遼寧流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

雷 晨，羅 斐，趙龍梅，趙 雷，劉天龍

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)主要是針對(duì)特定的區(qū)域，在特定的時(shí)間段強(qiáng)化地震觀測(cè)，以提高該區(qū)域的地震監(jiān)測(cè)和速報(bào)能力。

流動(dòng)觀測(cè)在補(bǔ)充區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力不足的同時(shí)還可應(yīng)用于流動(dòng)加密觀測(cè)，在震中余震發(fā)展區(qū)域更精確地測(cè)定余震的發(fā)生與發(fā)展過程，為震后趨勢(shì)分析與判定提供數(shù)據(jù)補(bǔ)充；通過流動(dòng)測(cè)震臺(tái)的架設(shè)，一方面可用于震前監(jiān)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生中強(qiáng)地震的區(qū)域地震活動(dòng)背景作臨時(shí)性的加密觀測(cè)，更好地跟蹤地震的活動(dòng)動(dòng)態(tài)；另一方面用于余震監(jiān)測(cè)，記錄中強(qiáng)地震后的余震變化，為進(jìn)一步研究地震震源特征及后續(xù)震情變化夯實(shí)基礎(chǔ)資料［1］。另外流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)也可在地震預(yù)測(cè)區(qū)域與重要保障及特殊事件監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行強(qiáng)化地震觀測(cè)，還可以滿足各種地球物理研究及地震工程應(yīng)用觀測(cè)的需要。

根據(jù)流動(dòng)觀測(cè)的發(fā)展需要，中國(guó)地震局專門成立了測(cè)震技術(shù)管理組流動(dòng)管理部，對(duì)全國(guó)的流動(dòng)觀測(cè)進(jìn)行統(tǒng)一管理，設(shè)備統(tǒng)一調(diào)配，近年來不斷進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練、技術(shù)交流、培訓(xùn)等活動(dòng)，共享了流動(dòng)觀測(cè)資源，提高了流動(dòng)觀測(cè)整體水平、促進(jìn)了流動(dòng)觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

1 遼寧流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 遼寧流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)系統(tǒng)基本構(gòu)成

遼寧流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)主要由流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心、流動(dòng)觀測(cè)子臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸及供電系統(tǒng)構(gòu)成，具體如圖1所示。

圖1 流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路及技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 Mobile seismic observation network data link and technical system composition

1.2 流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心

流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心采用與區(qū)域數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)兼容且獨(dú)立的技術(shù)系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯集、處理和交互分析、存檔等功能，也具備向區(qū)域測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心提供數(shù)據(jù)、獲取實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)并向應(yīng)急指揮部提供觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的功能。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)與地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換及信息服務(wù)等［2-4］。

流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心軟件系統(tǒng)主要包括實(shí)時(shí)地震數(shù)據(jù)流服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、臺(tái)站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)波形處理分析系統(tǒng)、地震速報(bào)系統(tǒng)組成，流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心通過部署在流服務(wù)器上的JOPENS0.5.2軟件包，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)匯集，再通過VPN專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與遼寧測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過部署在專用便攜式計(jì)算機(jī)上的MSDP人機(jī)交互系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)歸檔，生成對(duì)應(yīng)的臺(tái)網(wǎng)卷數(shù)據(jù)和臺(tái)站卷數(shù)據(jù)，以便臺(tái)網(wǎng)人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)的回放和查詢。

目前遼寧流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心主要由服務(wù)器、工作站、不間斷電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)展示系統(tǒng)等構(gòu)成，同時(shí)還配備了中型帳篷、發(fā)電機(jī)、打印機(jī)、工作臺(tái)、折疊椅等輔助設(shè)施。

1.3 流動(dòng)測(cè)震子臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)

遼寧流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)流動(dòng)子臺(tái)共有7套，其中3套采用英國(guó)GURALP公司生產(chǎn)的CMG-40TDE三分向一體化短周期地震計(jì)，其余4套采用BKD-2B型短周期地震計(jì)和EDAS-24IP型數(shù)據(jù)采集器，地震計(jì)機(jī)械周期為1S。流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

圖2 流動(dòng)測(cè)震子臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)Fig.2 Mobile seismic substation technology system

1.4 數(shù)據(jù)傳輸及供電系統(tǒng)

1.4.1 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

遼寧流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心及子臺(tái)的通信設(shè)備均采用廈門四信公司生產(chǎn)的F3A36型全網(wǎng)通無線4G傳輸設(shè)備，同時(shí)考慮到震后基于公網(wǎng)的無線傳輸可靠性問題，還配備了LN-GDFM-97型超短波數(shù)傳電臺(tái)3套。無線4G通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸卡采用了綁定到地震專用行業(yè)網(wǎng)的特殊數(shù)據(jù)卡，通過設(shè)置該數(shù)據(jù)通信卡可使流動(dòng)測(cè)震子臺(tái)數(shù)據(jù)直接傳輸至流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心或區(qū)域測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心。

1.4.2 供電系統(tǒng)

流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心供電系統(tǒng)采用持航PC-8000型不間斷電源系統(tǒng)，為流動(dòng)中心的服務(wù)器、工作站、打印機(jī)及展示系統(tǒng)提供電源保障。同時(shí)流動(dòng)中心還配備了3 kW的便攜式汽油發(fā)電機(jī)，從而保障流動(dòng)中心的正常供電。

流動(dòng)測(cè)震子臺(tái)供電選用的是“沙漠一號(hào)”RH-B50型便攜式戶外電源供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)是專為野外工作設(shè)計(jì)的集成電源系統(tǒng)，除了本身所攜帶的太陽能電池板外，還可以選配110 W和62 W折疊式太陽能電池板，從而可以提供更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)供電。

RH-B50型便攜式戶外電源供電系統(tǒng)的儲(chǔ)電容量為12 V、48 Ah，儲(chǔ)電介質(zhì)為聚合物鋰電池，內(nèi)置太陽能電池板功率為50 W，外接太陽能電池板功率為120 W，交流最大輸出功率為350 W，直流最大輸出功率為12 V/60W。

2 CMG-40TDE一體化地震計(jì)的應(yīng)用

2.1 儀器基本情況

由于遼寧流動(dòng)測(cè)震子臺(tái)地震計(jì)及數(shù)據(jù)采集器是“十五”期間配置的，到現(xiàn)在使用了近十年的時(shí)間，部分儀器已經(jīng)老化且不能維修。為保障流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)正常開展，2015年遼寧省地震局籌措資金自行購(gòu)置了三套英國(guó)GURALP公司生產(chǎn)的CMG-40TDE便攜式一體化寬頻帶數(shù)字地震計(jì)。

CMG-40TDE一體化地震計(jì)是由三分向?qū)掝l帶地震計(jì)CMG-40T-1和數(shù)據(jù)采集器CMGDM24一體化設(shè)計(jì)而成。該一體化地震計(jì)體積更小，使用便捷，適應(yīng)野外地震監(jiān)測(cè)需求。

圖3 CMG-40TDE一體化地震計(jì)功能模塊Fig.3 Modules of CMG-40TDE

圖4 CMG-40TDE一體化地震計(jì)使用連接示意圖Fig.4 CMG-40TDE installation method

2.2 儀器檢查及標(biāo)定情況

CMG-40TDE一體化地震計(jì)在使用前和每年的例行檢查中都要進(jìn)行儀器的脈沖標(biāo)定檢查以檢測(cè)儀器的運(yùn)行狀態(tài)是否良好。脈沖標(biāo)定主要是檢查儀器的周期誤差和靈敏度誤差，看是否偏離正常水平，若周期或靈敏度誤差超過10%，則認(rèn)為儀器工作不正常，需進(jìn)行校正。表1為2017年例行檢查時(shí)的脈沖標(biāo)定結(jié)果。

表1 CMG-40TDE一體化地震計(jì)脈沖標(biāo)定檢查結(jié)果

2.3 在流動(dòng)演練及實(shí)際應(yīng)急觀測(cè)中的應(yīng)用

遼寧省地震局CMG-40TDE一體化地震計(jì)自2015年購(gòu)置以來分別在2015年度、2016年度、2017年度東北片區(qū)地震應(yīng)急流動(dòng)演練中得到了使用，同時(shí)還多次應(yīng)用在遼寧地區(qū)重點(diǎn)區(qū)加密觀測(cè)和地震應(yīng)急加密觀測(cè)中。表2為2017年部分CMG-40TDE一體化地震計(jì)使用情況。

表2 2017年度CMG-40TDE一體化地震計(jì)使用情況

2017年12月19日遼寧省鞍山市海城市發(fā)生4.4級(jí)地震，遼寧省地震局啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案并在鞍山地區(qū)的孤山鎮(zhèn)和偏嶺鎮(zhèn)架設(shè)了2個(gè)主要由CMG-40TDE一體化地震計(jì)組成的流動(dòng)測(cè)震臺(tái)。圖5為架設(shè)在遼寧鞍山地區(qū)偏嶺鎮(zhèn)（LN/L2101） 和孤山鎮(zhèn)（LN/L2102） 的流動(dòng)測(cè)震臺(tái)記錄到的2018年2月21日11時(shí)07分遼寧省鞍山市海城市3.1級(jí)地震的波形。

圖5 2018年2月21日11時(shí)07分海城市3.1級(jí)地震波形Fig.5 Records of the Haicheng M3.1 earthquake on 11：07，F(xiàn)eb.11th，2018

3 提高遼寧流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)能力的幾點(diǎn)建議

遼寧流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的時(shí)代，觀測(cè)設(shè)備也從分散到集中再到一體化的演變過程。雖然流動(dòng)觀測(cè)近年來有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是仍然存在著很多的不足，觀測(cè)技術(shù)及能力仍需進(jìn)一步提高。

（1） 提高觀測(cè)儀器的整體水平。提高遼寧測(cè)震觀測(cè)儀器的數(shù)量和質(zhì)量，加強(qiáng)流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)儀器的整體水平，保證觀測(cè)儀器運(yùn)行質(zhì)量，為后續(xù)數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用提供保障。

（2） 提高觀測(cè)人員的技術(shù)能力。通過不斷地進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和交流提高遼寧流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)人員的整體素質(zhì)和水平，通過實(shí)戰(zhàn)化演練加強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力，從而保障流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)工作的順利開展。

（3） 強(qiáng)化流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心的功能。加強(qiáng)流動(dòng)中心數(shù)據(jù)產(chǎn)出的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)超快速報(bào)在流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)中的應(yīng)用，加強(qiáng)與完善數(shù)據(jù)產(chǎn)出與應(yīng)急系統(tǒng)的快速聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的建設(shè)。

（4） 提高整體保障能力。加大流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)人員與設(shè)備的投入，保障流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)隊(duì)伍的相對(duì)穩(wěn)定及流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)儀器的穩(wěn)定運(yùn)行，做到關(guān)鍵時(shí)刻能夠快速進(jìn)行流動(dòng)臺(tái)站架設(shè)并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送至流動(dòng)中心或區(qū)域中心。

（5） 加強(qiáng)應(yīng)急流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)管理。進(jìn)一步完善流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站架設(shè)應(yīng)急預(yù)案，制定流動(dòng)臺(tái)站架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

（6） 預(yù)設(shè)流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)點(diǎn)。在遼寧地區(qū)易發(fā)地震的海城老震區(qū)、遼西地區(qū)、年度重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)，結(jié)合固定臺(tái)站的分布預(yù)選多個(gè)流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行觀測(cè)點(diǎn)的前期測(cè)試和初步建設(shè)，以備震時(shí)所需。

4 結(jié)語

加強(qiáng)遼寧地區(qū)的流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)工作，有著極其現(xiàn)實(shí)的意義。隨著國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程的建設(shè)，遼寧地區(qū)的測(cè)震及強(qiáng)震動(dòng)固定臺(tái)站密度將會(huì)增大。流動(dòng)觀測(cè)與固定臺(tái)站觀測(cè)相結(jié)合，將會(huì)更好地加強(qiáng)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的監(jiān)測(cè)能力、豐富了觀測(cè)數(shù)據(jù)［5］，為進(jìn)一步研究地震震源特征及后續(xù)震情變化夯實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)為地球物理研究及防災(zāi)減災(zāi)工程應(yīng)用積累更多具有遼寧地域特征的有價(jià)值的測(cè)震觀測(cè)數(shù)據(jù)。