983年，首次编印《福建、台湾地区地震目录》（1971～1979年合订本），没有相应的地震观测报告；1980～1987年，每年编印一册《福建地震台网观测报告》，其中包括相应的地震目录；1988年后，每年编印《福建地震台网地震目录》和《福建地震台网观测报告》各一册。
  （六）编目评比
  根据国家地震局有关地震编目工作的编报规范和评比规定，福建地震编目工作1987年开始参加全国地震预报工作质量评比，评比内容包括地震月报目录和地震观测报告的编辑报送速度和编报内在质量，评比采用累计工作积分和错情积分的办法。福建省地震编目工作评比结果：
  1987～1991年，连续5年获全国Ⅱ类局地震预报工作质量评比（地震编目）优秀奖；
  1992～1996年，连续5年获全国Ⅱ类局地震预报工作质量评比（地震编目）第二名；
  1997年获全国Ⅱ类局地震预报工作质量评比（地震编目）第一名；
  《福建地震台网观测报告》（1992～1996）获福建省地震局1997年科技进步三等奖。
  二、前兆资料
  地震前兆观测资料包括大地形变、地下流体和重力、地磁、地电、电磁波观测资料。前兆资料处理主要有三方面工作：资料的预处理，包括数据的采集整理、检查验收、归档、建立数据库；资料的预报分析处理，采用数理统计、滤波分析等各种计算方法对干扰进行排除；根据各手段需要和要求绘制有关图件。
  （一）大地形变测量资料
  大地形变测量资料包括1972年开始的监视地壳垂直运动的面上国家Ⅰ等精密水准网资料、跨断层短水准测量资料，监视地壳水平运动的跨断层小三角网、基线、激光测距资料，以及1995年布设的卫星定位系统GPS观测资料。
  1972～1997年，地震综合队严格执行国家测绘总局和国家地震局有关规范，对形变选点、埋石、观测资料实行三级检查、二级验收，各观测组对资料进行200％的检查，地震综合队进行100％的检查验收，省地震局进行100％的检查验收，观测手薄抽查30％～60％。经检查、验收确认合格后，上交资料室归档，录入数据库。
  对形变资料的分析预报处理主要进行观测值归算和形变网平差。绘制的图件主要有垂直形变速率图和等值线图、水平位移矢量图和应变分布图。
  三角测量归算还包括垂线偏差改正、照准点高度改正、截面差改正，并进行高斯投影平面计算，距离、方向改正计算，子午线收敛角计算等。
  1.面上水准
  70年代开始的大面积水准测量归算，还加入尺长改正、正高改正、重力异常改正、潮汐改正以及拼环检查质量精度。大面积水准网平差通常采用动态速率平差，计算地面测点的运动速率和垂直形变量。
  面上水准观测资料多，数据量大，网点覆盖范围广，复测周期长，因而计算处理工作量大。70年代，主要用算盘和手摇计算机进行平差计算，手工绘制垂直形变等值线图和垂直形变剖面图。80年代，逐步采用电子计算器和计算机处理。90年代，由于计算机的普及应用，实用化攻关成果软件的推广应用，建立了面上水准数据库，对面上水准资料进行多网多环的经典、自由、拟稳的动态平差，解算出监测点的垂直运动速率，然后再采用多面函数拟合的方法，求得监测区域的地面运动速率函数，绘制垂直运动速率图。
  2.跨断层短水准
  1983年开始，利用计算机采用傅利叶级数对观测值进行拟合计算以排除雨量、温度、地下水等干扰因素，绘制相应的拟合曲线、残差曲线和断层运动模式图。对个别场地也采用直接图示法或高程变化分析法。1992年，建立跨断层短水准数据库，应用实用化攻关成果软件，使数据资料处理更加规范化，并提高图件绘制速度。
  3.定点跨断层形变
  1991年开始，天马定点形变台跨断层水准资料处理主要采用多元线性回归法、动态灰箱法、褶积滤波法、带控制项的自回归模型（CAR模型）法、卡尔曼滤波等。90年代开始采用国家地震局推广使用的“DDPS”软件系统，用低通滤波方法对长趋势异常进行识别，对异常信息进行速率、频次合成，以提高异常信息的置信度。
  4.跨断层小三角
  1982年，采用秩亏自由网平差方法对观测方向值进行平差，根据计算的点位位移矢量并以观测误差的三倍作误差楠圆衡量断层运动，作相应的应力应变分析，绘制相应的图件，对断层的水平运动状态进行评定。
  5.激光测距
  1989年开始，采用秩亏自由网平差方法对观测网边长进行平差，采用位移矢量法、应力应变法对监测区的水平运动及应力状态进行分析。
  6.基线
  1976年开始，对跨断层的基线丈量资料直接采用对比法进行应力应变分析。
  7.地倾斜
  定点地形变观测资料处理主要提取形变速率、方向及岩石物性数据。形变速率和形变方向的变化可以从形变观测数据直接取得，而岩石物性则从倾斜固体潮振幅因子及潮汐形态中获得。
  地倾斜观测受多种因素干扰，资料情况复杂，包含观测环境（洞室与地形效应、墩基变形、降雨、温度、气象）影响，仪器因素及人为干扰（工业、运输、排灌、人员出入洞室等）影响，观测台站多，数据量浩大，资料处理繁重。70年代，主要用手工方法处理，80年代，开始逐步改用计算器、电子计算机计算。1990年后，应用改进实用化攻关软件，工作效率提高。
  地倾斜观测资料预报分析处理方法主要有5种：（1）形态分析判别法，绘制单分量五日均值图、日均值图，必要时再加整点值图及矢量图；（2）差分法，倾斜单分量一阶差分计算，同时绘制五日均值序列、日均值序列、整点值序列图；（3）固体潮振幅M2波7值计算，用维尼科夫调和分析和卡尔曼滤波递推相结合的方法进行计算，并绘制图件；（4）契比雪夫多项式拟合计算及图件绘制；（5）排除降雨及其记忆影响进行褶积滤波分析及图件绘制。
  8.全球卫星定位系统GPS
  1995年开始，利用GPS观测资料研究福建地壳运动。除本省资料外，还包括上海、日本（USU3）、台湾、韩国（TAEJ）、海口、印度（IISC）、乌兹别克（KIT3、POL2）资料。1995年共有153条基线，平均边长1871.0公里，最长6269.4公里，最短50.9公里。1997年共有231条基线，平均边长2061.4公里，最长6269.4公里，最短25.5公里。
  以天为计算时段，一天计算一个成果。对一天中所有的GPS观测数据同时计算，使用的是IGS精密星历。数据处理控制选择：采样间隔为120秒，最大历元720，截止高度角15度；基线处理采用松弛解GAMIT软件；对流层误差模型采用Saastamoinen模型和缺省气象参数；天顶延迟参数个数13，电离层延迟，消除电离层的LC观测量；卫星轨道参数9个，6个开普勒根数，3个太阳幅射压参数。数据清理采用AUTCLN软件。基线的相对精度1995年为3.7×10-9，1997年为3.3×10-9。
  （二）地下流体资料
  地震地下流体监测资料包括地震地下水动态监测资料和地震水文地球化学监测资料。
  1.地下水动态
  80年代初，逐步建立福建省地震地下水动态观测网，观测井均系中、深井，属基岩裂隙承压水，有明显年动态规律性，水位的季节性、周期性变化是其主要特征。资料处理工作主要有3种：（1）根据资料要连续和稳定的要求，对缺数或非自然因素引起的测值突变，分析前要做资料预处理，对少数缺数的断点，采用插值法补上，对突跳和阶跃现象首先分析原因，确认为观测的偶然事件可将突跳值舍弃，若系阶跃，则要调整基线，将阶跃前后的观测值归算到同一水平；（2）原始数据的日常处理，计算日均值、五日均值、月均值、年均值等各类均值，以及水位的气压校正及其均值计算和重力固体潮理论值计算；绘制水位、气压、经气压订正后水位、固体潮理论值逐时值图，水位、气压、经气压订正后的水位、降雨量日均值图，水位日均值、校正气压后的水位日均值及其一阶差分图等；（3）干扰因素排除与异常判定处理，通常采用差分法、回归分析法（一元线性回归、多元线性回归、多元逐步回归）、滤波法（多道维纳滤波、别尔采夫滤波）等。1990年后，资料处理和图件绘制工作通过计算机完成。
  2.水文地球化学
  地震水文地球化学观测资料有70年代初期开展的氡射气测量资料、水电导率观测资料，1983年开始利用气相色谱议进行的気、氢、氩、氮和气体总量日测分析资料和1984年开展的全省水质组分分析资料。
  水化资料处理工作主要有3项：（1）资料的预处理，根据连续、稳定的质量要求，对资料进行可靠性检查，对断缺或因测试条件（包括仪器标定K值、标准溶液、标准电极等）、观测环境条件变更引起数据突变的要给予补缺、校正等处理，1990年后，增加数据录入、入库工作；（2）日常数据计算及图件绘制，计算主测项和辅助测项的日均值、五日均值、旬均值、月均值，绘制相应曲线，1990年以前，主要用计算器手工完成，1990年后，逐步采用实用软件电脑操作完成；（3）排除干扰与分析处理，采用回归分析（多元线性回归分析）、相关矩平分析、差分分析等方法进行处理。70～80年代，用计算器处理，1990年以后，用电子计算机和实用软件处理。
  （三）重、磁、电资料
  1.重力
  1972年后，重力观测资料处理根据国家地震局制定的有关规范，严格执行资料的三级检查、二级验收制度，确认验收合格后，将资料归档，录入数据库。流动重力观测资料按国家地震局地震研究所的要求，外业测完后一个月用软盘上报给武汉地震研究所重力室。
  资料处理采用经典、自由网、拟稳等平差方法对观测的重力段差进行平差，绘制相应的重力场变化图、剖面图、点位重力变化图、高差随时间变化图等。
  2.地磁
  地磁资料包括1975年试测、1977年投入正式使用的流动地磁观测资料和80年代初建成的固定地磁台网观测资料。对流磁资料处理先进行通化和对比处理，然后再进行长期变的拟合处理。为了使流磁资料和外区统一使用与对比，将测区内同一期的各测点在不同的时间内观测值通化到附近的地磁台站某月25日晚上21时，目的在于排除短周期日变场的干扰。1977年11月（第1期）到1986年5月（第16期），通化、对比台选为邵武，采用经纬校正通化法。1987年5月（第17期），对比台仍选为邵武，通化台选设厦门天马和龙岩二处，采用常规的台阵通化法进行通化。1977～1997年，观测资料上报国家地震局地球物理研究所地磁室。90年代，经过清理攻关、实用化攻关和对地磁软件的改进优化，对定点地磁资料采用现代计算机软件方法处理，有日均值法、五日均值法、磁暴分析、幅相法、差分法、相关分析、差值、低点位移等。
  3.地电
  地震地电观测资料包括地电阻率观测资料和自然电位观测资料。1977年福州台地电、1978年莆田台地电正式投入观测后，资料处理主要是：（1）根据台站的日报（日均值）或月报资料，剔除突发性干扰引起的不可用资料，计算五日均值、月均值，绘制相应的原始图件；（2）校正由于固定干扰因素引起的系统偏差；（3）进行消除年变化的数据处理工作，采用相关分析法消除年变化影响；（4）绘制出校正后的地电各类均值图。
  4.电磁波
  1989年开始，陆续建成的10个电磁波台观测资料，主要处理日报的电磁波场强、变化持续时间，绘制场强逐日变化图及变化持续时间逐日变化图件。根据月报资料在排除干扰基础上绘制月变化持续时间和月最大场强逐月变化图件，及电磁波的方位变化等参数图件。