新豐江水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)介紹

劉少文，李 敬，劉志華，賴細(xì)華

(新豐江中心地震臺，廣東 河源 517021）

0 前言

1959年月10月，新豐江水庫截流蓄水后不久，庫壩區(qū)及附近頻繁發(fā)生有感地震，得到了國務(wù)院和廣東省政府的高度重視，1960年中國科學(xué)院地球物理研究所成立了河源地震考察隊，1962年廣東省科學(xué)技術(shù)委員會在河源地震考察隊的基礎(chǔ)上組成了新豐江地震考察隊，1966年邢臺地震后成立了地質(zhì)部在南地震地質(zhì)他，專門從事中南地區(qū)地震地質(zhì)工作，1979年正式成立了新豐江中心地震臺，管理河源新豐江地區(qū)的臺站工作，是國家基本地震臺站。新豐江水庫區(qū)的地震監(jiān)測是隨著新豐江水庫的建立而發(fā)展起來的。1960年10月在新豐江水庫區(qū)建立了第一個固定地震觀測臺 （雙下臺），后來逐漸增加了雙下、茍排、碉樓和回龍地震臺，初步形成水庫地震監(jiān)測網(wǎng)，爾后增加了一些流動臺觀測和三分向觀測的臺站。1966年中南地震地質(zhì)隊在新豐江水庫區(qū)周圍陸續(xù)開展了一些前兆觀測：地應(yīng)力、地電、地形變、水化學(xué)、斷層位移測量和地傾斜觀測。1980年，在新豐江水庫區(qū)布設(shè)了由中心臺、新港、湖羊角、龍?zhí)犊?、徐洞、梧豐、洞源、錫場等組成的無線遙測地震臺網(wǎng)，在阿婆山建立了三路中轉(zhuǎn)站，1983年起正式報送資料。1991年，新豐江地震臺與新豐江遙測地震臺網(wǎng)合并，1997年開始對新豐江地震臺進行數(shù)字化改造，并成為省數(shù)字臺網(wǎng)的一個子臺，2001年對新豐江無線遙測臺網(wǎng)進行數(shù)字化改造，由新豐江、新港、龍?zhí)犊?、湖羊角四個子臺組成。2011年在新豐江水庫區(qū)新增了十個測震臺：和平、東方紅、白嶺頭、樟下、東星、洞源、楊梅、綠緣、七寨、桂林。至此新豐江數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)共有十四個子臺，且與省網(wǎng)共享河源市周邊地區(qū)臺站的數(shù)據(jù)。隨著 “九五”、 “十五”、 “十一五”項目在新豐江中心地震臺的實施，對新豐江中心地震臺的觀測項目進行了調(diào)整和數(shù)字改造，至現(xiàn)有的觀測項目：測震、強震、大壩臺陣、GPS、跨斷層形變、地電阻率、大地電場、水氡、地磁、地傾斜、數(shù)字氣氡、水位、數(shù)字溫度計、氣象三要素等。

1 開展新豐江水庫誘發(fā)地震監(jiān)測的地質(zhì)構(gòu)造背景

河源地區(qū)處于華南板塊，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，既有褶皺，又有斷裂，還有不同時期的巖漿活動，從地層分布上看可以分為三個區(qū)：北部沉積區(qū)、中部花崗巖區(qū)、南部沉積巖區(qū)，以燕山期侵入花崗巖的新豐江巖體分布最廣。本區(qū)的構(gòu)造帶有北北東、北北西和北東東三組。北北東向斷裂帶是地表最突出的構(gòu)造，深部構(gòu)造也有一定的反映，它是一組以逆斷層或逆掩斷層為特征的斷裂，壓性為主，兼具扭性。北北西向斷裂在新豐江水庫區(qū)很發(fā)育，該組斷裂規(guī)模不大，延長不遠(yuǎn)，延伸不深，但分面甚廣，它們主要是一組陡傾角的水型平推斷層和剪切節(jié)理，多為左旋扭動，并常為石英脈及基性巖所充填。北東東向斷裂帶為基地深斷裂及花崗巖體接觸的擠壓破碎帶。

根據(jù)地震地質(zhì)資料和震源機制解表明，北北西向斷裂是1962年3月19日新豐江水庫誘發(fā)的6.1級主震的發(fā)震構(gòu)造。

2 新豐江水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)的發(fā)展過程

圖1 新豐江水庫區(qū)主要斷裂帶構(gòu)造圖Fig1 Tectonic map of main faults in Xinfengjiang reservoir area

2.1 人工值守觀測模式

新豐江水庫早期的地震觀測采取人工值守方式，人工值守觀測采用分散記錄，分散授時，熏煙筆繪記錄，人工計算地震基本參數(shù)等，其觀測精度低，處理速度慢，維護管理困難。1960年月10月在大壩下游的雙下村設(shè)立了新豐江第一個臨時地震臺，1961年增設(shè)了兩個流動臺，使用的都是短周期地震儀，此后增加了一些固定臺和三分向地震儀，都采用有人值守模式進行觀測。新豐江水庫的人工值守觀測組網(wǎng)是我國水庫地震監(jiān)測的一個里程碑，開創(chuàng)了我國水庫地震監(jiān)測和研究的先河。

2.2 模擬遙測組網(wǎng)觀測模式

新豐江遙測臺網(wǎng)是在原有人值守臺網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，針對有人值守臺站的生活條件、交通和干擾大的因素制約。1975年5月國家地震局決定在新豐江建設(shè)小型無線遙測臺網(wǎng)，使布局更合理，能記錄到MS≤0.1級微震，以加強對水庫地震的監(jiān)測和研究，因此率先采用無線遙測模式觀測水庫誘發(fā)地震的是全國矚目的新豐江水庫。1980年10月具有8個子臺 （見圖2）、一個中繼站規(guī)模的新豐江水庫遙測地震臺網(wǎng)通過驗收鑒定。新豐江水庫地震監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著水庫地震監(jiān)測從分散到組網(wǎng)方式的飛躍式進步?；诋?dāng)時的技術(shù)條件，臺網(wǎng)中心用PC-1500式微機處理地震參數(shù)，從1983年10月起正式報送資料。

2.3 數(shù)字地震遙測組網(wǎng)觀測模式

圖2 新豐江模擬地震遙測臺網(wǎng)臺站分布Fig2 Station distribution of Xinfengjiang analogue telemetric seismic network

新豐江數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)屬國家地方性臺網(wǎng)。 “九五”期間，將原來8個模擬遙測臺站中的新豐江、新港、龍?zhí)犊凇⒑蚪沁M行了數(shù)字化改造，儀器全部采用24-IP數(shù)采、寬頻帶地震計和可控直流電源，應(yīng)用CDMA無線網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)碼網(wǎng)橋組網(wǎng)。同時將河源市縣區(qū)的紫金、龍川、連平納入新豐江臺網(wǎng)。 “十一五”期間主要是圍繞新豐江大壩的周圍進行布設(shè)臺站，新建了洞源、東星、楊梅、白嶺頭、綠緣、樟下、七寨、東方紅、和平、桂林等10個子臺，組成了水庫區(qū)周圍14個臺站 （圖3）和市縣區(qū)3個臺站組的新豐江數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)，臺站儀器使用24位IP數(shù)據(jù)采集器、安裝部分寬帶地震計和短周期地震計，同時利用因特網(wǎng)的VPN虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成地震信息共享和反饋，具有良好的監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)交換，大大加強新豐江水庫區(qū)的微小地震的監(jiān)測。

3 新豐江數(shù)字地震臺網(wǎng)的技術(shù)系統(tǒng)

圖3 新豐江數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)臺站分布Fig3 Station distribution of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

3.1 地震臺網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)

新豐江數(shù)字地震臺網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)如下圖4所示分成地震臺站、通訊網(wǎng)和臺網(wǎng)中心三大部分。有17個數(shù)字地震臺站，臺網(wǎng)中心設(shè)在新豐江大壩下游約兩公里處，具有數(shù)據(jù)收集、地震快速處理、數(shù)據(jù)常規(guī)分析、數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)服務(wù)等功能。臺站與臺網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)傳輸，主要采用CDMA無線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)橋和電信光纖。在地震臺站，地震計輸出的模擬信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集器A/D電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號進入IP盒至無線網(wǎng)絡(luò)、光纖、網(wǎng)橋等傳到廣東省臺網(wǎng)心，經(jīng)Iternet實時傳至新豐江臺網(wǎng)中心，其中新豐江臺數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)橋直接傳到新豐江臺網(wǎng)中心，匯集后進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理。

3.2 地震臺網(wǎng)的總體數(shù)據(jù)流程

圖4 新豐江數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)Fig4 General structure of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

新豐江臺網(wǎng)中心實時收集17個臺站的數(shù)據(jù)，其中16個臺站數(shù)據(jù)經(jīng)廣東省臺網(wǎng)中心實時接收，由省網(wǎng)中心通過光纖實時傳送到新豐江臺網(wǎng)中心，1個臺站的數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)橋直接傳輸?shù)叫仑S江臺網(wǎng)中心實時接收。實時接收主服務(wù)器連續(xù)不斷接收地震數(shù)據(jù)，把這些連續(xù)波形以1個臺站三分向的文件形式進行連續(xù)存儲，同時不斷檢測每個臺站的數(shù)據(jù)的通信狀況，當(dāng)信號中斷時就發(fā)一個信號給警報器。臺網(wǎng)中心實時對17個臺站數(shù)進行波形實時顯示、事件識別和地震震相分析處理，人機交互分析處理結(jié)果直接提交到廣東省臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫保存。

3.3 地震臺網(wǎng)的臺站組成

圖5 新豐江數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)總體數(shù)據(jù)流程Fig5 Data flow of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

地震監(jiān)測臺站均為無人值守設(shè)計，建有固定的擺房。臺站設(shè)備主要有數(shù)據(jù)采集單元（含地震計、地震數(shù)據(jù)采集器、GPS接收器等設(shè)備）、臺站供電單元、綜合避雷單元、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。地震計拾取的地震信號直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器后，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機傳至IP盒由CDMA網(wǎng)絡(luò)傳到臺網(wǎng)中心。

3.4 地震臺網(wǎng)的臺網(wǎng)中心構(gòu)成

圖6 新豐江數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)臺站組成Fig6 Station composition of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

地動信號經(jīng)地震計轉(zhuǎn)化成為電信號后，送入地震數(shù)據(jù)采集器并被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，該數(shù)字信號連同時間參數(shù)、臺站工作狀態(tài)參數(shù)通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備送往廣東省臺網(wǎng)中心，地震數(shù)據(jù)經(jīng)internet網(wǎng)絡(luò)傳到新豐江臺網(wǎng)中心，臺網(wǎng)中心將接收到的各臺站數(shù)據(jù)進行匯集、處理、存儲等。

圖7 新豐江數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)中心構(gòu)成Fig7 Composition of the center of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

4 結(jié)束語

水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測、預(yù)測是地震科技直接為國民經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)的重要內(nèi)容之一，水庫誘發(fā)地震觀測經(jīng)歷了人工值守地震臺組網(wǎng)、模擬遙測組網(wǎng)和數(shù)字化遙測組網(wǎng)三個階段。新豐江臺網(wǎng)從建設(shè)人工值守臺站到數(shù)字化組網(wǎng)觀測，為新豐江水庫地震預(yù)測研究提供連續(xù)、可靠、完整的資料，記錄了數(shù)萬次地震，最大地震為1962年3月19日的MS6.1級地震。水庫誘發(fā)地震監(jiān)測數(shù)字化的高精度和大動態(tài)與臺網(wǎng)布設(shè)的高密度相結(jié)合不僅有利于對誘發(fā)地震的預(yù)測研究，也必將推動地震研究的進步。

[1]國家地震局科技監(jiān)測司.中國地震臺志第二卷第二分冊 [M].北京：地震出版社，1992.

[2]廣東省地震局.廣東省地震監(jiān)測志 [M].北京：地震出版社，2004.

[3]楊曉源.我國近年水庫地震監(jiān)測綜述 [J].地震地磁觀測與研究， 1999，20(2）：3～15.