宿遷數字測震臺網建設效益分析

張榮杉，馮 武，彭 澎

（宿遷地震臺，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

宿遷市位于郯廬斷裂帶中段，昌邑—大店斷裂（F1）、白芬子—浮來山斷裂（F2）、沂水—湯頭斷裂（F3）、鄌郚—葛溝斷裂（F4）和安丘—莒縣斷裂（F5）等五條斷裂帶[1]經過宿遷或在宿遷市附近（圖1），地質條件復雜。郯廬斷裂帶中段歷史上共記載到破壞性地震100余次，最高震級達8 ?級。宿遷數字測震臺網的建設對監測郯廬斷裂帶中段的地震活動情況有重要作用，對宿遷市及郯廬斷裂帶中段的地震預報研究和防震減災工作具有重要的意義。

宿遷市成立于1996年，是江蘇省最年輕的城市，近年宿遷經濟建設取得了巨大成就，目前全市（三縣兩區）擁有常住人口480多萬，城鎮常住人口280多萬。一旦發生破壞性地震將對國民經濟與社會安定產生巨大影響。

1 宿遷市數字臺網建設內容

1.1 臺站建設

“十三五”前宿遷市范圍內只有省屬宿遷地震臺，無法滿足日常防震減災工作要求。為滿足宿遷防震減災工作要求，宿遷市政府積極建設宿遷防災減災工程，其中數字化測震臺網建設是防災減災項目的重點工程。宿遷市數字測震臺網中心于2014年8月開始建設，目前已形成布局基本合理，響應迅速的數字化測震臺網，提高了宿遷市的地震監測能力和地震速報能力。

臺網建設應充分考慮臺網的整體布局，盡可能使臺站在區域內均勻分布，以保證大震速報的質量。為此，“十三五”期間，宿遷市地震局在宿遷市下轄的沭陽、泗陽、泗洪三縣建立了三個數字化測震臺，加上市轄區內的省屬宿遷地震臺，宿遷市轄區內共4個地震臺，各臺站之間距離保持在70km左右。為滿足地震高精定位的要求，在江蘇省地震局的指導、幫助下，從江蘇省地震局臺網中心接入宿遷市周邊的徐州、新沂、淮安、灌云、贛榆、邳州6個臺站的測震數據，臺站間距40～70km，形成由10個臺站組成的宿遷市數字化測震臺網，基本形成了布局合理的數字測震臺網（圖1）。

1.2 臺站技術系統構成

圖1 宿遷市測震臺網臺站分布圖Fig.1 The distribution map of the Suqian Digital Seismic Network

圖2 宿遷測震臺網技術系統構成Fig.2 Technical system composition of the Suqian Digital Seismic Network

宿遷數字測震臺網中心由測震臺站、數據傳輸、數據處理、數據報送、數據庫服務網絡監控等系統構成（圖2）。泗洪、泗陽、沭陽三個市屬臺站的數據直接傳到宿遷測震臺網服務器，徐州、新沂、邳州、宿遷、贛榆、灌云、淮安七個臺站的數據通過省局流服務器將數據轉發至宿遷測震臺網服務器。通過JOpens系統處理日常數據，并將地震編目結果上傳至省局編目數據庫，通過EQIM系統將地震速報信息實時上傳至省局EQIM服務器，通過TraceView系統檢測地震事件（包括人工地震），并發出警報，提醒值班人員快速處理地震事件。江蘇省測震臺網中心對宿遷數字測震臺網的日常工作進行考核、評比，包括數據連續率、地震編目質量、日常運維等。

2 臺網監測能力分析

2.1 臺網早期監測能力

“十三五”之前，宿遷市范圍內只有省屬宿遷地震臺，單個臺站無法對地震準確定位，宿遷市對于轄區內發生的地震完全依靠江蘇省地震局提供震情信息，震情信息獲知晚，應急反應慢，沒有形成獨立、快速、高效的地震速報及地震應急體系。為了提高宿遷地震監測水平和定位精度，需要增加臺站數量，完善臺網布局。

2.2 測震臺址背景噪聲計算

臺站監測能力受到臺基背景噪聲的限制，對于一定大小的地震，只有當震中距在一定范圍內時，地震波到達臺站時的振幅才能高出臺基背景噪聲，并被臺站的觀測儀器記錄下來[2]。1～20Hz的短周期頻段是地震波能量分布較為集中的頻段，是觀測地方震和震中距較小的近震的重要頻段。GB／T 19531.1—2004《地震臺站觀測環境技術要求第1部分：測震》根據1～20Hz頻段的地噪聲水平將環境地噪聲水平分為5級：

①Ⅰ級環境地噪聲水平：

RMS＜3.16×10-8m/s

②Ⅱ級環境地噪聲水平：

3.16×10-8m/s≤RMS≤1.00×10-7m/s

③Ⅲ級環境地噪聲水平：

1.00×10-7m/s≤RMS≤3.16×10-7m/s

④Ⅳ級環境地噪聲水平：

3.16×10-7m/s≤RMS≤1.00×10-6m/s

⑤Ⅴ級環境地噪聲水平：

1.00×10-6m/s≤RMS≤3.16×10-6m/s

宿遷市測震臺網10個臺站經計算得出每個臺址背景噪聲地動有效速度值（RMS）（表1），10個臺站均在Ⅱ級以上,其中Ⅰ類臺基5個，Ⅱ類臺基5個，基本滿足測震觀測技術規范關于環境噪聲方面的要求。

2.3 宿遷測震臺網監測能力

臺網監測能力指臺網監測本地微小地震并能夠進行定位的能力，監測能力的強弱，主要取決于臺網密度、方位分布以及監測地震震級的大小等[3]。測定地方性震級ML應使仿真成短周期地震儀兩水平向記錄S波的最大振幅，計算方法見公式（1）：

表1 宿遷市測震臺網臺站參數

式中，A=（AN，AE）/2，單位為微米（μm）；AN南北向S波最大振幅，單位為微米（μm）; AE為東西向S波最大振幅，單位為微米（μm）; Δ為震中距，單位為千米（km）；R（Δ）為地方性震級的量規函數。

根據式（1）計算地震監測理論值，關鍵在于合理選擇AN，AE。關于AN，AE的選擇，短、長均值法（STA/LTA）是一種常用的方法，當STA大于LTA的k倍以上時，可認為檢測到一個可能的地震。將STA/LTA值視為初動震相波形有效值與臺基噪聲有效值之比。當k取2～3時，P波震相清晰可辨認。S波振幅約是P波的2～3倍。本文設定S波的最大幅度為臺站臺基背景噪聲的6倍[4]。根據公式（1）計算，得出宿遷測震臺網各測震臺站地震監測能力理論值（表2）。

臺網的監測能力實際上是臺網所屬臺站中任意4個臺站監測能力交集的集合，通過計算，宿遷市測震臺網監測能力見圖3。

目前宿遷測震臺網基本能夠監測全市范圍內M1.5，鄰區M2.0地震，并能在3分鐘內獲取地震三要素信息，通過信息平臺將震情信息通知相關人員，基本滿足宿遷市防震減災工作要求。

表2 宿遷市測震臺網各臺站監測能力(單位：M)

圖3 宿遷市測震臺網監測能力圖Fig.3 Earthquake-monitoring map of Suqian Digital Seismic Network

3 臺網數據產出

值班人員通過MSDP軟件分析處理當天記錄到的地震事件，達到江蘇省地震局速報要求的地震事件在規定事件內通過EQIM地震速報平臺發送至江蘇省地震局服務器，并通過短信平臺將地震信息報送相關領導。每月對監測到的地震事件進行常規分析處理，編輯地震月報，產出數據供日常分析和編目工作使用。

4 臺網建設效益分析

“十三五”期間，宿遷測震臺網從無到有，地震監測工作邁上了一個新臺階，基本上形成了臺站布局合理，震情反應迅速的數字化測震臺網，對宿遷市防災減災工作起到了重要作用。

4.1 臺網監測的社會效益

（1）臺網的地震監測能力得到明顯提高，地震速報能力提升。目前臺網的監測能力在全市范圍內可達M1.5級，鄰區地震M2.0級。“十三五”前宿遷市震情信息主要來自于江蘇省地震局，宿遷市測震臺網投入運行后，能夠在3分鐘內獲取地震三要素（時間、震中、震級）數據，為快速啟動地震應急預案，指揮部署防災減災工作贏得寶貴時間。

（2）建成后的測震臺網將產出豐富的測震學數據，為地震預警、地震預報等學科的研究提供基礎資料。

4.2 服務工程的經濟效益

建成后的宿遷市測震臺網提供了更多地下動力學、地震活動性等更豐富的信息和資料，為地震預報等基礎科學研究提供資源。同時減輕地震災害的經濟損失獲得經濟效益。臺網產出的大量基礎數據可應用于工程地震，為重要工程確定科學合理的抗震設防標準，服務于國民經濟建設。

5 結束語

宿遷市數字測震臺網項目的建設完成，開啟了宿遷市地震監測數字化時代，不僅擁有市轄區內的4個臺站，還通過江蘇省地震局共享周邊6個臺站的數據。測震臺網中心匯集了數據處理、數據分析、數據報送、數據監控等功能，構建了宿遷市地震監測系統。基本滿足宿遷市地震速報和防震減災工作的需求，為地震預警、地球科學研究、國家經濟建設和公眾服務提供更加豐富的數據。通過本項目的工作，培育出了一只具有工程建設、工程管理、系統管理維護水平高、專業技能強的專業人才隊伍，為今后宿遷市地震預警工程建設打下了堅實基礎。