中國強震動觀測臺網建設與發展

中國強震動觀測臺網建設與發展

編者按 李小軍研究員長期從事地震工程、工程震動等研究工作，為中國強震動觀測臺網建設做出了突出的成績。

強震動觀測利用儀器測量和記錄地震現象和效應，即地球地表和近地表介質的地震運動以及工程結構反應，其目的是借助于觀測記錄資料研究地震地面運動及工程結構的反應和破損特點與規律，為認識地震過程及進行工程抗震設防與減災提供依據。

1932年美國研制出世界上第1臺強震動觀測儀，即USCGS型加速度儀。1933年在美國南加州地區布設第1批USCGS型加速度儀，同年3月在加州長灘地震中取得世界上第1條地震動加速度記錄，開啟了世界強震動觀測歷史。目前，美國擁有超過2 600個地面強震動觀測臺站和約180個結構反應觀測臺陣（超過3 200個通道）。日本于1952年研制成SMAC型強震動觀測儀，從1953年開始強震動觀測，現在擁有超過5 000套觀測儀的場地和結構強震動觀測臺網，主要是遍布日本的K-NET和KiK-net強震動觀測臺網，其觀測臺站平均間距約25km，K-NET由超過1 000個地面觀測臺站組成，KiK-net由約700個包括地面和對應井下觀測點的臺站組成。伊朗、墨西哥、新西蘭和澳大利亞等國家也建設了較大規模的強震動觀測臺網。

1956年，中國地震工程奠基人劉恢先院士倡議開展強震動觀測工作，1962年在新豐江大壩建設第一個強震動觀測臺站，開啟中國強震動觀測歷史。1966年邢臺地震和1976年唐山大地震后，中國強震動觀測臺網有了一定程度發展，但是至20世紀90年代中期，僅擁有約300個固定臺站（包括結構臺陣）和數十臺強震動儀用于流動觀測。“九五”期間，中國強震動觀測有了較大程度的發展，增設400多個數字強震動觀測臺站，包括固定和流動場地地面臺站、結構觀測臺陣和首都圈地區的地震動強度（烈度）速報臺陣，初步形成數字強震動觀測臺網。而大規模強震動觀測臺網建設是在21世紀初“十五”期間，建設形成覆蓋大陸地區的國家數字強震動臺網，主要包括：在地震活動較強區域布設的1 154個固定自由場臺站，北京、天津、蘭州、烏魯木齊、昆明5個城市地震動強度（烈度）速報臺陣的310個觀測子臺，12個強震動觀測專用臺陣（活斷層影響、地震動衰減、場地和地形影響及典型工程結構等）的319個觀測子臺。2014年國家強震動臺網又建設完成240個觀測臺站，包括首都圈地區和蘭州地區地震預警臺網的240個子臺。近20年來，地方政府和企業也投入資金建設了近1 000個強震動觀測臺站（臺陣子臺），特別是橋梁、水電站、核電站等結構反應觀測臺，充實了國家強震動觀測臺網。

目前，中國大陸強震動觀測臺網的觀測臺站主要集中于24個局部區域和5個大中城市，區域臺站間距25—50km，城市臺站間距5—10km，設有1個國家、4個區域和各省市強震動臺網中心、分中心和省級中心，以實施全國強震動觀測運行和管理。中國強震動臺網在汶川地震時獲得主震記錄約1 400條、余震記錄超過20 000條，此次大范圍臺站記錄豐富了世界強震動記錄資料庫，填補了特大地震近斷層強震動記錄的空白，引起世界關注。另外，中國臺灣地區，1972年開始強震動觀測臺網建設，目前擁有超過1 500臺強震動儀組成的自由場地、井下和結構觀測臺站（臺陣），其中SMART-1（1980）臺陣是世界上最早布設的場地地震動觀測臺陣，在1999年集集7.6級地震及余震時，獲得1萬多條記錄，是國際上首次對同一地震（主余震）獲得如此巨量的強震動記錄。

中國強震動觀測由早期地震地面運動和工程結構反應的觀測與應用，發展到進一步利用強震動臺網開展地震災害速報和地震預警的工作，該工作始于20世紀90年代末，現形成近10個城市的地震烈度速報系統、2個國家層面的區域地震預警系統以及多個針對高速鐵路和輸氣管道的工程地震報警系統、多個針對社會公眾服務的局域性地震預警試驗系統。中國地震局目前正在開展“國家地震烈度速報與預警工程”這一覆蓋全國的重大建設項目的規劃和立項工作，提出了初步建設方案。該項目的建設將進一步推進中國強震動觀測的發展，使得強震動觀測能無空白高密度覆蓋中國大陸地區。

李小軍

2015年8月