珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣建設(shè)

尹晶飛 張 明 汪貞杰 沈 鈺

（中國(guó)杭州 310013 浙江省地震局）

0 引言

地震臺(tái)陣的建設(shè)最初是為探測(cè)地下核試驗(yàn)產(chǎn)生的地震波信號(hào)，隨著地震觀(guān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，地震臺(tái)陣的主要任務(wù)也逐漸發(fā)生了變化。運(yùn)用地震臺(tái)陣觀(guān)測(cè)系統(tǒng)和臺(tái)陣數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以進(jìn)行區(qū)域和地方性的地震活動(dòng)性研究（郝春月等，2007）。地震臺(tái)陣具有抑制地面噪聲、提高信噪比的特點(diǎn)，以及比單臺(tái)更強(qiáng)的地震監(jiān)測(cè)能力（郝春月等，2007）。

地震臺(tái)陣是在與所觀(guān)測(cè)地震波波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)目讖椒秶鷥?nèi)，按照一定的幾何規(guī)則布設(shè)若干地震計(jì)的地震觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。目前，一般按照孔徑將地震臺(tái)陣分為大孔徑臺(tái)陣、中等孔徑臺(tái)陣、小孔徑臺(tái)陣。大孔徑臺(tái)陣孔徑一般為100—200 km，如美國(guó)的蒙大拿臺(tái)陣（Douglas，2002）；中等孔徑臺(tái)陣孔徑一般為20 km 左右，如英國(guó)的EKA 臺(tái)陣；小孔徑地震臺(tái)陣孔徑一般為3—5 km，如上海地震臺(tái)陣（朱元清等，2002）。地震臺(tái)陣常見(jiàn)的的布局有環(huán)形臺(tái)陣、正交臺(tái)陣、“L”型臺(tái)陣和組合型臺(tái)陣等。本文主要介紹浙江省珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣建設(shè)過(guò)程及其在2014 年珊溪水庫(kù)地震震群監(jiān)測(cè)中所發(fā)揮的作用。

1 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣概況

珊溪水庫(kù)位于浙江省溫州市飛云江干流上游河段，于2001 年12 月竣工，蓄水水位約為133 m，2002 年、2006 年庫(kù)區(qū)分別發(fā)生過(guò)最大震級(jí)ML3.9、ML4.6 的水庫(kù)地震震群（鐘羽云等，2011）。為了提高珊溪水庫(kù)區(qū)域內(nèi)的地震監(jiān)測(cè)能力，同時(shí)提升對(duì)臺(tái)灣地區(qū)地震事件的數(shù)據(jù)分析精度，2006 年至2007 年浙江省地震局完成了珊溪水庫(kù)地震監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的建設(shè)。該臺(tái)陣為環(huán)形臺(tái)陣，共有7 個(gè)子臺(tái)，平均臺(tái)間距約為6.5 km（圖1）。臺(tái)陣中配備的地震監(jiān)測(cè)設(shè)備為北京港震科技股份有限公司生產(chǎn)的地震計(jì)和數(shù)據(jù)采集器，各個(gè)子臺(tái)間依靠通信光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（表1）。

圖1 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣子臺(tái)分布（基于谷歌地球2019 年12 月圖層繪制）Fig.1 Distribution of the seismic array in Shanxi reservoir（drawn based on Google Earth，2019.12）

表1 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣子臺(tái)概況Table 1 Overview of the seismic array in Shanxi reservoir

2 珊溪水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造

珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣所處位置在地質(zhì)構(gòu)造上隸屬于浙東南褶皺帶次級(jí)構(gòu)造單元溫州—臨海坳陷帶南部的泰順—青田斷坳（馬志江等，2016）。水庫(kù)基底為前震旦系變質(zhì)巖，總體呈NE 向，固結(jié)程度高，周邊的巖性主要為侏羅紀(jì)上統(tǒng)火山碎屑巖和白堊紀(jì)下統(tǒng)的河湖相沉積巖。新近紀(jì)以來(lái)，珊溪水庫(kù)庫(kù)區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為大面積間歇性升降，庫(kù)區(qū)內(nèi)沒(méi)有大規(guī)模的區(qū)域性斷層，但次級(jí)斷層較發(fā)育（圖2）。整個(gè)臺(tái)陣覆蓋地區(qū)的構(gòu)造以NE 向壓扭性、NW 向張扭性斷裂構(gòu)造為主，其次為EW 向和NS 向（朱新運(yùn)等，2010）。目前，已發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)內(nèi)有14 條斷裂，NE 向斷裂帶內(nèi)擠壓構(gòu)造透鏡體、劈理發(fā)育，斷層形成于前中生代。NW 向斷裂帶內(nèi)擠壓構(gòu)造透鏡體、斷層泥及片理發(fā)育，斷層形成于燕山晚期。

圖2 珊溪水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造（來(lái)源于浙江省地震局信息中心）Fig.2 The geological structure of Shanxi reservoir(refer from Zhejiang Earthquake Agency Information Center)

3 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣勘選過(guò)程

在野外勘選之前，根據(jù)建設(shè)區(qū)域的自然條件以及臺(tái)陣的形狀特征，初步確定各個(gè)子臺(tái)的大致位置，再結(jié)合前期該區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)臺(tái)站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，盡可能選擇地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、人為干擾較少的地區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘察。

臺(tái)站勘選工作中主要參考《中國(guó)數(shù)字地震觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)程》（中國(guó)地震局，2005）和《地震標(biāo)準(zhǔn)匯編2009（第一冊(cè)）》（中國(guó)地震局，2009）中對(duì)測(cè)震臺(tái)站臺(tái)址勘選的相關(guān)要求，并結(jié)合實(shí)際情況，充分考慮了供電、通訊、避雷和臺(tái)站后期管理等條件，所有這些都是為了保證臺(tái)站建成后能長(zhǎng)期穩(wěn)定地產(chǎn)出高質(zhì)量觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。

表2 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣子臺(tái)勘選情況Table 2 Station survey of the seismic array in Shanxi reservoir

4 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣建設(shè)過(guò)程

珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣的建設(shè)規(guī)范主要依據(jù)《地震標(biāo)準(zhǔn)匯編2009（第一冊(cè)）》（中國(guó)地震局，2009）中的相關(guān)要求，并結(jié)合臺(tái)站勘選位置的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，而且充分考慮了后期的業(yè)務(wù)拓展能力。

臺(tái)站主體建筑采用上下圈梁的框架結(jié)構(gòu)，一般按照長(zhǎng)5.0 m、寬3.0 m、高2.5 m 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)部分割為觀(guān)測(cè)擺房和記錄室。墻體采用雙層實(shí)體墻，雙層墻之間使用保溫材料填充，以保證觀(guān)測(cè)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。

觀(guān)測(cè)擺墩一般按照長(zhǎng)1.0 m、寬0.8 m、距室內(nèi)地面高度0.6 m 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在完整的基巖基礎(chǔ)之上，采用C30 水泥混凝土一次性澆筑完成，觀(guān)測(cè)墩四周預(yù)留0.1 m 寬度的隔震槽。

臺(tái)站供電均采用220 V 市電接入，供電線(xiàn)纜接入臺(tái)站前30 m 進(jìn)行鎧裝電纜埋地鋪設(shè)。臺(tái)站通訊方式在經(jīng)過(guò)數(shù)次改造后，目前已實(shí)現(xiàn)所有子臺(tái)之間的光纖通訊。臺(tái)站基本情況見(jiàn)表3。

表3 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣子臺(tái)基本情況Table 3 The basic situation of the seismic array in Shanxi reservoir

圖3 仰山臺(tái)外觀(guān)Fig.3 The appearance of Yangshan station

圖4 珊溪臺(tái)外觀(guān)Fig.4 The appearance of Shanxi station

5 珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣監(jiān)測(cè)能力

珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣的建設(shè)完成，對(duì)提升浙江省地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力發(fā)揮了重要作用，尤其是對(duì)庫(kù)區(qū)的中小地震監(jiān)測(cè)能力有了顯著的提高。對(duì)比2002 年和2014 年2 次水庫(kù)地震震群的記錄可知，得益于地震臺(tái)陣建設(shè)，臺(tái)網(wǎng)記錄到的震群最小完備震級(jí)Mc由2002 年的ML1.5 降至2014 年的ML0.3（汪貞杰等，2019）。在臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力不斷提高的同時(shí)，臺(tái)網(wǎng)的定位能力也得到改善。2002 年監(jiān)測(cè)到的水庫(kù)地震，由于受臺(tái)站密度的限制，定位精度有限，震中的空間分布較離散，未能顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)分布方向；而2014 年震群的定位資料表明，地震空間展布與貫穿庫(kù)區(qū)的雙溪—交溪垟斷裂一致，定位精度顯著提高（圖5）。

圖5 珊溪水庫(kù)庫(kù)區(qū)2002 年、2014 年震群的震中灰色填充區(qū)域?yàn)樯合畮?kù)；三角形為臺(tái)站；紅色圓圈為2014 年震群；藍(lán)色加號(hào)為2002 年震群；灰線(xiàn)為斷層Fig.5 The epicenters of the earthquake swarms in 2002 and 2014 in the Shanxi reservoir region

6 結(jié)束語(yǔ)

自2001 年珊溪水庫(kù)蓄水后，開(kāi)始出現(xiàn)水庫(kù)地震震群活動(dòng)。為滿(mǎn)足水庫(kù)區(qū)域震群監(jiān)測(cè)的需求以及提高對(duì)東南沿海地區(qū)地震活動(dòng)的數(shù)據(jù)分析能力，浙江省地震局在2006 年開(kāi)始建設(shè)珊溪水庫(kù)地震臺(tái)陣，在臺(tái)陣勘選和建設(shè)過(guò)程中充分考慮了當(dāng)?shù)貙?shí)際條件和地質(zhì)環(huán)境，以及后續(xù)觀(guān)測(cè)功能的擴(kuò)展性。臺(tái)陣建設(shè)完成后，庫(kù)區(qū)地震的監(jiān)測(cè)能力以及地震定位數(shù)據(jù)的精度有明顯的提升。對(duì)于區(qū)域性的小震活動(dòng)，小孔徑地震臺(tái)陣可以監(jiān)測(cè)到更加豐富的地震波形信息，這不僅有利于產(chǎn)出更加豐富的震源機(jī)制信息，也有利于獲取更全面的震區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化信息。