波密地震臺(tái)建設(shè)與監(jiān)測效能

葉春明 ， 李 敬 ，林 偉 ， 黃騰浪 ， 楊 選

(1.廣東省地震局，廣東 廣州 510070；2.中國地震局地震監(jiān)測與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510070；3.廣東省地震預(yù)警與重大工程安全診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （籌），廣東 廣州 510070）

0 引言

2010年7月27日至8月10日期間，在西藏自治區(qū)波密縣西北面的易貢鄉(xiāng)北面和西北面先后發(fā)生了13次有感地震，其中最大的為8月9日10時(shí)54分發(fā)生的ML4.9級(jí)地震，最小的為7月27日18時(shí)21分發(fā)生的ML2.3級(jí)地震。另外，其周邊的汶川于2008年5月12日發(fā)生了8級(jí)大地震，震中距離本區(qū)域約700 km；青海玉樹于2010年4月14日發(fā)生了7.1級(jí)大地震，震中距離本區(qū)域約350多公里?？梢姡陙黼S著區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的增強(qiáng)，特別是周邊的地區(qū)相繼發(fā)生了較大地震，本區(qū)域受地震波及的危險(xiǎn)性較大。由于各種原因，波密縣境內(nèi)沒有布設(shè)地震監(jiān)測點(diǎn)，對(duì)地震的監(jiān)測仍是一個(gè)空白，因此，加強(qiáng)該區(qū)域的地震觀測顯得特別 的重要。面對(duì)嚴(yán)峻的震情，廣東省地震局作為援藏對(duì)口單位之一，經(jīng)與廣東省援藏工作隊(duì)和波密縣政府共同商議后決定在波密縣建設(shè)地震臺(tái)站，廣東省地震局組織人員分別于2010年10月12日至20日、2010年11月28日至12月12日分兩批前往波密縣開展臺(tái)址勘選、基建和設(shè)備安裝調(diào)試工作，并于2010年12月完成 “波密縣地震觀測系統(tǒng)”的建設(shè)。

1 勘選與設(shè)計(jì)

波密縣位于西藏自治區(qū)東南部，隸屬林芝地區(qū)，地處念青唐古拉山東段和喜馬拉雅山東端，北高南低，高山連綿，中部為帕龍藏布河谷和易貢藏布河谷，屬高原溫暖半濕潤氣候。境內(nèi)最高海拔6 648 m，最低2 001.4 m。從地質(zhì)構(gòu)造上看，波密縣所處的藏東南地區(qū)地處印度洋板塊與歐亞板塊擠壓形成的青藏高原隆起活躍區(qū)，地震構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，是我國地震活動(dòng)最強(qiáng)烈、大地震頻繁發(fā)生的地區(qū)，歷史上這一區(qū)域曾發(fā)生多次8級(jí)以上大震?？h城位于雅魯藏布江東岸，處318國道交通要道，是連接昌都地區(qū)及林芝地區(qū)林芝、察隅、墨脫等縣的重要交通樞紐。同時(shí)，縣城具備了供電、網(wǎng)絡(luò)等建臺(tái)有利條件。因此，將臺(tái)址初步確定放在縣城駐地扎木鎮(zhèn)。

經(jīng)過地圖初選，確定了縣城西北面的烈士陵園、扎木河北岸鐵索橋頭巨石、縣城東南面的學(xué)校、通信中繼站的南面、縣政府大院后面的山腳下等候選點(diǎn)。然后開展了現(xiàn)場踏勘，并通過對(duì)幾個(gè)候選點(diǎn)的各項(xiàng)建臺(tái)條件進(jìn)行對(duì)比分析，最終將縣政府大院后面的山腳下的點(diǎn)位作為首選，進(jìn)行臺(tái)基測試。測試結(jié)果表明該點(diǎn)在1至20 Hz頻段UD、EW、NS三分向靜態(tài)地脈動(dòng)噪聲有效值(RMS)分別為1.51E-07 m/s，1.72E-07 m/s，1.85E-07 m/s，相當(dāng)國家標(biāo)準(zhǔn)中的III級(jí)環(huán)境地噪聲的水平(1.0×10-7m/s≤Enl＜3.16×10-7m/s)。由臺(tái)基垂直向噪聲功率譜密度對(duì)比曲線（圖1）可見，得出各頻點(diǎn)噪聲值均在-150～-110 dB范圍，在全球噪聲模型曲線NHNM與NLNMN之間。

參照“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”區(qū)域數(shù)字測震臺(tái)站勘選技術(shù)要求，并充分考慮波密地理?xiàng)l件、地質(zhì)條件和氣候條件，以及新建臺(tái)站所必須的觀測環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施條件，及臺(tái)站儀器配置、供電、通信、網(wǎng)絡(luò)、交通、施工等條件；同時(shí)也要考慮到臺(tái)站運(yùn)行后的管理、維護(hù)及安全保障等因素。綜合各方面條件和因素后，選定該點(diǎn)為新建波密地震臺(tái)的臺(tái)址。

圖1 波密臺(tái)臺(tái)基噪聲功率譜密度對(duì)比曲線圖Fig.1 Comparison curve of the noise power spectral density of Bomi seismic station with NHNM and NLNM

由于該臺(tái)站為廣東省援建項(xiàng)目，將在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)都由援建方負(fù)責(zé)運(yùn)行管理，而援建方又遠(yuǎn)離波密，交通不便，指派專人留守維護(hù)則成本太高，在當(dāng)?shù)赜终也坏胶线m的技術(shù)人員。種種條件表明，波密臺(tái)應(yīng)該建成高可靠性、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析處理的臺(tái)站。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，項(xiàng)目組技術(shù)人員做了精心設(shè)計(jì)，定下了幾條設(shè)計(jì)原則：

（1）波密地處高寒地區(qū)，氣候潮濕，有強(qiáng)震發(fā)生背景，觀測房應(yīng)達(dá)到保溫、防潮、抗震的要求。

（2）由于維修維護(hù)困難，儀器系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，盡量減少維修任務(wù)，同時(shí)采用具有遠(yuǎn)程重啟功能的設(shè)備。

（3）為滿足遠(yuǎn)程維護(hù)及監(jiān)測處理的要求，通信鏈路必須保證暢通，應(yīng)有備份通道。

（4）應(yīng)采取必要的防雷措施。

（5）無人值守臺(tái)站，應(yīng)采取安全措施。

2 臺(tái)站建設(shè)與設(shè)備配置

2.1 臺(tái)站建設(shè)

考慮到波密地區(qū)高原環(huán)境、材料運(yùn)輸難度大，以及建設(shè)時(shí)間要求短、冬季施工困難等因素，在保證儀器觀測環(huán)境的前提下，波密地震臺(tái)擬減少土建工程規(guī)模。同時(shí)由于地形的限制，臺(tái)站的儀器房和擺墩房分開建設(shè)，距離約3 m。后期的儀器采用分體安裝，數(shù)據(jù)采集器、直流電源、通信設(shè)備等安裝在儀器房，地震計(jì)安裝在擺墩房，儀器房和擺墩之間用鋪設(shè)鍍鋅水管，用于安裝擺線。

儀器房建設(shè)：儀器房外形長寬高為3×2×3 m，采用框架結(jié)構(gòu)，墻體厚度24 cm，天面鋼筋混凝土厚度12 cm。外墻水泥砂漿批擋后刷專用防水涂料，內(nèi)墻水泥砂漿批擋扇灰后涂乳膠漆。為達(dá)到較好的防潮效果，儀器房地面先用混凝土鋪底，再用2 cm厚的實(shí)木板架空20 cm高鋪設(shè)；內(nèi)門用實(shí)木門，外門選用鋼板防盜門。

擺房建設(shè)：項(xiàng)目組結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦魏褪┕l件專門設(shè)計(jì)小擺房，長寬深為0.6×0.6×0.6 m，施工時(shí)先在清洗干凈的基巖上澆筑長寬高為50×50×10 cm的混凝土擺墩，擺墩四周預(yù)留減振槽和排水口后再用混凝土一次性澆筑擺房，擺房上面安裝定制的鋼框和鋼蓋板，蓋板四周用不銹鋼內(nèi)六角螺絲固定。在后期安裝地震計(jì)時(shí)，除了安裝玻璃罩，還在玻璃罩的四周和上面安裝高密度泡沫板，起到防潮和保溫的作用。

2.2 設(shè)備配置

波密臺(tái)同時(shí)安裝有地震計(jì)和加速度計(jì)。在設(shè)備選型上，項(xiàng)目組通過多次調(diào)研比較，臺(tái)站關(guān)鍵設(shè)備選用珠海泰德公司生產(chǎn)的6通道TED-324FI數(shù)據(jù)采集器和TDA-33加速度計(jì)（加速度計(jì)安裝在儀器房的水泥地面上），選用英國GURALP公司生產(chǎn)的CMG-3ESPC型地震計(jì)。

供電采用交流220 V市電，考慮到當(dāng)?shù)仉妷翰环€(wěn)，增配了一臺(tái)交流參數(shù)穩(wěn)壓電源?？紤]到防雷要求，直流供電單元選用廣東省地震監(jiān)測中心研發(fā)的GL-3BR型隔離式直流電源，通過兩個(gè)120 AH的蓄電池輪流給設(shè)備供電， 220 V交流電只用于對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，而與儀器設(shè)備是物理隔離的，有效地防止了感應(yīng)雷從交流線路竄入而損壞貴重的地震儀器。同時(shí)，該直流電源還具有遠(yuǎn)程維護(hù)功能，工作人員能夠通過GSM短信息遠(yuǎn)程重啟數(shù)據(jù)采集器、通信設(shè)備等。

通信鏈路采用無線3G網(wǎng)絡(luò)和通過WiFi接入有線網(wǎng)絡(luò)的方式雙備份。無線3G通過中國電信的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程接入廣東省地震局臺(tái)網(wǎng)中心的服務(wù)器；另一路通過WiFi接入800 m遠(yuǎn)的波密縣政府網(wǎng)絡(luò)，再通過Internet接到廣東省地震局臺(tái)網(wǎng)中心服務(wù)器。

為安全和維護(hù)需要還在臺(tái)站室內(nèi)外各安裝了一個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，現(xiàn)場環(huán)境的畫面數(shù)據(jù)同樣通過網(wǎng)絡(luò)傳到廣東省地震局臺(tái)網(wǎng)中心。

避雷系統(tǒng)采用共地方式，即臺(tái)站避雷與儀器接地共用一個(gè)地網(wǎng)，接地電阻小于4 Ω。

波密地震臺(tái)觀測系統(tǒng)由臺(tái)站觀測系統(tǒng)+數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（分二路）+數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)+信息發(fā)布所構(gòu)成 （圖2）。

圖2 波密地震臺(tái)觀測系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.2 The diagram of Bomi seismic station observation system

3 臺(tái)站虛擬組網(wǎng)與監(jiān)測效能

3.1 虛擬組網(wǎng)

從臺(tái)站端傳回的數(shù)據(jù)接入廣東省地震局臺(tái)網(wǎng)中心的流服務(wù)器(SSS)， 然后放到數(shù)據(jù)庫保存。通過廣東省地震局開發(fā)的數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)處理系統(tǒng)（JOPENS）將可實(shí)現(xiàn)波形顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)控、震相檢測、地震定位、震級(jí)測定、地震編目、地震信息發(fā)布等功能。

從地震定位的原理可知，單憑一個(gè)地震臺(tái)站的數(shù)據(jù)難以得到的可靠結(jié)果。為了達(dá)到準(zhǔn)確監(jiān)控波密地區(qū)的地震活動(dòng)情況，我們選取波密臺(tái)站周邊200 km范圍內(nèi)西藏臺(tái)網(wǎng)的察隅、林芝、昌都3個(gè)臺(tái)，青海臺(tái)網(wǎng)的雜多、玉樹2個(gè)臺(tái)，四川臺(tái)網(wǎng)的巴塘、鄉(xiāng)城2個(gè)臺(tái)和云南臺(tái)網(wǎng)的中甸臺(tái)，共8個(gè)臺(tái)組成了一個(gè)虛擬波密地震臺(tái)網(wǎng)（圖3），對(duì)波密地區(qū)的地震進(jìn)行監(jiān)控。

波密地震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到廣東省地震局下屬的新豐江地震臺(tái)網(wǎng)中心，日常監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析處理由其完成。正常情況下每旬向波密縣政府和廣東省地震局臺(tái)網(wǎng)中心報(bào)送地震目錄，如有異常情況則通過電話或短信告知有關(guān)部門。

3.2 監(jiān)測效能

通過組成虛擬的波密地震臺(tái)網(wǎng)，大大提高了該地區(qū)的地震監(jiān)控能力。西藏東部地區(qū)地震臺(tái)站平均間距原超過300多公里，新建波密地震臺(tái)后縮短到250 km，從而提高了該地區(qū)地震的定位精度，ML2.5級(jí)左右地震的定位精度由原來的Ⅲ類提高到Ⅱ類。實(shí)際監(jiān)測能力（圖4）是：網(wǎng)內(nèi)ML2.5級(jí)監(jiān)控范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，特別是擴(kuò)大了該地區(qū)西部和西北部的監(jiān)測范圍；網(wǎng)中心附近監(jiān)控ML2.0級(jí)的范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大，增強(qiáng)了波密與巴塘、昌都與察隅之間地區(qū)微震活動(dòng)的監(jiān)測能力。監(jiān)測震級(jí)下限為：網(wǎng)內(nèi)ML2.5級(jí)（部分地區(qū)為ML2.0級(jí)甚至更低），網(wǎng)緣ML3.0級(jí)及鄰近地區(qū)3.5級(jí)均可監(jiān)測，并可根據(jù)有關(guān)要求快速報(bào)告地震三要素。

圖3 虛擬波密地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖Fig.3 The distribution map of stations of the virtual Bomi seismic network

圖4 波密地區(qū)地震監(jiān)控能力圖Fig.4 The map of the Bomi seismic monitoring ability

（1）根據(jù)新豐江地震臺(tái)網(wǎng)中心兩年來的統(tǒng)計(jì)，自2011年1月1日至2012年12月31日止，波密地震臺(tái)網(wǎng)共記錄了波密境內(nèi)及周邊地區(qū)ML0.0級(jí)以上地震共計(jì)1 798次。 其中ML＞3.0級(jí)以上地震83次，最大地震事件為2012年10月25日發(fā)生在青海省海西蒙古族藏族自治州格爾木市、西藏自治區(qū)那曲地區(qū)安多縣交界的ML5.4級(jí)地震。

（2）波密地震臺(tái)記錄了大量的微震事件，其中：ML0.0～0.9級(jí)的有441次，ML1.0～1.9級(jí)的有891次，ML2.0～2.9級(jí)的有385次，ML3.0級(jí)以下小震共計(jì)1 719次，占地震記錄總個(gè)數(shù)近96%。

（3）由圖5可見，2011、2012年期間，西藏東部地區(qū)地震活動(dòng)主要以微（?。┱鸹顒?dòng)為主，有感地震較少，沒有發(fā)生過強(qiáng)烈有感地震事件。整個(gè)地震活動(dòng)水平呈現(xiàn)小震多，大震無的特點(diǎn)。并且不同震級(jí)范圍的地震統(tǒng)計(jì)點(diǎn)線圖之間具有一定的相關(guān)性，呈現(xiàn)出每月發(fā)生的地震次數(shù)基本同步增多或同步減少的特點(diǎn)。

圖5 波密地震臺(tái)網(wǎng)記錄不同震級(jí)地震統(tǒng)計(jì)點(diǎn)線圖Fig.5 The statistics graph of different magnitude earthquakes recorded by Bomi seismic network

（4）統(tǒng)計(jì)表明，2011年1月1日至2012年12月31日期間波密及交界地區(qū)的地震活動(dòng)與整個(gè)藏東地區(qū)的地震活動(dòng)水平一致。兩年來共記錄發(fā)生ML0.0級(jí)以上地震事件497次，其中：ML3.0級(jí)以下地震共計(jì)492次，約占總數(shù)的99%，ML3.0級(jí)以上地震共5次，沒有發(fā)生一次4級(jí)以上地震。最大地震事件為2011年7月11日發(fā)生波密縣境內(nèi)的ML3.4級(jí)地震 （圖6）。由此可見，波密縣境內(nèi)及與鄰縣交界地區(qū)的地震活動(dòng)以微震、小震為主，發(fā)生有感地震事件較少，地震活動(dòng)水平相對(duì)不高。

4 總結(jié)

波密地震臺(tái)從2010年12月建成到2012年12月止，運(yùn)行兩年來沒出現(xiàn)過儀器故障，保證了地震監(jiān)測工作順利進(jìn)行，達(dá)到了預(yù)期目的。通過兩年來的觀測記錄，取得了豐富的地震觀測資料和遠(yuǎn)程監(jiān)控、分析處理的成功經(jīng)驗(yàn)。

（1）波密臺(tái)的建設(shè)，填補(bǔ)了該縣無地震臺(tái)的空白。而采用先進(jìn)的組網(wǎng)技術(shù)，利用波密周邊臺(tái)站組成虛擬地震臺(tái)網(wǎng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)波密及西藏東部地區(qū)地震的有效監(jiān)測，大大降低臺(tái)站建設(shè)成本；從而加強(qiáng)了西藏東部地區(qū)地震的監(jiān)測能力，擴(kuò)大了該區(qū)地震的監(jiān)控范圍，降低了地震觀測記錄的震級(jí)下限，提高了整個(gè)西藏東部地區(qū)的監(jiān)測水平。

圖6 2011年7月11日波密等臺(tái)記錄ML3.4級(jí)地震波形圖Fig.6 The waveform of the ML3.4 earthquake recorded by Bomi station and other stations in July 11th,2011

（2）在建設(shè)過程中注重工程質(zhì)量，選用可靠的儀器設(shè)備和雙信道備份，保證了臺(tái)站的運(yùn)行穩(wěn)定和數(shù)據(jù)傳輸可靠。

（3）開展遠(yuǎn)程分析處理，解決了當(dāng)?shù)丶夹g(shù)人員缺乏，實(shí)現(xiàn)了從千里之外為藏區(qū)人民站崗放哨，為援藏工作做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

（4）波密臺(tái)兩年來的正常運(yùn)行，記錄了大量的該縣境內(nèi)及交界地區(qū)的小地震事件，這在以往依靠周邊的臺(tái)站是不可能實(shí)現(xiàn)的，填補(bǔ)了無法記錄該縣小震活動(dòng)的空白，提高了該縣的地震監(jiān)測能力和防震減災(zāi)水平。

（5）不足之處是波密縣的南面除東南面的察隅臺(tái)之外，沒有其他的地震臺(tái)，造成西藏南部地區(qū)還有一大片區(qū)域?yàn)榈卣鸨O(jiān)測的空區(qū)。

[1]勞謙，李敬，盧子晉.無線局域網(wǎng)在地震觀測數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J].華南地震，2012，32(3)：102～106.

[2]林偉，楊馬陵，郭德順，等.廣東興寧大興煤礦塌陷地震應(yīng)急組網(wǎng)監(jiān)測[J].華南地震，2006，26(3)：96-102.

[3]葉春明，吳華燈，郭德順.基于網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地震工程與工程振動(dòng)，2011， 31 （5）： 8-12.