小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)在水庫誘發(fā)地震研究中的應(yīng)用

許亮華，蘇克忠，常廷改，3

（1.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124；2.中國水利水電科學(xué)研究院 工程抗震研究中心，北京 100048；3.水利部水工程抗震與應(yīng)急支持工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)在水庫誘發(fā)地震研究中的應(yīng)用

許亮華1，2，3，蘇克忠2，常廷改2，3

（1.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124；2.中國水利水電科學(xué)研究院 工程抗震研究中心，北京 100048；3.水利部水工程抗震與應(yīng)急支持工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

水庫誘發(fā)地震是指在特殊的地震地質(zhì)環(huán)境下，由于水庫蓄水和水位變化引發(fā)的地震。目前水庫誘發(fā)地震研究手段主要有：一是在建壩前查清庫區(qū)的地震地質(zhì)條件，應(yīng)用地震地質(zhì)類比法，對水庫誘發(fā)地震的危險(xiǎn)性進(jìn)行評價(jià)和預(yù)測可能最大震級，作為大壩抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)；二是布設(shè)小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)對水庫誘發(fā)地震進(jìn)行監(jiān)測和分析。本文對應(yīng)用小孔徑遙測地震監(jiān)測臺網(wǎng)的理論依據(jù)、監(jiān)測目的和監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了探討。

水庫誘發(fā)地震，地震監(jiān)測臺網(wǎng)，小孔徑地震監(jiān)測

1 研究背景

水庫誘發(fā)地震（簡稱水庫地震）是指在特殊的地震地質(zhì)背景下，由于水庫蓄水或水位變化而引發(fā)的地震。早在1935年，美國建成高221m、總庫容348.5億m3的胡佛壩（又稱米德湖）并開始蓄水，蓄水前壩址區(qū)沒有發(fā)生過地震，隨著蓄水位的上升，頻繁發(fā)生小地震，達(dá)到最高蓄水位時(shí)，最大震級達(dá)5級，隨后地震頻度緩慢衰減，米德湖首次被認(rèn)為是典型的水庫誘發(fā)地震實(shí)例。隨著水庫的大規(guī)模修建，不斷有水庫誘發(fā)地震發(fā)生，20世紀(jì)60年代，連續(xù)發(fā)生4個水庫發(fā)生6級以上的水庫誘發(fā)地震，即我國的廣東新豐江水庫（1962年，6.1級）、贊比亞-津巴布韋的卡里巴（1963年，6.3級）、希臘的克里馬斯塔（1966年，6.2級）和印度的柯依納水庫（1967年，6.5級）。柯依納水庫和新豐江水庫的兩座大壩的頭部產(chǎn)生斷裂，并給附近房屋造成不同程度的損壞和人員傷亡。印度柯依納水庫附近死亡人數(shù)最多，達(dá)到180人，受傷2300人，47300棟房屋震壞。我國的新豐江水庫誘發(fā)地震，造成了1800間房屋倒塌，6人死亡，80人受傷。希臘的克里馬斯塔水庫誘發(fā)地震造成1人死亡，60人受傷，倒塌房屋480棟。由于5～5.9級水庫誘發(fā)地震可造成震區(qū)房屋受損和部分倒塌以及災(zāi)民恐慌，水庫誘發(fā)地震問題不僅引起了科學(xué)界的廣泛重視，更引起了社會的廣泛關(guān)注。

全世界迄今為止誘發(fā)產(chǎn)生的水庫地震僅有130余實(shí)例，分布在亞洲、歐洲、北美洲、拉丁美洲、大洋洲、非洲等多個國家，從震級上看，多數(shù)屬于對工程構(gòu)不成威脅的小震，大于5級的近20例，其中6～6.5級的強(qiáng)震有4例。

20世紀(jì)60年代時(shí)水庫誘發(fā)地震的研究相當(dāng)活躍，一些國際組織和國家相繼組織了一系列的有關(guān)水庫誘發(fā)地震的討論會，以推動水庫誘發(fā)地震的研究工作。如聯(lián)合國教科文組織1969年設(shè)立了“與水庫有關(guān)的地震現(xiàn)象”工作組，先后召開了3次座談會，討論了水庫誘發(fā)地震的現(xiàn)狀，并系統(tǒng)分析了世界上30例水庫與地震活動有關(guān)的資料。1975年，聯(lián)合國教科文組織與加拿大聯(lián)合召開了第一屆國際水庫地震討論會，得到了許多國家的專家和學(xué)者的支持［2］。1995年11月，在北京舉行了第二屆國際水庫地震討論會。國際上一些學(xué)術(shù)團(tuán)體如國際大壩會議、國際工程地震學(xué)會、國際地震工程學(xué)會等也將水庫誘發(fā)地震作為一項(xiàng)內(nèi)容列入其活動計(jì)劃之中［1-3］。

我國對水庫誘發(fā)地震的研究開始20世紀(jì)60年代，對廣東新豐江水庫的研究。新豐江水庫在蓄水后，發(fā)生密集的小震，隨著庫水位的不斷上升，地震震級不斷增大，立即統(tǒng)一組織全國有關(guān)部門科研單位廣泛協(xié)作，對水庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地震活動特點(diǎn)、水庫誘發(fā)地震成因以及地面運(yùn)動特征和對大壩的影響等問題進(jìn)行了研究。根據(jù)水庫誘發(fā)地震不斷加強(qiáng)的趨勢，及時(shí)進(jìn)行了大壩抗震加固，減輕了大壩災(zāi)害。沈崇剛等［4］《新豐江水庫地震及其對大壩的影響》的論文，全面總結(jié)了新豐江水庫誘發(fā)地震研究的經(jīng)驗(yàn)。1975年由國家地震局和水利電力部聯(lián)合組成水庫誘發(fā)地震調(diào)查組，對全國進(jìn)行了普查，確定了12個水庫誘發(fā)地震實(shí)例并進(jìn)行了研究。同年，我國參加了在加拿大的班夫城舉行了第一屆國際誘發(fā)地震會議，討論了水庫誘發(fā)地震問題。1981年12月，我國在武漢召開了“全國誘發(fā)地震座談會”，主要討論了水庫誘發(fā)地震問題，并于1983年出版了《中國誘發(fā)地震論文集》。1990年在武漢召開了第二屆“全國誘發(fā)地震座談會”，1992年在廣州召開了《新豐江水庫地震30周年學(xué)術(shù)討論會》。1995年11月，在北京召開了國際水庫地震討論會，會議設(shè)置水庫誘發(fā)地震的性質(zhì)和機(jī)制、水庫誘發(fā)地震調(diào)查和危險(xiǎn)性評估、監(jiān)測和儀器及工程地震、水庫誘發(fā)地震和環(huán)境及其他誘發(fā)地震等4個專題。三峽工程自2003年5月26日開始蓄水至今，由24臺地震儀組成的臺網(wǎng)，記錄了大量寶貴數(shù)據(jù)，取得了“三峽工程水庫誘發(fā)地震問題研究”等一批新成果［5-7］。2008年，我國總結(jié)了水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，組織編寫并頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)（GB 21075-2007）［8］，2013年，我國又總結(jié)了水庫誘發(fā)地震監(jiān)測方面的經(jīng)驗(yàn)，編寫并頒布了水庫誘發(fā)地震監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（SL516—2013）［9］。以上這些研究活動，都為水庫誘發(fā)地震研究起到了推動作用。

水庫誘發(fā)地震的震源機(jī)制很復(fù)雜，目前在理論上還沒有完全統(tǒng)一的認(rèn)識。當(dāng)前，有使用“水庫誘發(fā)地震”和“水庫觸發(fā)地震”的稱謂以區(qū)別引發(fā)地震機(jī)制上的不同。我國采用國內(nèi)外比較一致的做法，將由于水庫蓄水或水位變化而引發(fā)的地震定義為水庫誘發(fā)地震。

水庫誘發(fā)地震的研究集中在兩大課題。一是探討對擬建和在建的水庫進(jìn)行水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性的評價(jià)和預(yù)測。從工程地震、水文地質(zhì)、地震地質(zhì)等條件，結(jié)合工程技術(shù)指標(biāo)，對水庫誘發(fā)地震可能性、可能發(fā)震庫段和最大可能震級進(jìn)行綜合評價(jià)。如采用地震地質(zhì)類比法、多因素綜合分析評判、關(guān)鍵因子專項(xiàng)研究，以及多種統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型和數(shù)值解析等多種方法。二是抓住水庫誘發(fā)地震實(shí)例，應(yīng)用小孔徑遙測地震監(jiān)測臺網(wǎng)，對水庫誘發(fā)地震的活動特點(diǎn)和規(guī)律，水庫誘發(fā)地震的震源參數(shù)如：地震時(shí)間、震級、震中位置，震源深度以及震源機(jī)制解等進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步探討水庫誘發(fā)地震的成因和機(jī)理。

本文對應(yīng)用小孔徑遙測地震監(jiān)測臺網(wǎng)這一重要手段的理論依據(jù)、監(jiān)測目的和監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行探討。

2 布設(shè)小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)的理論依據(jù)

應(yīng)用小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)的理論依據(jù)是地震波理論，地震波理論是關(guān)于地震波的激發(fā)及地震波在地球介質(zhì)中傳播的的理論，其理論基礎(chǔ)是經(jīng)典彈性力學(xué)。地震波理論的研究由最初的均勻、各向同性、線性彈性介質(zhì)中波的激發(fā)與傳播問題，后來逐漸發(fā)展到非均勻、非完全彈性及各向異性介質(zhì)中波動方程與波動傳播問題。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，震源破裂造成的震動首先會以體波（包括縱波和橫波）的方式穿過地球介質(zhì)。體波經(jīng)過地球介質(zhì)時(shí)，會因?yàn)榻橘|(zhì)不同結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生不同震相，這些震相給我們帶來了很多傳播介質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息。由于庫水向地下巖石滲透，使地表原有的介質(zhì)結(jié)構(gòu)變成與水的聯(lián)合作用，從而改變了傳播介質(zhì)的性質(zhì)。通過對地震波傳播介質(zhì)特性的分析，可區(qū)分天然地震與水庫誘發(fā)地震的不同特征［10］。水庫誘發(fā)地震的震源一般深度小于5 km，個別達(dá)到10 km。地震震源特性人類無法直接觀察，應(yīng)用地震波理論和地震監(jiān)測技術(shù)可以間接解決這一難題。通過對震相的識別和計(jì)算分析，可以獲得水庫誘發(fā)地震的震源參數(shù)，如地震時(shí)間、震級、震中位置，震源深度、震源機(jī)制解以及反演震源破裂過程等。

地震監(jiān)測臺網(wǎng)是指由4個以上地震監(jiān)測臺站組成的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。“小孔徑”是為區(qū)別“大孔徑”國家臺網(wǎng)而言，“遙測、數(shù)字”是指應(yīng)用了遙測、數(shù)字先進(jìn)技術(shù)的臺網(wǎng)。在監(jiān)測天然地震方面，我國已建立中國數(shù)字監(jiān)測臺網(wǎng)和區(qū)域地震監(jiān)測臺網(wǎng)。但由于控制面積大、臺站少，致使孔徑大，導(dǎo)致漏掉微震和定位精度不高。

監(jiān)測精度劃分為4級：1級誤差5 km，2級誤差5～15 km，3級誤差15～30 km，4級誤差大于30 km。已有的地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測誤差大，難以完成兼測水庫誘發(fā)地震的任務(wù)，因此必須布置專用的小孔徑水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)。小孔徑水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)要求在水庫區(qū)及外延10 km的有限的范圍內(nèi)，布置小孔徑臺網(wǎng)，臺網(wǎng)應(yīng)由4個以上臺站組成。其精度要求能記錄0.5～1級以上的地震，定位誤差在0.5～1 km，以便較準(zhǔn)確地判斷地震與庫區(qū)地震構(gòu)造的關(guān)系。合理的臺網(wǎng)布置必須能夠?qū)⑺畮煺T發(fā)地震包圍在臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)［11］。

我國應(yīng)用小孔徑地震監(jiān)測臺網(wǎng)進(jìn)行水庫誘發(fā)地震監(jiān)測工作始于1960年底的新豐江水庫。新豐江水庫位于廣東省河源縣，最大壩高105 m，壩型為混凝土大頭壩，場地烈度6度，總庫容138.96億m3，1959年10月蓄水。水庫蓄水后，由于庫區(qū)頻繁發(fā)生地震活動，便建立了小孔徑地震監(jiān)測臺網(wǎng)，截至1972年12月止，就已記錄到ms≥0.2的地震258 247次，對 ms≥1.0的23 513次地震測定了地震參數(shù)。新豐江水庫的水庫誘發(fā)地震主震發(fā)生在1962年3月19日，震級6.1級，震源深度5 km。雖然，當(dāng)時(shí)在監(jiān)測技術(shù)上，還相對比較落后，但通過長達(dá)13年長期觀測表明，水庫誘發(fā)地震具有與天然地震不同的特點(diǎn)。

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)向?qū)掝l帶、大動態(tài)范圍、全數(shù)字化、自動化、遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。目前許多水庫地震監(jiān)測均采用了小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)。三峽小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)，由24個子臺構(gòu)成。多年來的水庫誘發(fā)地震監(jiān)測分析統(tǒng)計(jì)表明絕大多數(shù)的水庫誘發(fā)地震發(fā)生在預(yù)測的廟河到白帝城段、離庫岸10公里范圍以內(nèi)。三峽大壩在2008年、2009年、2010年連續(xù)三年蓄水到正常高水位（高程170m）以上。從地震發(fā)生情況來看，第一年蓄水到170m以上，誘發(fā)了4.1級地震，以后地震活動緩慢衰減。這些規(guī)律也驗(yàn)證了蓄水前三峽水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的正確性。三峽小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)，應(yīng)用了寬頻帶、大動態(tài)范圍、遙測數(shù)字化記錄、實(shí)時(shí)處理和遠(yuǎn)程傳輸?shù)南冗M(jìn)技術(shù)。該技術(shù)也在金沙江中游的向家壩、溪洛渡等新建的大水庫中得到推廣應(yīng)用，并由單個水庫的誘發(fā)地震監(jiān)測發(fā)展為流域水庫群的水庫誘發(fā)地震監(jiān)測。

3 布設(shè)小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)的目的

水庫誘發(fā)地震監(jiān)測的目的有三個：一是對發(fā)生的地震進(jìn)行區(qū)分，判斷是水庫誘發(fā)地震還是天然地震。二是在確定為水庫誘發(fā)地震后，根據(jù)長期監(jiān)測結(jié)果判斷水庫誘發(fā)地震序列類型，水庫誘發(fā)地震序列多數(shù)有前震-主震-余震型特點(diǎn)，可以根據(jù)已有地震序列預(yù)測其發(fā)展趨勢，預(yù)報(bào)可能最大地震，從而采取應(yīng)急措施，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。三是檢驗(yàn)水庫誘發(fā)地震理論和危險(xiǎn)性評價(jià)是否正確，從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷提高水庫誘發(fā)地震理論研究和危險(xiǎn)性評價(jià)的水平。

3.1 對發(fā)生的地震性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分四川省汶川發(fā)生8.0級特大地震后不久，范曉先生在《中國地理》雜志上發(fā)表文章，聲稱根據(jù)水庫誘發(fā)地震預(yù)測的地震地質(zhì)類比法，斷定“紫坪鋪水庫誘發(fā)5.12地震的可能性不能排除”［12］。紫坪鋪水庫是否誘發(fā)了汶川地震，根據(jù)紫坪鋪小孔徑水庫監(jiān)測臺網(wǎng)在水庫蓄水前后記錄的大量科學(xué)數(shù)據(jù)就可以作出清晰判斷。

早在2004年水庫蓄水前，紫坪鋪庫區(qū)就建成了由7個子臺和1個中繼站組成的紫坪鋪水庫遙測監(jiān)測臺網(wǎng)。汶川地震發(fā)生后，利用紫坪鋪水庫遙測監(jiān)測臺網(wǎng)記錄的大量地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果可以明確排除汶川地震是水庫誘發(fā)地震的可能［13-14］。主要理由如下：（1）水庫誘發(fā)地震與庫水位變化是密切相關(guān)的。蓄水初期，庫區(qū)及周邊會頻繁發(fā)生小震，水庫達(dá)到最高蓄水位后，發(fā)生主震，隨著能量不斷釋放，震級會逐漸衰減，地震序列屬前震-主震-余震型。汶川地震的發(fā)生與紫坪鋪的庫水位變化沒有任何相關(guān)性，汶川地震缺少前震，地震序列屬主震-余震型，這是典型的天然構(gòu)造大地震的特征；（2）水庫誘發(fā)地震震中在空間分布上，是集中在庫區(qū)及其外延10 km范圍之內(nèi)。震源深度由于庫水載荷影響有限，多在1～5 km，最多不超過10 km。而汶川地震及其地震余震的震中是沿著發(fā)震斷層沿伸到200 km之外，震源深度已達(dá)14 km，這與水庫誘發(fā)地震震中分布規(guī)律明顯不同；（3）水庫誘發(fā)地震在發(fā)震強(qiáng)度上，多數(shù)屬于弱震，全世界120余震例中，震級大于5級的只有大約20例，最大為6.5級。紫坪鋪水庫有限的庫水無法壓出蓄積巨大能量的8.0級特大地震；（4）根據(jù)水庫誘發(fā)地震監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制的地震頻度（N）與震級（M）圖，在半對數(shù)坐標(biāo)上的直線（log N=a-bM）的斜率（b）值一般大于1，而汶川地震的統(tǒng)計(jì)特征完全沒有該分布規(guī)律。

這是利用水庫誘發(fā)地震記錄和天然構(gòu)造地震記錄的不同規(guī)律特征區(qū)分判斷天然構(gòu)造地震或水庫誘發(fā)地震的實(shí)例之一。紫坪鋪水庫遙測監(jiān)測臺網(wǎng)的水庫誘發(fā)地震監(jiān)測記錄規(guī)律分析結(jié)果，清晰闡明了汶川地震并非水庫誘發(fā)地震。

3.2 預(yù)測水庫誘發(fā)地震發(fā)展趨勢，預(yù)報(bào)可能的最大水庫誘發(fā)地震根據(jù)水庫誘發(fā)地震序列多屬前震-主震-余震型的特點(diǎn)，預(yù)測水庫誘發(fā)地震發(fā)展趨勢，預(yù)報(bào)可能的最大水庫誘發(fā)地震，從而制定相應(yīng)應(yīng)急措施。1962年3月我國的新豐江水庫誘發(fā)了6.1級強(qiáng)震，根據(jù)地震序列中前震不斷增強(qiáng)的發(fā)展趨勢，專家預(yù)測后續(xù)可能還有強(qiáng)震發(fā)生，及時(shí)對大壩按9度進(jìn)行了抗震加固，有效減輕了震災(zāi)［5］。1979年1月，我國浙江烏溪江水庫發(fā)生誘發(fā)地震，根據(jù)流動臺網(wǎng)記錄，分析出地震序列的前震由增強(qiáng)向逐漸衰減的發(fā)展趨勢，預(yù)測不會有強(qiáng)震發(fā)生，不需要進(jìn)行抗震加固，節(jié)省了大量抗震加固費(fèi)用。

3.3 檢驗(yàn)水庫誘發(fā)地震理論和危險(xiǎn)性評價(jià)是否正確預(yù)測結(jié)論是否正確要經(jīng)過水庫實(shí)際蓄水后，地震監(jiān)測臺網(wǎng)記錄的結(jié)果來證明。近30多年來，我國已對二灘、三峽、瀑布溝、小灣等幾十座大型水庫，開展了蓄水前誘發(fā)地震條件的工程地震研究，并進(jìn)行了水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)。實(shí)際地震監(jiān)測結(jié)果表明：預(yù)測不可能誘發(fā)水庫地震的水庫，的確都沒有發(fā)生水庫誘發(fā)地震。預(yù)測可能誘發(fā)5級以下水庫地震的水庫，也均未發(fā)生大于5級的水庫誘發(fā)地震。預(yù)測可能誘發(fā)大于5級水庫地震的水庫，有的雖然發(fā)生了水庫誘發(fā)地震，不過震級未大于5級，如三峽水庫原預(yù)測最大5.5級，實(shí)際發(fā)生4.1級；有的并沒有誘發(fā)水庫地震，如四川二灘水庫，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動性強(qiáng)，原預(yù)測最大震級為6.0級水庫誘發(fā)地震實(shí)際并沒有發(fā)生。這些實(shí)例說明國家標(biāo)準(zhǔn)《水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)》（GB 21075-2007）是有效可行的。

4 小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)

4.1 地震監(jiān)測臺網(wǎng)構(gòu)成臺網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)是指為了使數(shù)量有限的地震監(jiān)測儀器，盡可能多的取得一些有價(jià)值的地震記錄，需要使用的一整套技術(shù)。主要包括臺網(wǎng)設(shè)計(jì)、儀器選型、儀器的安裝、監(jiān)控維護(hù)、記錄分析等。臺網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性評價(jià)的結(jié)果，依據(jù)水庫區(qū)的地形地質(zhì)條件，進(jìn)行合理布局，結(jié)合水庫等級，提出監(jiān)測精度要求。臺網(wǎng)應(yīng)由4個以上臺站組成，將水庫誘發(fā)地震包圍在網(wǎng)內(nèi)。精度要求能記錄0.5～1級以上的地震，定位誤差在0.5～1 km范圍。

水庫誘發(fā)地震監(jiān)測儀器應(yīng)穩(wěn)定可靠，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，能滿足工程監(jiān)測高精度、自動化的要求。宜采用數(shù)字化傳輸技術(shù)組網(wǎng)。監(jiān)測系統(tǒng)由臺站、臺網(wǎng)管理中心、數(shù)據(jù)傳輸與中繼三大部分。臺站一般由地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和不間斷供電系統(tǒng)組成。臺站監(jiān)測儀器設(shè)備中的地震信號檢測應(yīng)以地震計(jì)為主，可配置加速度計(jì)。臺網(wǎng)管理中心應(yīng)配置用于地震數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具備地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收、處理和熱備份功能。臺網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸可根據(jù)現(xiàn)場條件，確定采用有線、無線及有線和無線相結(jié)合等方式?？刹捎枚嗦窋?shù)據(jù)匯集技術(shù)，同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)及進(jìn)行多臺數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)接［12］。

臺網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)組地震計(jì)應(yīng)采用短周期地震計(jì)，它適用于記錄地方震（小于100 km）和近震（100～1000 km），水庫誘發(fā)地震均為地方震。該儀器靈敏度高，在通頻帶內(nèi)位移放大率可達(dá)百萬倍，常稱之為微震儀。加速度計(jì)應(yīng)采用力平衡式加速度計(jì)，簡稱FBA。力平衡電子反饋技術(shù)的應(yīng)用，使它具有動態(tài)范圍大、頻帶寬、線性好等特點(diǎn)。信號輸出采用雙端平衡方式，有利于避免工頻電源干擾。內(nèi)置有標(biāo)定電路，方便現(xiàn)場使用。

數(shù)據(jù)采集儀可采用24位的AD，要求有高分辨率、大動態(tài)范圍，能輸出低延遲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，可將多道模擬電壓量和頻率量的輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。采集儀器還需要具有數(shù)據(jù)采集、記錄以及網(wǎng)絡(luò)和串口數(shù)據(jù)傳輸，支持大容量數(shù)據(jù)存儲的功能特點(diǎn)。

監(jiān)測系統(tǒng)包括臺站、臺網(wǎng)管理中心、數(shù)據(jù)傳輸與中繼三大部分［7］。

（1）臺站的組成與技術(shù)要求。臺站一般由地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和不間斷供電系統(tǒng)組成。臺站監(jiān)測儀器設(shè)備中的地震信號檢測應(yīng)以地震計(jì)為主，可配置加速度計(jì)。對監(jiān)測儀器設(shè)備的基本技術(shù)要求。

（2）臺網(wǎng)管理中心組成與技術(shù)要求。應(yīng)配置用于地震數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具備地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收、處理和熱備份功能應(yīng)有存儲連續(xù)波形數(shù)據(jù)功能，配置大容量可讀寫設(shè)備和光盤刻錄機(jī)。應(yīng)有數(shù)據(jù)共享與服務(wù)功能，配置提供數(shù)據(jù)共享的服務(wù)器，并應(yīng)和相應(yīng)級別的地震信息網(wǎng)絡(luò)相連。應(yīng)有地震報(bào)警及系統(tǒng)故障監(jiān)視報(bào)警功能。地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)具備人機(jī)交互分析處理功能。應(yīng)配備數(shù)據(jù)處理分析的專用軟件。

（3）數(shù)據(jù)傳輸與中繼組成及技術(shù)要求。臺網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式可根據(jù)現(xiàn)場條件，確定采用有線、無線及有線和無線相結(jié)合等方式可采用多路數(shù)據(jù)匯集技術(shù)，同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)及進(jìn)行多臺數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)接。

利用有線信道傳輸實(shí)時(shí)地震波形時(shí)，地震波形數(shù)據(jù)必須采用專線傳輸，傳輸速率應(yīng)不小于19200 bps，誤碼率低于10-7。超短波信道場強(qiáng)的電平余量，一般情況下應(yīng)不小于30 dBm，信噪比不小于20 dB，有條件可采用全雙工或半雙工雙向信道。信道中繼可采用有線信道與有線信道的轉(zhuǎn)接，無線信道與無線信道的轉(zhuǎn)接或有線信道與無線信道的轉(zhuǎn)接。其轉(zhuǎn)接功能可采用多信道匯集復(fù)用后再轉(zhuǎn)發(fā)，或單信道直接轉(zhuǎn)發(fā)。

4.2 監(jiān)控、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析地震監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行與監(jiān)控包括臺站運(yùn)行監(jiān)控與臺網(wǎng)管理中心運(yùn)行監(jiān)控兩大部分。

4.2.1 臺站運(yùn)行監(jiān)控 每天一次進(jìn)行地震計(jì)正弦波脈沖標(biāo)定，每年進(jìn)行一次系統(tǒng)正弦波信號序列標(biāo)定。

地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器維修或更換后，必須重新進(jìn)行正弦波信號序列標(biāo)定。臺站應(yīng)建立維護(hù)日志。內(nèi)容包括儀器設(shè)備名稱和編號、維修日期、故障原因、儀器工作參數(shù)記錄以及儀器更換記錄等。

4.2.2 臺網(wǎng)管理中心運(yùn)行監(jiān)控 建立臺網(wǎng)管理中心24小時(shí)全日制值班制度，負(fù)責(zé)臺網(wǎng)管理中心設(shè)備、通信信道以及臺站運(yùn)行情況的管理、檢查和維護(hù)。每天檢查各臺站脈沖標(biāo)定幅度及周期的變化。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有變化時(shí)應(yīng)及時(shí)測試檢查原因并排除故障。建立地震通信專線及中繼專線的檔案，內(nèi)容包括每條專線路由、專線類別、專線代號（或名稱）、專線公里數(shù)、中繼專線代號（或名稱）、中繼專線長度、開通日期、長話專線月租金與中繼線租金等。

建立臺網(wǎng)值班日志和各種管理規(guī)章制度和操作規(guī)程，包括地震速報(bào)、值班、臺站維護(hù)、設(shè)備維護(hù)等。

5 結(jié)語

水庫誘發(fā)地震的研究方法有兩種：一是在勘察設(shè)計(jì)階段查清庫區(qū)的地震地質(zhì)條件，應(yīng)用地震地質(zhì)類比法，對水庫誘發(fā)地震的危險(xiǎn)性進(jìn)行評價(jià)和預(yù)測；二是布設(shè)小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)進(jìn)行水庫誘發(fā)地震監(jiān)測和分析，獲得水庫誘發(fā)地震的震源參數(shù)：如地震時(shí)間、震級大小、震中位置、震源深度以及震源機(jī)制解等。

小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)向?qū)掝l帶，大動態(tài)范圍，全數(shù)字化，自動化，遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。這些監(jiān)測技術(shù)在我國的三峽大壩庫區(qū)的水庫誘發(fā)地震監(jiān)測上首先得到應(yīng)用，目前金沙江流域的梯級水庫得到大力推廣。小孔徑遙測數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)保證了水庫誘發(fā)地震監(jiān)測的高精度，能為分析和研究水庫誘發(fā)地震的震源參數(shù)：如地震時(shí)間、震級、震中位置，震源深度、震源機(jī)制解以及反演震源破裂過程等提供可靠依據(jù)。

對監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析，首先要利用多臺數(shù)據(jù)。采用人機(jī)交互定位系統(tǒng)等軟件，測定地震基本參數(shù)—發(fā)震時(shí)刻、震級、震中位置和震源深度等。在此基礎(chǔ)上，綜合分析水庫蓄水前后在水庫影響區(qū)地震活動總體水平是否變化，并分析地震與庫水位變化的相關(guān)性，通過地震序列特征和時(shí)、空、強(qiáng)特征來判定是否為水庫誘發(fā)地震，再根據(jù)水庫誘發(fā)地震頻度與震級關(guān)系曲線進(jìn)行水庫誘發(fā)地震最大震級的判斷、預(yù)測。

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Application of the small aperture seismic monitoring netw ork in the study of reservoir induced earthquake

XU Lianghua1，2，3，SU Kezhong2，CHANG Tinggai2，3
（1.The Collegeof Architectureand Civil Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；2.Earthpuake Engineering Research Center，IWHR，Beijing 100048，China；3.Research Center on Anti-Earthquakeand Emergency Support Techniquesof Hydraulic Projects，Ministry ofWater Resources，Beijing 100048，China）

Reservoir-induced earthquake is earthquake which is caused by reservoir storage in some special seism ic geological environment.At present，there are two main methods to study reservoir-induced earth?quake.The first method is to investigate seismic geologic conditions in reservoir area，at early constrction stage of dam，evaluate the risk of reservoir induced earthquake，and predict its maximum magnitude，which provides a basis for the seism ic design of dam.The second is to monitor and analyze，which pro?vides a basis for the seismic design of seismic monitoring network.In this paper，theoretical basis，monitor?ing purpose and monitoring technologies of small aperture seismic monitoring network are discussed.

reservoir-induced earthquake；seism ic monitoring network；small aperture seism ic monitoring

P315.73

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.04.010

1672-3031（2015）04-0300-06

（責(zé)任編輯：王冰偉）

2015-02-25

中國水科院科研專項(xiàng)（EB0145C072014）

許亮華（1978-），男，福建周寧人，高級工程師，博士生，主要從事水工抗震研究。E-mail：shepherd2008@126.com