福建省图书馆

震情分析主要是从大量的日常监测资料中提取和识别与地震孕育、发展有关的前兆异常信息。
  一、分析技术
  随着地震观测技术的发展和提高，学科研究的深入，震情分析处理技术和方法也在不断地更新发展。
  20世纪70年代和80年代前期，以手工计算和手摇计算机或计算器为工具，进行数据处理分析，识别异常。80年代后，开始使用电子计算机（初期为较低级的如PC-1500等），自编一些需要的分析处理软件和绘图软件。
  1983～1986年，省地震局参加了国家地震局组织的测震学、大地形变、水化学、地磁、地电、综合预报等学科手段的清理攻关，对福建各学科手段观测环境、测试条件、仪器设备和观测方法，以及全部资料进行清理、研究，使观测台网得到不同程度优化，对干扰因素有较详细的了解，对所有数据做了系统的清理、校核、评价、整编，建立了数据库。震情分析基础资料更真实、可靠。在清理攻关的基础上，能使用较多的分析方法和较复杂的数学模式进行分析处理。其间，（福建省地震综合预报清理研究汇编》、《福建省地震综合预报清理工作总结报告〉均获“国家地震局地震预报清理及近期强震危险性判定研究”科学技术专项三等奖。
  1987～1989年，省地震局参加了国家地震局组织的十大学科预报方法的实用化攻关。在清理攻关成果基础上结合福建实际，引进国家地震局的清理攻关和实用化攻关成果，应用十大学科的方法指南（包括判据、指标和方法）和软件系统成果，建成“福建省区域综合地震数据库系统”，开展震情分析工作。
  1991～1993年，在推广应用国家地震局实用化攻关成果软件基础上，结合福建实际进行改进、优化和补充，建成“福建省地震分析预报软件系统”。建立周、月会商模块，补充了地震资料管理、分析、计算、绘图等一系列程序。在地磁分析方面，用汇编语言、C＋＋语言，编制了一套由数据库到屏幕绘图、成果输出、异常判别等系列应用软件，能进行差值法计算、磁暴统计、幅相法和相关分析、差分分析和单台低点位移法分析及绘图等。1993年，《福建省地震分析预报软件系统》通过国家地震局专家组验收，并得到好评。
  90年代中期，分析预报部门广泛使用现代电子计算机，应用国家地震局“八五”地震短临预报方法与理论攻关成果，应用先进处理软件和程序，快速获取异常信息。
  90年代后期，引进现代声象设备和多媒体技术，建立现代化会商室，震情分析技术进一步提高。1998年度地震趋势会商会后，分析预报中心制成福建省地震局“1998年度闽台地区地震趋势研究报告”多媒体光盘。
  二、前兆异常识别
  （一）地震学前兆异常
  1972年台湾东部海域8级大震波及福建全省，1975年漳州发生86次小地震的震群，1976年华安发生186次小地震的震群，1981年永安小陶也发生68次小地震震群，这些地震震级虽然不大，但都影响到社会的稳定，社会需要科研人员作出地震预报。科技人员首先应用华北等多震区的强震震例经验，如用地震分布在时间上和空间上的异常识别方法预测地震，还用数理统计的方法预测较长时间较大范围内可能发生地震的概率。这一时期的分析多半以“看图识字”的方式进行。如把地震频度密集—平静—发震的规律、地震能量和应变能释放平稳—加速—发震规律的“平静”、“加速”都作为较大地震发生的前兆异常，对漳州和华安等地地震和震群进行了监视预测；利用数理统计的极值理论、马尔可夫链等周期分析法对泉州—汕头地震带地震作出中长期预报。这时期的预报属经验性预报，在实践中有成功，也有失败，失败多于成功。
  1983～1986年，国内通过地震预报方法的清理攻关，地震学分析预报方法归纳出7种类型：空间图像方法、时间进程方法、地震序列方法、地震相关方法、震源及介质参数方法、合成方法、数理统计方法等。
  80年代中期，福建震情分析水平有一定的提高。福建省地震预报工作者利用空间图像法和地震序列法，总结出闽、台、赣地区中强以上地震前存在地震空区和地震条带空间异常图像。地震空区指历史上发生过强震，现已平静了足够长的时间，但其周围被继续发生的一些中、小地震所包围，且具备发生强震的地质构造背景的地区。这些地区是地震活动异常区，未来将会发生较强的主震。一般用3个标志衡量空区：一是随着空区的形成，空区及邻近区的地震应变能释放出现加速；二是空区内外的地震频度比在空区孕育过程中出现峰值；三是主震发生前空区内未来震源区可能发生一些中等强度的信号震。地震条带是指在大震发生前区域性中、小地震活动震中形成一条或两条共辄的带状分布图像。识别条带也有3个指标：条带的展布与现今活动断裂带基本一致；条带是突出于全区的；伴随条带的形成，条带所在区域里应变释放加速，较大地震的频度上升，较小地震的频度下降。80年代初期，跟踪闽台地区地震活动，寻找异常空区和条带图像，仅靠手工操作，把每个地震震中按一定的时间域画在有地理位置的底图上，绘制成震中图。80年代后期，开始用计算机绘图，可供震情分析的图件大大增加，寻找空区和条带的可能性增大。1987年8月2日在邻近福建的江西寻乌发生5.5级中强震群之前，预报人员曾提出该区存在地震空区和条带异常。1992年2月18日福建南日岛东南海中发生5.2级地震，震前预报人员持续8年跟踪分析该区存在的地震空区异常。特别是在1994年9月16日台湾海峡南部发生7.3级强震前，福建省地震局连续2年，在1993、1994年度《闽台地区地震趋势研究报告》中明确指出该区存在地震空区和条带，而且附有地震空区和条带图像。
  地震序列法和地震相关法在福建地震前兆异常识别中也经常用到。闽、赣地区是小震群多发区，漳州、华安、厦门、长汀、龙岩和永安等地区都曾经发生过小震群。利用震群序列性质来判定后期的较大地震或者利用前期的地震预测后期的较大地震的方法叫做地震序列法。通过对震群序列的应变能释放特征、震群能量释放均匀度u值、震群特征量归一化熵值K、地震频度衰减系数h值以及地震频度与震级关系的古登堡公式b值等指标综合评判一次震群具有前兆性质还是属正常震群活动，若是具有前兆性质的震群发生后，就会在该区及其邻近区内一定时间段里发生较大的地震与其对应。通过判定震群性质的异常指标，福建地震预报人员对1994年台湾海峡7.3级地震、1997年永安5.2级地震作出过一定程度的中期预报。
  地震相关法常用于两个地区或两个以上地区的地震活动的相关性比较。如利用台湾地震后福建及其邻近地区地震也会随之活跃的对应关系，预测福建地区中强以上地震的危险性；利用台湾强震滞后菲律宾强震，而华南地区中强震又滞后台湾强震的关系，预测福建及华南的地震大形势，认为1986年至2000年前后，福建及东南沿海地区将处于地震相对活跃期，结果在这一时段里发生了多次中、强震，说明这种分析基本正确。
  90年代后期，开始应用分维理论等进行短临预报的探索和实践，并努力使地震预报方法逐步从经验预报向有一定物理基础的定量、半定量预报方向推进。
  （二）前兆学科前兆异常
  1.大地形变
  异常识别主要依据点位的自然条件（如稳定性、干扰情况与活动断裂的关系等）和观测精度，对单线的水准测量资料采用直接的处理方法，对测段高差和点位高程的变化对比观测精度进行异常识别。
  垂直形变速率图、等值线图和应变分布图、水平位移矢量图的各自的形态、分布与地质构造相吻合时，说明这些构造单元有相对运动。正常的大面积地壳运动具有速率缓慢、变化形态与地壳浅部构造分布一致，表现新构造运动的继承性的特点。相反，当局部地区的构造单元运动速率明显改变，出现垂直形变高梯度带或高应变积累区，其运动速率或应变积累速率超出允许值，就划为形变异常区。
  70年代，福建地震科研人员主要根据垂直形变图和等值线图来分析异常，处于“看图识字”的经验探索阶段，80年代以后，随着实用化攻关成果软件推广，逐步采用计算机来判定异常。
  跨断层短水准则用傅利叶级数对观测高差进行拟合，以排除雨量、季节（温度）、地下水等干扰因素，用残差的两倍均方差作为异常判别的指标。还应用图形分析方法识别高形变速率区和高形变梯度带等异常。
  定点跨断层，通过低通滤波方法对长趋势异常进行识别，短临异常采用动态灰箱法、广义回归法、褶积滤波法、CAR模型法进行识别。
  跨断层小三角采用秩亏自由网平差方法对观测方向值进行平差。根据计算的点位移矢量，以3倍误差椭圆作为异常判别指标，并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。
  激光测距采用秩亏自由网平差方法，对观测网边长进行平差，以3倍误差椭圆作为异常判别指标，采用位移矢量法、应力应变法，对监测区域的水平运动及应力状态进行分析。
  地倾斜一般采用形态法判别异常。对有长期观测资料的台站，根据单分量或矢量图曲线的正常背景，观察异常的形态，判别前兆现象的出现。如莆田台地倾斜SN向，1992年2月18日南日岛M5.2级地震前，从1月底至2月上旬出现明显的日均值曲线“缺口”异常形态，1992年以前矢量图打结，震后逐渐西倾。
  对倾斜固体潮观测值采用倾斜固体潮潮汐因子7值来判别异常。正常情况下计算得到的观测台站的固体潮理论振幅A与其实测的固体潮振幅A′之比A′/A称为倾斜潮振幅因子γ，它是十分稳定的。根据M2波群的潮汐因子γM2的动态变化发现地震前兆。以平静期本底误差的2倍作为判定异常的警戒线，出现系统偏离，且达到超限视为异常。如1995年2月25日晋江东南M5.3级地震前厦门台地倾斜7值存在异常。
  卡尔曼滤波法、褶积滤波法、契比雪夫多项式、动态灰箱分析、差分法等均增用2倍中误差法作为异常判定识别标准。
  2.地下流体
  （1）地下水动态
  80年代后，主要用滑动平均法、褶积滤波、维纳滤波、回归分析等方法提取地震地下水位前兆。地下水位异常主要有上升、下降、阶变、脉冲—振荡和固体潮畸变等5种型态。
  上升型：在地下水位正常背景下出现超过正常变幅几倍甚至几十倍的大幅度上升，在地震之后恢复到正常变化。
  下降型：在地下水位正常变化的背景下，出现超过正常变幅的几倍甚至几十倍的大幅度卞降，在地震发生之前或之后逐渐恢复到正常变化水平。
  阶变型：在较短时间内完成水位突升或突降，在水位曲线上形成陡坎，称为阶跃。
  固体潮畸变：地震前地下水位固体潮发生波形变化，或者相位的错动，或者固体潮形态被破坏。
  1992年2月18日南日岛M5.2级地震前，南靖汤坑井群、平潭井、龙田井都记录到水位升降和水位固体潮畸变。1994年9月16日台湾海峡南部M7.3级地震前，南靖汤坑、福清龙田、平潭北雾里井水位都存在基本同步的异常，表现为水位反常升降，水位阶变、突跳、脉冲以及固体潮畸变潮差变化、相位错动、形态破坏等。
  （2）地下水化学
  70年代，处于“看图识字”阶段，以对比曲线变化形态的“鼓包”、“突升、突降”变化做为异常判别标准。70年代后期到80年代，开始运用均方差计算，用2倍或3倍均方差做为曲线正常变化范围的控制线，以超限作为判别异常的指标。同时还采用一元相关分析或二元相关分析来排除干扰，识别异常。90年代，由于清理攻关和实用化攻关成果软件的推广、应用，能用智能化专家系统程序软件进行更复杂的计算分析。
  主要采取以下方法定量排除干扰，进行异常识别。
  线性趋势分析法：有些资料无明显周期性干扰成分，但长趋势变化明显，属非稳态序列，不符合控制论的数字模型，不能直接用标准差作为异常分辨的控制线，这种趋势变化可以看作是判别短临异常的干扰成分，因此用这种方法给予排除。用去趋势后的序列提取异常指标，再用其剩余标准差2倍或3倍做控制线。
  回归分析法：常用的是线性回归和多元线性回归。能排除干扰因素对测值的影响，消除干扰因素之间的相互影响，并把主要因素引入回归方程。用消除干扰后的剩余标准差序列提取异常指标，再用其剩余标准差的2倍或3倍做分辨控制线。
  相关矩平分析法：利用不同年时间段的均值序列（五日、旬、月）之间的相关程度来求观测点值的正常年动态曲线，用正常年动态曲线来排除干扰。再以原来不同年时间段的均值序列和正常年动态曲线的余差序列提取异常指标，用其剩余标准差的2倍或3倍作为分辨控制线。
  原始数据曲线分析法：利用直接观测数值或均值线（五日、旬、月）的标准差分析、差分分析、自适应阈值分析等，都采用其剩余标准差的2倍或3倍做为异常判别控制线。单点突跳或多点突跳也可以用来作为识别异常的方法。如1994年9月16日台湾海峡南部M7.3级地震，震前出现的漳州氡、二氧化硅，泉州钾离子和钙离子，华安氡等异常。1995年2月25日晋江海外M5.3级地震，震前出现的漳州、安溪二氧化硅，华安氡等异常。
  3.重、磁、电
  （1）重力
  采用经典、自由网、拟稳等平差方法对重力段差进行平差处理后绘制相应的点位重力变化图、高差随时间变化图等。以平差精度的3倍中误差作为异常判别指标，结合区域的地形、地下水、季节变化、海潮等情况进行异常的综合分析。
  （2）地磁
  流动地磁在采用常规通化方法、对比差值法、滑动平均改正法对资料进行处理后，用差值滑动平均改正法的3倍残差均方差作为异常的识别指标。
  70年代，定点地磁异常识别采用“红绿灯”法、磁暴二倍法、差值法。80年代后，经过清理攻关和实用化攻关，差值法在本省得到普遍运用。主要将两台站之间的观测值的差值为一常数，考虑到观测误差，一般以其2倍中误差（±3NT）为异常识别标准，超过±3NT达3天以上可做中强地震预报依据。另外还有幅相法，即单个台站逐月磁偏角（D）幅值
  （极大极小之差）的2倍均方差为限差做为识别异常标准。
  福建省用于短临预报效果较好的方法还有转换函数和加卸载响应比。转换函数方法利用转换函数频率特性，认为震前周期T＝9～200分钟的丨A丨、丨B丨有明显的增大和波动，异常识别以超过2～3S为标准。加卸载响应比使中低纬度地区地面任一点记录到扰日场与该测点正常时期的不同并与稳定地区测点有所不同。其原理是找出震前P（Z）异常的最低值一阈值P0（Z），如果P（Z）≥P0（Z），则有可能与1～10个月以后地震或灾害性天气相对应。
  （3）地电
  70年代，地电异常识别主要依据“年变规律有否破坏”，“有否大于日均方差三倍以上突变”等。还有一些简单的数学处理方法，如五日均值法、月均值法及二元一次线性回归分析法等。80年代，经过清理攻关、实用化攻关，逐步进入半定量化分析，其前兆异常识别步骤为：①正常值的确定及异常判定指标，经过资料预处理后月均值波动最大幅度小于1.5％（最大值与最小值之差对其均值之比），连续无震时段的电阻率平均值取为正常值。当地电阻率均值偏离正常值的相对变化幅度大于1.5％，且超过正常值时段标准偏差3倍时，即判定为异常变化。其中趋势变化持续时间6个月以上的采用月均值或五日均值作为判别异常的基本数据；持续时间小于6个月的采用日均值作为基本数据。②异常可信度分析，排除地电阻率变化与观测条件有关，核实是否为表层局部电性变化所致，进一步区分是否地震异常。