平建軍 張永仙 單連君 平彩鵬

1）河北省地震局，石家莊 050021

2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

引言

目前地震綜合分析主要有兩大方法：一是從地震前兆異常做起，代表性方法有地震綜合計算預報（羅蘭格，2002）、綜合積分法（李廣鑫等，1992）和專家系統(tǒng)（王煒等，1996）等；二是直接從前兆觀測數(shù)據(jù)做起，代表性方法有地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式（平建軍等，1999）、綜合異常指數(shù)（王海濤等，2002）。其中，地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式方法不僅可提取地震異常持續(xù)期間的前兆信息，還可提取異常結束后仍延續(xù)有效期間的前兆信息，不僅可適用于對各種物理量綱的觀測時序數(shù)據(jù)進行處理，還可使提取到的前兆信息以無量綱方式得到完全統(tǒng)一，從而為開展時間、空間地震綜合分析奠定了基礎。該方法在提取地震前兆信息時，要求觀測數(shù)據(jù)是平穩(wěn)時序序列。而實際觀測資料中，往往存在著趨勢上升、下降、周期等非平穩(wěn)變化，這就需要選擇平滑濾波、傅里葉變換、變化率等數(shù)學方法，事先進行消周期、消趨勢項的數(shù)據(jù)預處理工作。我們知道地震前兆信息可能存在于不同的頻帶中，既可能存在于高頻段，也可能存在于低頻段，還可能兼而有之。在現(xiàn)行的數(shù)據(jù)預處理工作中，對前兆觀測數(shù)據(jù)或去低頻，或消高頻，通常會導致遺漏一些有用的異常信息，使異常信息不能完全表征出來。近幾年越來越被重視且得到廣泛應用的小波和經(jīng)驗模態(tài)（EMD）分解技術（程正興等，1994；武安緒等，2006），為解決這一問題帶來了便利。通過對原始前兆觀測資料進行小波或EMD分解，可有效地把各種頻率成份從中分離出來，且分離出來的諸時頻序列資料數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)，非常便于應用地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式對其進行無量綱化震兆信息提取。

本研究將地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式和小波、EMD分解技術結合在一起，分析處理前兆觀測資料，并據(jù)此研制了相應的計算軟件，以期為多頻域剖析前兆觀測資料的變化特征、客觀自然地多層次挖掘地震異常、最大程度地展示前兆群體異常映震效能，提供一個實用性、可操作的技術平臺。

1 研究思路簡介

對工作區(qū)域每一前兆觀測資料（包括：地殼形變、地電、地磁、水化、水位、應力、應變等）首先判別其是否存在非平穩(wěn)變化。若存在非平穩(wěn)變化，則使用小波或經(jīng)驗模態(tài)（EMD）分解技術，將其分解為一組多階時頻序列，分析各時頻序列映震能力，并挑出映震效能最優(yōu)的時頻序列，應用地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式，提取其無量綱前兆信息量；如果不存在非平穩(wěn)變化，則可根據(jù)地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式，直接提取計算其無量綱前兆信息量。地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式及其式中各參數(shù)的含義，請參見有關文獻（平建軍等，1999），這里不再復述。

對工作區(qū)域各種量綱的前兆觀測資料，統(tǒng)一按上述方法提取前兆信息量后，即可開展如下時空綜合分析。

1.1 地震綜合前兆信息量時序分析

根據(jù)每一前兆觀測資料地震信息量的提取計算結果，按下式逐時刻地截取并計算工作區(qū)域地震綜合前兆信息量時序值：

式中，S時序為某時刻工作區(qū)域地震綜合前兆信息量時序值；Si為該時刻某前兆觀測資料的前兆信息量值；N為該時刻所有前兆觀測資料總數(shù)。

按式（1）進行截取計算后，可得到一條工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線，據(jù)此可研究并提取地震時間綜合預測判據(jù)指標。

1.2 地震綜合前兆信息量空間分析

根據(jù)工作區(qū)域每一前兆觀測資料地震信息量的計算結果及其臺站的空間經(jīng)緯度，按式（2）逐時刻地截取并繪制工作區(qū)域空間綜合前兆信息量分布圖，通過研究強震前區(qū)域震兆信息空間演化特征，從而建立其強震空間發(fā)震地點判據(jù)指標。

式中，S窗為某時刻工作區(qū)域某經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內截取并計算的地震綜合前兆信息量值；Si為該時刻該經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內某前兆觀測資料的前兆信息量值；N為該時刻該經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內前兆觀測資料總數(shù)。

確定式（2）中經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍半徑的做法是，首先選定欲研究的地震危險性的目標地震震級，根據(jù)目標地震震級與地震前兆異常展布范圍的統(tǒng)計關系，得到經(jīng)緯節(jié)點掃描計算信息量的范圍半徑。傳統(tǒng)的經(jīng)驗認為：5—5.9級地震的前兆異常展布范圍為200km，6—6.9級地震的前兆異常展布范圍為300km，7級以上則為500km（羅蘭格，2002）。蔣海昆等（2009）由震例統(tǒng)計給出的震級M與最大平均異常震中距D的關系式為：

依據(jù)以上所述，可視具體情況，選擇相應方法得到經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍半徑。

另外，式（2）中的掃描量S窗也可用經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內的異常臺項比來表示，即亦可把式（2）改寫為

式中，S窗為某時刻工作區(qū)域某經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內截取并計算的地震綜合前兆信息量值；n為該時刻該經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內前兆觀測資料有前兆信息顯示的資料總數(shù)；N為該時刻該經(jīng)緯節(jié)點掃描范圍內前兆觀測資料總數(shù)。

2 計算軟件設計與操作說明

根據(jù)以上研究思路，筆者設計了地震前兆信息量計算軟件的數(shù)據(jù)處理流程（圖1），進而研制了地震前兆信息量計算軟件。

圖1 地震前兆信息量計算數(shù)據(jù)處理流程Fig. 1 Data management procedures of calculation on earthquake precursory information

該軟件是在Windows XP操作環(huán)境下，用Visual Basic語言編寫的，由13個子窗體、19個計算模塊組成，分為工作區(qū)域、數(shù)據(jù)處理、前兆信息量計算、前兆信息量綜合分析、顯示打印等5個主控菜單，其主控界面如圖2所示。下面對5個主控菜單的主要功能、操作說明簡述如下：

2.1 工作區(qū)域

圖2 地震前兆信息量計算軟件主控界面Fig. 2 Main control menu of the software

工作區(qū)域下屬子菜單為選擇前兆資料分析工作區(qū)域，其相應計算模塊為m11。選擇前兆資料分析工作區(qū)域的功能是：供用戶選擇輸入工作區(qū)域的名稱及經(jīng)緯度范圍等信息。

啟動m11計算模塊，首先會出現(xiàn)一個選擇或確定工作區(qū)域的對話窗，其上列有首都圈地區(qū)、川滇地區(qū)、青藏高原東北緣和其他地區(qū)等4個選項。其中，首都圈地區(qū)、川滇地區(qū)、青藏高原東北緣是特定工作區(qū)域，這些工作區(qū)域的經(jīng)緯度范圍數(shù)值已直接寫入程序，無需用戶輸入，可直接點擊選定。當用戶的選擇為其他地區(qū)時，計算機接連彈出2個對話窗，分別讓用戶輸入工作區(qū)域的名稱以及經(jīng)緯度范圍。

一旦選定新的工作區(qū)域，計算機還需要用戶回答，是否導出、刪除前工作區(qū)域信息量計算的數(shù)據(jù)處理、計算結果等有關信息，是否導入本工作區(qū)域以往信息量計算的數(shù)據(jù)處理、計算結果等有關信息。

完成以上操作后，計算機即在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Gzqyfile子文件夾，在該子文件夾中，形成存儲工作區(qū)域名稱編號、工作區(qū)域經(jīng)緯度范圍數(shù)值的 gzqy.txt文件；如果用戶選擇的是其他地區(qū)，則在Gzqyfile子文件夾中，還會形成存儲工作區(qū)域具體名稱的diming.txt文件，供程序有關計算模塊調用。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)準備、小波分解和EMD分解3個子菜單，其相應計算模塊分別為：m21、m22、m23。

（1）數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備的功能是：調取工作區(qū)域單項前兆觀測資料，并選定采用其哪段數(shù)據(jù)作為正式應用數(shù)據(jù)文件，進行地震前兆信息量計算。

啟動 m21計算模塊，首先出現(xiàn)一個選擇輸入數(shù)據(jù)文件對話窗，此時可通過選擇驅動器、文件夾，然后點擊有關數(shù)據(jù)文件名，即方便地把欲選取的原始前兆觀測資料數(shù)據(jù)文件名輸入計算機。這里需指出的是，原始前兆觀測資料數(shù)據(jù)格式均為：日期、數(shù)據(jù)。日期用年、月、日8位數(shù)字表示，如某觀測資料1989年5月的月均值數(shù)據(jù)為34.5，則其數(shù)據(jù)格式為：19890531 34.5。

接著計算機出現(xiàn)更改數(shù)據(jù)文件名窗口，在其上顯示兩個文本框，一個是“數(shù)據(jù)文件名為”文本框，另一個是“數(shù)據(jù)文件更名為”文本框，這兩個文本框的缺省值均為選取輸入的原始前兆觀測資料數(shù)據(jù)文件名。本軟件要求數(shù)據(jù)文件名由 8位以內的英文字符或數(shù)字加后綴 txt組成，當不符合這一要求時，需對其進行更名。

最后計算機彈出一個對話窗，對話窗上的開始時間、結束時間，是讓用戶選擇將原始前兆觀測資料的哪段數(shù)據(jù)轉為正式應用數(shù)據(jù)文件，用于進行前兆信息量計算，缺省值為其全部時段；另外對話窗上還需用戶回答，在轉為正式應用數(shù)據(jù)文件過程中，是否需要轉變原數(shù)據(jù)類型，如從日均值轉為5日均值、旬均值、月均值等。

完成以上操作后，計算機即把原始前兆觀測資料數(shù)據(jù)文件，轉化為計算地震前兆信息量的正式應用數(shù)據(jù)文件，并在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Userfile、Tempfile子文件夾，在Userfile子文件夾中形成正式應用數(shù)據(jù)文件*.txt；在Tempfile子文件夾中形成存儲包括原始前兆觀測資料數(shù)據(jù)文件全名（含路徑）、正式應用數(shù)據(jù)文件全名等內容的文件Userfile.nam，供有關計算模塊調用。

（2）小波分解

小波分解的功能是：將非平穩(wěn)變化的前兆觀測資料，分解為一組多階時頻序列，分析各時頻序列映震能力，并挑出映震效能最優(yōu)的時頻序列，進行地震前兆信息量計算。

啟動m22計算模塊，首先出現(xiàn)一個選擇輸入數(shù)據(jù)文件對話窗，其缺省值即為Userfile子文件夾中的正式應用數(shù)據(jù)文件*.txt，一般直接確認即可。

接下來計算機讓用戶回答，欲對已選定的數(shù)據(jù)文件的哪段數(shù)據(jù)進行小波分解，缺省值為其全部時段，一般直接確認即可。

然后計算機即把小波分解的各階時頻序列數(shù)據(jù)曲線展示在屏幕上，并讓用戶挑選確定映震效能最優(yōu)的時頻序列，用以計算地震前兆信息量。

完成以上操作后，計算機在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Xbbhfile子文件夾，在Xbbhfile子文件夾中保存小波分解最優(yōu)時頻序列數(shù)據(jù)文件*.txt，供提取地震前兆信息量的有關計算模塊調用。

（3）EMD分解

EMD分解的功能及其計算模塊的操作運行過程與小波分解幾乎完全相同，這里不再贅述。需要指出的是，m23計算模塊運行完后，計算機在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建 Htbhfile子文件夾，在Htbhfile子文件夾中保存EMD分解最優(yōu)時頻序列數(shù)據(jù)文件*.txt，供提取地震前兆信息量的有關計算模塊調用。

2.3 前兆信息量計算

前兆信息量計算包括求取均值和均方差、提取計算前兆信息量2個子菜單，其相應計算模塊分別為：m31、m32。

（1）求取均值和均方差

求取均值和均方差的功能是：對選定的數(shù)據(jù)文件的時序數(shù)據(jù)計算其均值和均方差，為下一步前兆信息量的計算做準備。

啟動m31計算模塊，會出現(xiàn)一個選擇輸入數(shù)據(jù)文件對話窗，缺省值為小波或EMD分解最優(yōu)時頻序列數(shù)據(jù)文件*.txt、或為正式應用數(shù)據(jù)文件*.txt，一般回車確認即可。

接下來計算機讓用戶輸入開始時間、結束時間、誤差系數(shù)等信息，其目的是讓用戶在已選定的數(shù)據(jù)文件中，選取數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)的正常時段來計算均值和均方差。正常時段的開始時間、結束時間的缺省值，為已選定的數(shù)據(jù)文件的起止時間；誤差系數(shù)是指去掉正常時段數(shù)據(jù)中超過幾倍均方差的不規(guī)則數(shù)據(jù)后，再求均值和均方差，誤差系數(shù)參數(shù)的缺省值為9.9。

該計算模塊運行完后，將彈出一個計算結果信息窗，同時將在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Averfile子文件夾，在Averfile子文件夾中形成存儲所計算的均值、均方差等參數(shù)的數(shù)據(jù)文件*.par，供提取地震前兆信息量等有關計算模塊調用或計算參數(shù)查詢。

（2）提取計算前兆信息量

提取計算前兆信息量的功能是：對選定的數(shù)據(jù)文件的時序數(shù)據(jù)轉換計算其地震前兆信息量，為下一步前兆信息量時空綜合分析做準備。

啟動m32計算模塊，會出現(xiàn)一個選擇輸入數(shù)據(jù)文件對話窗，缺省值為求取均值和均方差時選定的數(shù)據(jù)文件，一般回車確認即可。

接下來計算機讓用戶輸入開始時間、結束時間、誤差系數(shù)、信息量延續(xù)系數(shù)、數(shù)據(jù)類型、臺站經(jīng)緯度等信息。開始與結束時間是指用戶欲對已選定的數(shù)據(jù)文件中，哪段數(shù)據(jù)進行前兆信息量計算，缺省值為其全部時段；誤差系數(shù)是指用戶欲取幾倍均方差作為異常判別標準來進行前兆信息量計算，其缺省值為2；信息量延長系數(shù)的缺省值為3；數(shù)據(jù)類型是指已選定的數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)是日均值還是 5日均值、旬均值、月均值等，當數(shù)據(jù)為日均值時輸入 1，5日均值時輸入5，依次類推；臺站經(jīng)緯度的參數(shù)需以度、分的格式輸入。

該計算模塊運行完后，將在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Compfile和Lolafile子文件夾，在Compfile子文件夾中形成所計算的地震前兆信息量數(shù)據(jù)文件*.res，形成存儲有關計算參數(shù)的數(shù)據(jù)文件*.par；在Lolafile子文件夾中形成存儲所輸入的臺站經(jīng)緯度的數(shù)據(jù)文件*.spa，供地震前兆信息量綜合時空分析等有關計算模塊調用。

2.4 前兆信息量綜合分析

前兆信息量綜合分析包括截取計算工作區(qū)域時序綜合前兆信息量、制作工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線、顯示工作區(qū)域時序綜合前兆信息量數(shù)據(jù)、截取計算工作區(qū)域空間綜合前兆信息量、制作工作區(qū)域空間綜合前兆信息量分布圖、顯示工作區(qū)域空間綜合前兆信息量數(shù)據(jù)6個子菜單，其相應計算模塊分別為：m41、m42、m43、m44、m45、m46。

（1）截取計算工作區(qū)域時序綜合前兆信息量

截取計算工作區(qū)域時序綜合前兆信息量的功能是：根據(jù)式（1），逐時段截取并計算工作區(qū)域前兆信息量綜合值，為繪制工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線做準備。

啟動m41計算模塊，出現(xiàn)一個挑選數(shù)據(jù)文件對話窗，計算機自動將本軟件應用程序目錄下Compfile子文件夾保存的所有地震前兆信息量計算結果數(shù)據(jù)文件*.res全部開列出來，此時用戶可對開列的數(shù)據(jù)文件*.res，進行刪除與添加等篩選操作。

接下來計算機讓用戶回答，截取并計算工作區(qū)域時序綜合前兆信息量的開始時間、結束時間以及每隔多長時間（即時間間隔）截取計算一次前兆信息量綜合值，回答完提問，計算機即進行截取運算。

該計算模塊運行完后，將在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Timeresu子文件夾，在Timeresu子文件夾中形成工作區(qū)域時序綜合前兆信息量結果數(shù)據(jù)文件timeresu.txt，形成存儲有關計算參數(shù)的數(shù)據(jù)文件timeresu.par，供繪制工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線調用，或供其他計算模塊調用顯示、查詢相關信息。

（2）制作工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線

制作工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線的功能是：繪制顯示工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線，據(jù)此可研究地震群體異常前兆信息時序變化特征，提取地震綜合時間預測判據(jù)指標。

啟動m42計算模塊，出現(xiàn)一個選擇顯示時序曲線的對話窗，其缺省值為時序綜合信息曲線，直接確認即可。

接著計算機讓用戶選擇輸入時序綜合前兆信息量數(shù)據(jù)文件，其缺省值為本軟件應用程序目錄下Timeresu子文件夾中的timeresu.txt數(shù)據(jù)文件，直接確認即可。

然后計算機自動搜集有關信息，自動給出曲線缺省圖名，用戶可根據(jù)情況進行修改。

隨后計算機讓用戶輸入在圖上標注地震的目錄文件、標注地震的最低震級、開始時間、結束時間等信息。這里標注地震的目錄文件為 wkf格式，開始時間與結束時間是指欲顯示timeresu.txt數(shù)據(jù)文件的哪段數(shù)據(jù)曲線，缺省值為其全部時段。

最后計算機彈出一個選擇并確定繪圖參數(shù)對話窗，讓用戶回答縱軸欲標注的最大數(shù)值、最小數(shù)值、刻度等份，缺省值分別是timeresu.txt數(shù)據(jù)文件的最大值、最小值及5等份，用戶可根據(jù)情況調整這些參數(shù)。

該計算模塊運行完后，將在計算機屏幕上顯示工作區(qū)域時序綜合前兆信息量曲線，并在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建Curvfile子文件夾，此時點擊圖上的存圖按鈕，即可把曲線圖形保存到Curvfile子文件夾中，圖名是timeresu.bmp。

（3）顯示工作區(qū)域時序綜合前兆信息量數(shù)據(jù)

顯示工作區(qū)域時序綜合前兆信息量數(shù)據(jù)的功能是：在計算機屏幕上，顯示本軟件應用程序目錄下Timeresu子文件夾中的timeresu.txt文件數(shù)據(jù)值，以便用戶查詢有關計算結果信息。

啟動m43計算模塊，出現(xiàn)一個輸入?yún)?shù)對話窗，對話窗上的開始時間、結束時間，是指欲顯示timeresu.txt數(shù)據(jù)文件的哪段數(shù)據(jù)值，缺省值為其全部時段?；卮鹜戤?，計算機即將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，當數(shù)據(jù)較多時，用戶可操作鼠標進行滾動顯示。

（4）截取計算工作區(qū)域空間綜合前兆信息量

截取計算工作區(qū)域空間綜合前兆信息量的功能是：截取工作區(qū)域內某時間截面上的地震前兆信息量空間分布參數(shù)，包括每一前兆觀測資料的臺站經(jīng)緯度、信息量值。

啟動m44計算模塊后，其操作過程與m41計算模塊完全相同，這里不再復述。

該計算模塊運行完后，將在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建 Resufile子文件夾，在 Resufile子文件夾中，對每一時間截面所截取得到的地震前兆信息量空間分布參數(shù)，以數(shù)據(jù)文件形式予以保存，每一時間截面的數(shù)據(jù)文件名由該時間截面的日期（8位數(shù)表示）加后綴dat組成，供繪制工作區(qū)域空間綜合前兆信息量分布圖調用。

（5）制作工作區(qū)域空間綜合前兆信息量分布圖

制作工作區(qū)域空間綜合前兆信息量分布圖的功能是：根據(jù)已截取的工作區(qū)域內某時間截面地震前兆信息量空間分布參數(shù)數(shù)據(jù)文件*.dat，按式（2）計算工作區(qū)域每一掃描經(jīng)緯節(jié)點的空間綜合前兆信息量值，進而繪制該時間截面工作區(qū)域空間綜合前兆信息量等值線圖。

啟動m45計算模塊，出現(xiàn)一個輸入?yún)?shù)對話窗，對話窗上的預期地震震級，是指欲繪制工作區(qū)域未來幾級地震的空間綜合前兆信息量分布圖，震級的缺省值為5.0級。

接下來計算機彈出掃描方式對話窗，其上列有選擇經(jīng)緯節(jié)點掃描半徑的3種方法，還列有選擇經(jīng)緯節(jié)點掃描計算信息量值的2種方式，用戶自己可酌情選擇。

隨后計算機讓用戶輸入掃描計算的區(qū)域范圍及經(jīng)緯節(jié)點的掃描步長，這些參數(shù)均以度為單位，其中區(qū)域范圍經(jīng)緯度缺省值，為m11計算模塊已給定的工作區(qū)域經(jīng)緯度范圍值。

然后計算機調取已截取的工作區(qū)域內某時間截面地震前兆信息量空間分布參數(shù)數(shù)據(jù)文件*.dat，對工作區(qū)域每一經(jīng)緯節(jié)點的空間綜合前兆信息量進行計算。計算完畢，給出一個勾畫等值線分布圖的繪圖對話窗，讓用戶回答勾畫等值線的最大值、最小值、等值線間隔值，這些參數(shù)的缺省值已從計算結果中索取給出，用戶可根據(jù)情況調整這些參數(shù)。

該計算模塊運行完后，將在計算機屏幕上顯示該時間截面工作區(qū)域空間綜合前兆信息量分布圖，并在本軟件應用程序目錄下創(chuàng)建 Surffile子文件夾，此時點擊圖上的存圖按鈕，即可把該圖形保存到 Surffile子文件夾中，圖形文件名由該時間截面日期（8位數(shù)表示，如19971231）加后綴bmp組成。另外，在Surffile子文件夾中，還形成該時間截面工作區(qū)域空間綜合前兆信息量等值線數(shù)據(jù)文件spacjg.dat，據(jù)此可用其他專業(yè)繪圖軟件，繪制出更加精美的等值線圖。

（6）顯示工作區(qū)域空間綜合前兆信息量數(shù)據(jù)

顯示工作區(qū)域空間綜合前兆信息量數(shù)據(jù)的功能是：在計算機屏幕上，顯示本軟件應用程序目錄下Surffile子文件夾中的spacjg.dat文件數(shù)據(jù)值，以便用戶查詢有關計算結果信息。

啟動m46計算模塊，即將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，每行顯示的內容為經(jīng)緯度、信息量值，當數(shù)據(jù)較多時，用戶可操作鼠標進行滾動顯示。

2.5 顯示打印

顯示打印包括顯示原始數(shù)據(jù)、顯示過程處理數(shù)據(jù)、顯示前兆信息量計算結果數(shù)據(jù)、打印原始數(shù)據(jù)、打印過程處理數(shù)據(jù)、打印前兆信息量計算結果數(shù)據(jù)、顯示原始—過程處理—信息量數(shù)據(jù)曲線圖形7個子菜單，其相應計算模塊分別為：m51、m52、m53、m54、m55、m56、m57。

（1）顯示原始數(shù)據(jù)

啟動m51計算模塊，首先出現(xiàn)一個選擇輸入數(shù)據(jù)文件對話窗，其缺省值即為Userfile子文件夾中，由原始前兆觀測資料所形成的正式應用數(shù)據(jù)文件*.txt，一般直接確認即可。

接下來出現(xiàn)一個輸入?yún)?shù)對話窗，對話窗上的開始時間、結束時間，是指欲對已選定的數(shù)據(jù)文件的哪段數(shù)據(jù)值進行顯示，缺省值為其全部時段?；卮鹜戤?，計算機即將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，當數(shù)據(jù)較多時，用戶可操作鼠標進行滾動顯示。

（2）顯示過程處理數(shù)據(jù)

啟動m52計算模塊，用戶可選擇顯示本軟件應用程序目錄下Xbbhfile或Htbhfile子文件夾中的最優(yōu)時頻序列數(shù)據(jù)文件*.txt的數(shù)據(jù)值，操作過程與m51計算模塊相同，這里不再復述。

（3）顯示前兆信息量計算結果數(shù)據(jù)

啟動m53計算模塊，顯示本軟件應用程序目錄下Compfile子文件夾中的地震前兆信息量數(shù)據(jù)文件*.res的數(shù)據(jù)值，操作過程與m51計算模塊相同，這里不再復述。

（4）打印原始數(shù)據(jù)、打印過程處理數(shù)據(jù)、打印前兆信息量計算結果數(shù)據(jù)的功能及相應計算模塊（m54、m55、m56）的操作過程，分別與顯示原始數(shù)據(jù)、顯示過程處理數(shù)據(jù)、顯示前兆信息量計算結果數(shù)據(jù)基本相同，不同之處在于，前者把有關數(shù)據(jù)信息打印在紙張上，而后者則是顯示在計算機屏幕上，不再復述。

（5）顯示原始—過程處理—信息量數(shù)據(jù)曲線圖形

顯示原始—過程處理—信息量數(shù)據(jù)曲線圖形的功能是：將由某原始前兆觀測資料數(shù)據(jù)文件所形成并保存在本軟件應用程序目錄下，Userfile子文件夾中的正式應用數(shù)據(jù)文件*.txt、Xbbhfile或Htbhfile子文件夾中的最優(yōu)時頻序列數(shù)據(jù)文件*.txt、Compfile子文件夾中的地震前兆信息量數(shù)據(jù)文件*.res，以時序數(shù)據(jù)曲線圖形的方式進行顯示，供用戶分析對該原始前兆觀測資料提取的前兆信息量是否合理，如果不合理則重新返回有關計算環(huán)節(jié)進行調整計算。

啟動m57計算模塊，其操作過程與m42計算模塊基本相同，不再復述。

3 前兆信息量算例

作為例子，應用地震前兆信息量計算軟件，分別對河北昌黎水位和興濟地電阻率NE向日均值觀測資料，進行了地震前兆信息量提取與計算。

圖3a是1988年7月1日至2010年8月8日昌黎水位原始觀測資料日均值數(shù)據(jù)曲線，對其進行小波分解計算，得到的最優(yōu)時頻序列（第5階時頻序列）數(shù)據(jù)曲線如圖3b所示，計算圖3b曲線數(shù)據(jù)的均值和均方差，得到的=0.0041、σ=0.0073，取h=5，按照地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式，提取計算其前兆信息量，得到的結果數(shù)據(jù)曲線如圖3c所示。由圖3c可知，在1995年10月6日河北唐山5.0級地震前，昌黎水位從1995年9月27日開始，出現(xiàn)了顯著的短臨震兆信息。

圖3 昌黎水位地震前兆信息量的計算Fig. 3 Calculation of well-water level from Changli station as earthquake precursory information

圖4a是1983年1月1日至2011年9月25日興濟地電阻率NE向原始觀測資料日均值數(shù)據(jù)曲線，對其進行經(jīng)驗模態(tài)（EMD）分解計算，得到的最優(yōu)時頻序列（第7階時頻序列）數(shù)據(jù)曲線如圖4b所示，計算圖4b曲線數(shù)據(jù)的均值和均方差，得到的=0.0043、σ=0.0083，取 h=3.5，按照地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式，提取計算的前兆信息量結果數(shù)據(jù)曲線如圖4c所示。由圖4c可知，在1983年11月7日山東菏澤5.9級和1989年10月19日山西大同6.1級地震前，興濟地電阻率NE向均有較好的短期震兆信息顯示，其中1989年10月19日大同6.1級的震兆信息，得到了相關研究結果的佐證（汪志亮等，1990）。

圖4 興濟地電阻率NE向地震前兆信息量的計算Fig. 4 Calculation of ground resistivity in NE direction from Xingji station as earthquake precursory information

4 結語

將地震前兆信息量綜合數(shù)學表達式和小波、EMD分解技術結合在一起，研制的地震前兆信息量計算軟件具有以下幾個特點：

（1）小波、EMD分解技術的應用，使得該軟件不僅適用于對模擬前兆觀測資料進行地震前兆信息提取，而且更適合對數(shù)字化前兆觀測資料的分析處理。

（2）可有效地把各種頻率成份從原始前兆觀測資料中分離出來，多頻域充分展示前兆觀測資料的異常信息，增加了對地震異常的辨識和挖掘力度，方便了地震前兆信息的提取，使地震綜合分析更加趨于客觀自然。

（3）在工作區(qū)域空間綜合前兆信息量掃描計算中，改變了過去經(jīng)緯節(jié)點掃描半徑人為簡單指定的方式，而是針對欲研究的未來地震危險性震級，通過震級與異常震中距統(tǒng)計關系，確定掃描半徑，使掃描結果更為貼近實際。

（4）增加了對計算結果的導出與導入功能，即可對當前計算產(chǎn)生的最優(yōu)時頻序列過程處理數(shù)據(jù)、單項前兆觀測資料信息量提取數(shù)據(jù)、時間和空間綜合分析等結果信息，分類導出予以保存到用戶指定的路徑和文件夾中；也可將以往計算產(chǎn)生的這些結果信息，分類導入當前本軟件應用程序目錄下相關子文件夾中。

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