猴子巖水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行

戴 繪， 朱 永 國， 陳 輝

(1.國電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川 康定 626005； 2.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 猴子巖水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的必要性

水庫地震是指在特殊的地震地質(zhì)背景條件下，由于水庫蓄水或水位的變化而在水庫區(qū)及其周邊引發(fā)的地震[1-3]。大中型水電站地震監(jiān)測的目的就是監(jiān)測庫區(qū)地震，了解、掌握其特性，并在圍堰擋水和水庫蓄水后監(jiān)測分析其地震活動(dòng)變化[4]，進(jìn)行天然地震本底與水庫誘發(fā)地震的判別，以便對(duì)可能的水庫誘發(fā)地震進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。

猴子巖水電站位于青藏高原東南部，川西北強(qiáng)烈隆起區(qū)的最南端，地貌以高山和河流地貌為主，為高山峽谷區(qū)[5]。工程區(qū)在大地構(gòu)造上屬于松潘―甘孜褶皺系巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，處于鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯區(qū)北側(cè)金湯弧形構(gòu)造帶的西翼，位于川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地震地質(zhì)背景較為復(fù)雜。猴子巖大壩屬于典型的高壩，且水庫規(guī)模也較大，根據(jù)《地震監(jiān)測管理?xiàng)l例》、《水庫地震監(jiān)測管理辦法》和《水庫地震監(jiān)測技術(shù)要求》的規(guī)定：“壩高100 m以上、庫容5億m3以上的新建水庫，應(yīng)當(dāng)建設(shè)水庫地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)，開展水庫地震監(jiān)測”。此外，國家當(dāng)前關(guān)于防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)方面的新理念從原來的注重災(zāi)后救助開始向注重災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)移，對(duì)地震的預(yù)防預(yù)測也越來越有必要。為此，猴子巖水電站實(shí)施了水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，對(duì)庫區(qū)及周邊一定范圍內(nèi)的地震活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，為電站水庫的安全運(yùn)行提供保障。

2 猴子巖水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

猴子巖水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)主要由臨時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和永久監(jiān)測系統(tǒng)組成，主要建設(shè)任務(wù)包括臨時(shí)監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)、臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心、永久監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)及永久臺(tái)網(wǎng)中心的建設(shè)。猴子巖臨時(shí)監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)由4個(gè)臺(tái)站組成，永久監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)由7個(gè)臺(tái)站組成，臨時(shí)及永久臺(tái)網(wǎng)中心位于成都市內(nèi)。在統(tǒng)籌兼顧、資源共享、節(jié)約成本、便于工作安排的原則上，臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站均布設(shè)在永久臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站位置，臨時(shí)、永久臺(tái)網(wǎng)中心也布設(shè)在成都市內(nèi)同一位置。永久的臺(tái)網(wǎng)及臺(tái)網(wǎng)中心正式運(yùn)行后，臨時(shí)的臺(tái)網(wǎng)及臺(tái)網(wǎng)中心即停止運(yùn)行。

2.1 臨時(shí)水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

2.1.1 臨時(shí)監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)建設(shè)

猴子巖水電站臨時(shí)地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)的主要任務(wù)是在永久地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)建設(shè)完成之前采集蓄水前一年的天然本底地震信息，包括地質(zhì)活動(dòng)性、震源性質(zhì)、介質(zhì)狀態(tài)及與構(gòu)造的關(guān)系等，累積庫區(qū)及其臨近區(qū)域的地震活動(dòng)背景資料。猴子巖水電站臨時(shí)地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站采用CDMA傳輸方式對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，臺(tái)站監(jiān)測到的地震信號(hào)通過CDMA實(shí)時(shí)傳輸?shù)脚R時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心，通過匯集、處理及存儲(chǔ)形成水庫蓄水前地震資料。當(dāng)臺(tái)站通訊信號(hào)中斷無法實(shí)時(shí)傳輸時(shí)，則通過人工采集的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。臨時(shí)監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)于2015年7月開始建設(shè)，2015年9月底完成建設(shè)、安裝、調(diào)試等工作，2015年10月開始運(yùn)行，已于2016年9月完成蓄水前天然本底地震信息的采集。

2.1.2 臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心建設(shè)

臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心的主要任務(wù)是完成蓄水前一年天然本底地震數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲(chǔ)，形成水庫蓄水前地震資料。臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心2015年10月開始投入使用，2016年10月開始由永久臺(tái)網(wǎng)中心取代臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心投入運(yùn)行。

2.2 永久水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

2.2.1 永久監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)建設(shè)

猴子巖水電站永久水庫地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)庫段不漏測ML≥0.5級(jí)以上地震，按此要求和可能得到的臺(tái)基振動(dòng)噪聲干擾水平、預(yù)測的水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)區(qū)的范圍與分布，臺(tái)網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)模為7個(gè)高增益固定子臺(tái)。永久臺(tái)網(wǎng)于2015年7月開始建設(shè)，2016年5月底完成建設(shè)、安裝、調(diào)試等工作，2016年6月臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行試運(yùn)行，并于2016年10月正式運(yùn)行。

2.2.1.1 監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)布局

猴子巖水庫地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)布局主要圍繞大壩、主庫區(qū)和有關(guān)斷裂展布，7個(gè)子臺(tái)具體位置如表1及圖2所示。

2.2.1.2 監(jiān)測區(qū)域

表1 猴子巖水庫地震臺(tái)網(wǎng)各臺(tái)站位置表

猴子巖水庫誘發(fā)地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域包括：壩區(qū)附近及壩址中心約10 km范圍；庫區(qū)中段和向上游覆蓋到梭坡附近的整個(gè)庫段；從庫壩區(qū)通過的水子斷裂、火地北東向斷裂和向上游右岸通過的大渡河斷裂北段貝母山斷裂等區(qū)域。臺(tái)網(wǎng)所屬子臺(tái)較為均勻的布設(shè)在這個(gè)監(jiān)視區(qū)內(nèi)，保證在這個(gè)區(qū)域中有較高的定位精度和較低的震級(jí)下限。

2.2.1.3 監(jiān)測設(shè)備技術(shù)系統(tǒng)

猴子巖水庫地震臺(tái)網(wǎng)各臺(tái)站由數(shù)據(jù)采集單元(含地震計(jì)、地震數(shù)據(jù)采集器、GPS接收器、臺(tái)站狀態(tài)監(jiān)視單元等設(shè)備)、臺(tái)站供電單元、綜合避雷單元、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等組成，詳見表2。各臺(tái)站利用電信CDMA網(wǎng)絡(luò)，通過CDMA無線路由器撥號(hào)接入電信網(wǎng)絡(luò)，臺(tái)站用戶在臺(tái)網(wǎng)中心通過認(rèn)證服務(wù)器完成用戶認(rèn)證和IP地址綁定，完成臺(tái)站與臺(tái)網(wǎng)中心的VPDN專網(wǎng)組建，實(shí)現(xiàn)臺(tái)站與臺(tái)網(wǎng)中心間的數(shù)據(jù)安全高速的傳輸。臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成與主要設(shè)備配置如圖1所示。該技術(shù)系統(tǒng)已在多個(gè)水庫地震臺(tái)網(wǎng)成功運(yùn)用，是較為成熟的技術(shù)系統(tǒng)。

表2 猴子巖地震臺(tái)網(wǎng)各臺(tái)站主要設(shè)備配置表

圖1 臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成與主要設(shè)備配置

2.2.1.4 臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力

臺(tái)網(wǎng)布局確定之后，臺(tái)網(wǎng)的地震監(jiān)測能力主要受限于臺(tái)址的地背景噪聲，當(dāng)有四個(gè)以上的子臺(tái)監(jiān)測到P波振幅大于干擾背景4倍(12db)時(shí)，則確定為可定位地震。根據(jù)測定的地動(dòng)噪聲水平，再結(jié)合MAPSIS專用程序進(jìn)行計(jì)算，得到猴子巖水庫地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力如圖2所示。從圖中可以對(duì)比看出，臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力下限為ML0.5級(jí)，達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)范要求。地震臺(tái)網(wǎng)在遠(yuǎn)震或臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)發(fā)生MS5.0級(jí)以下地震時(shí)，可得到完整可用的記錄，但網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)緣震級(jí)超過MS5.0級(jí)時(shí)，測定地震需要與外圍的國家臺(tái)網(wǎng)相銜接(進(jìn)行網(wǎng)間實(shí)時(shí)地震信息交換)來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合定位，確定地震的時(shí)間、空間、強(qiáng)度三要素，并通過臺(tái)網(wǎng)強(qiáng)震監(jiān)測系統(tǒng)來獲取完整的地震波形數(shù)據(jù)。

圖2 猴子巖水庫地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力圖

2.2.2 永久臺(tái)網(wǎng)中心建設(shè)

臺(tái)網(wǎng)中心位于成都市區(qū)內(nèi)，其位置及辦公條件滿足日常地震監(jiān)測工作需要，于2016年10月取代臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心開始投入運(yùn)行。地震臺(tái)站數(shù)據(jù)通過CDMA、VPDN專網(wǎng)傳輸?shù)脚_(tái)網(wǎng)中心，外部連接通過路由器和防火墻后進(jìn)入局域網(wǎng)，經(jīng)交換機(jī)將各服務(wù)器和各種設(shè)備連接在一起，組成以太局域網(wǎng)。

臺(tái)網(wǎng)中心系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、檢查、存儲(chǔ)與處理，由數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、專用供電等設(shè)備組成。網(wǎng)絡(luò)管理中心最終完成地震監(jiān)測，獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)入臺(tái)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，該數(shù)據(jù)服務(wù)器再把記錄到的地震數(shù)據(jù)和地震事件通過局部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)饺藱C(jī)交互系統(tǒng)、地震編目系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫；專業(yè)分析人員對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行日常分析處理，對(duì)水庫誘發(fā)地震趨勢性進(jìn)行預(yù)測研究；臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)出的資料按照要求進(jìn)行記錄，并刻錄成光盤進(jìn)行永久保存；每天的數(shù)據(jù)經(jīng)過人機(jī)交互系統(tǒng)完成地震目錄數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)、事件文件信息的備份。

3 猴子巖水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行

臨時(shí)水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行期為2015年10月～2016年9月，永久水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)于2016年10月取代臨時(shí)系統(tǒng)并正式運(yùn)行。臨時(shí)與永久水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行期間穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。2015年10月～2018年2月期間，臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測到的地震總體震源深度較淺，屬于淺源地震，共記錄到地震事件3413次，日均3.87次，其中ML<2.0級(jí)的地震3 326次，ML≥2.0級(jí)的地震87次，ML3.0級(jí)以上地震發(fā)生較少，共計(jì)10次。期間最大震級(jí)為ML4.5級(jí)，發(fā)生在2018年2月22日08時(shí)10分49.4秒，震中位于四川省道孚縣境內(nèi)，震源深度4 km，距猴子巖大壩44.3 km，此次地震事件對(duì)猴子巖大壩的破壞力可參考為V度烈度，由中國地震烈度對(duì)照表可得猴子巖大壩壩址烈度為VII度，故大壩處于安全狀態(tài)。

此外，基于水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)得到的基本地震資料，先后對(duì)庫區(qū)及周邊天然本底地震活動(dòng)特征、蓄水前后地震活動(dòng)性差異、地震活動(dòng)趨勢及預(yù)測等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并取得一些有價(jià)值的結(jié)論。通過有效的監(jiān)測、分析及預(yù)測，猴子巖水電站水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)可以為政府和企業(yè)提供重要的防震減災(zāi)決策依據(jù)，提高了庫壩區(qū)的防震減災(zāi)能力。

4 結(jié) 語

(1)猴子巖水電站工程屬于典型的高壩大庫，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地震地質(zhì)背景較復(fù)雜，結(jié)合國家當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)理念由注重災(zāi)后救助向注重災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)變的形勢，猴子巖水電站實(shí)施水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(2)猴子巖水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)由臨時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和永久監(jiān)測系統(tǒng)組成。臨時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)由4個(gè)臺(tái)站和臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)中心組成，于2015年7月開始建設(shè)，運(yùn)行期為2015年10月～2016年9月，主要任務(wù)是收集蓄水前一年天然本底地震信息；永久監(jiān)測系統(tǒng)由7個(gè)臺(tái)站和永久臺(tái)網(wǎng)中心組成，各臺(tái)站設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)采集單元、供電單元、綜合避雷單元及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等，監(jiān)測能力下限為ML0.5級(jí)，臺(tái)網(wǎng)于2015年7月開始建設(shè)，2016年10月取代臨時(shí)系統(tǒng)正式運(yùn)行，主要任務(wù)是收集蓄水后的地震信息。

(3)猴子巖水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行期間穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。2015年10月～2018年2月期間，臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)共記錄到地震事件3 413次，較完整的采集了天然本底地震及蓄水后至今的地震信息。臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)的地震總體震源深度較淺，屬于淺源地震，監(jiān)測到的最大地震震級(jí)為ML4.5級(jí)，震源深度為4 km，距猴子巖大壩44.3 km，對(duì)大壩安全性影響較小。