猴子巖水電站水庫地震監測系統建設與運行

戴 繪， 朱 永 國， 陳 輝

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

1 猴子巖水電站水庫地震監測系統建設的必要性

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

猴子巖水電站位于青藏高原東南部，川西北強烈隆起區的最南端，地貌以高山和河流地貌為主，為高山峽谷區[5]。工程區在大地構造上屬于松潘―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北側金湯弧形構造帶的西翼，位于川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，區域地質構造和地震地質背景較為復雜。猴子巖大壩屬于典型的高壩，且水庫規模也較大，根據《地震監測管理條例》、《水庫地震監測管理辦法》和《水庫地震監測技術要求》的規定：“壩高100 m以上、庫容5億m3以上的新建水庫，應當建設水庫地震監測臺網，開展水庫地震監測”。此外，國家當前關于防災減災救災方面的新理念從原來的注重災后救助開始向注重災前預防轉移，對地震的預防預測也越來越有必要。為此，猴子巖水電站實施了水庫地震監測系統建設，對庫區及周邊一定范圍內的地震活動進行監測，為電站水庫的安全運行提供保障。

2 猴子巖水電站水庫地震監測系統建設

猴子巖水電站水庫地震監測系統主要由臨時監測系統和永久監測系統組成，主要建設任務包括臨時監測臺網、臨時臺網中心、永久監測臺網及永久臺網中心的建設。猴子巖臨時監測臺網由4個臺站組成，永久監測臺網由7個臺站組成，臨時及永久臺網中心位于成都市內。在統籌兼顧、資源共享、節約成本、便于工作安排的原則上，臨時臺網的臺站均布設在永久臺網的臺站位置，臨時、永久臺網中心也布設在成都市內同一位置。永久的臺網及臺網中心正式運行后，臨時的臺網及臺網中心即停止運行。

2.1 臨時水庫地震監測系統建設

2.1.1 臨時監測臺網建設

猴子巖水電站臨時地震監測臺網的主要任務是在永久地震監測臺網建設完成之前采集蓄水前一年的天然本底地震信息，包括地質活動性、震源性質、介質狀態及與構造的關系等，累積庫區及其臨近區域的地震活動背景資料。猴子巖水電站臨時地震臺網臺站采用CDMA傳輸方式對地震數據進行實時傳輸，臺站監測到的地震信號通過CDMA實時傳輸到臨時臺網中心，通過匯集、處理及存儲形成水庫蓄水前地震資料。當臺站通訊信號中斷無法實時傳輸時，則通過人工采集的方式進行數據采集。臨時監測臺網于2015年7月開始建設，2015年9月底完成建設、安裝、調試等工作，2015年10月開始運行，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 臨時臺網中心建設

臨時臺網中心的主要任務是完成蓄水前一年天然本底地震數據的收集、處理、存儲，形成水庫蓄水前地震資料。臨時臺網中心2015年10月開始投入使用，2016年10月開始由永久臺網中心取代臨時臺網中心投入運行。

2.2 永久水庫地震監測系統建設

2.2.1 永久監測臺網建設

猴子巖水電站永久水庫地震監測臺網的設計目標為重點監視區庫段不漏測ML≥0.5級以上地震，按此要求和可能得到的臺基振動噪聲干擾水平、預測的水庫誘發地震危險區的范圍與分布，臺網的設計規模為7個高增益固定子臺。永久臺網于2015年7月開始建設，2016年5月底完成建設、安裝、調試等工作，2016年6月臺網進行試運行，并于2016年10月正式運行。

2.2.1.1 監測臺網布局

猴子巖水庫地震監測臺網布局主要圍繞大壩、主庫區和有關斷裂展布，7個子臺具體位置如表1及圖2所示。

2.2.1.2 監測區域

表1 猴子巖水庫地震臺網各臺站位置表

猴子巖水庫誘發地震監測臺網重點監視區域包括：壩區附近及壩址中心約10 km范圍；庫區中段和向上游覆蓋到梭坡附近的整個庫段；從庫壩區通過的水子斷裂、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域。臺網所屬子臺較為均勻的布設在這個監視區內，保證在這個區域中有較高的定位精度和較低的震級下限。

2.2.1.3 監測設備技術系統

猴子巖水庫地震臺網各臺站由數據采集單元(含地震計、地震數據采集器、GPS接收器、臺站狀態監視單元等設備)、臺站供電單元、綜合避雷單元、數據傳輸設備等組成，詳見表2。各臺站利用電信CDMA網絡，通過CDMA無線路由器撥號接入電信網絡，臺站用戶在臺網中心通過認證服務器完成用戶認證和IP地址綁定，完成臺站與臺網中心的VPDN專網組建，實現臺站與臺網中心間的數據安全高速的傳輸。臺站技術系統構成與主要設備配置如圖1所示。該技術系統已在多個水庫地震臺網成功運用，是較為成熟的技術系統。

表2 猴子巖地震臺網各臺站主要設備配置表

圖1 臺站技術系統構成與主要設備配置

2.2.1.4 臺網監測能力

臺網布局確定之后，臺網的地震監測能力主要受限于臺址的地背景噪聲，當有四個以上的子臺監測到P波振幅大于干擾背景4倍(12db)時，則確定為可定位地震。根據測定的地動噪聲水平，再結合MAPSIS專用程序進行計算，得到猴子巖水庫地震臺網的監測能力如圖2所示。從圖中可以對比看出，臺網的監測能力下限為ML0.5級，達到了設計規范要求。地震臺網在遠震或臺網監測范圍內發生MS5.0級以下地震時，可得到完整可用的記錄，但網內、網緣震級超過MS5.0級時，測定地震需要與外圍的國家臺網相銜接(進行網間實時地震信息交換)來實現聯合定位，確定地震的時間、空間、強度三要素，并通過臺網強震監測系統來獲取完整的地震波形數據。

圖2 猴子巖水庫地震臺網監測能力圖

2.2.2 永久臺網中心建設

臺網中心位于成都市區內，其位置及辦公條件滿足日常地震監測工作需要，于2016年10月取代臨時臺網中心開始投入運行。地震臺站數據通過CDMA、VPDN專網傳輸到臺網中心，外部連接通過路由器和防火墻后進入局域網，經交換機將各服務器和各種設備連接在一起，組成以太局域網。

臺網中心系統的主要功能是進行數據收集、檢查、存儲與處理，由數據接收、數據記錄、數據處理、專用供電等設備組成。網絡管理中心最終完成地震監測，獲取的數據信息進入臺網中心數據服務器，該數據服務器再把記錄到的地震數據和地震事件通過局部網絡傳輸到人機交互系統、地震編目系統、數據備份系統以及數據庫；專業分析人員對這些數據進行日常分析處理，對水庫誘發地震趨勢性進行預測研究；臺網運行產出的資料按照要求進行記錄，并刻錄成光盤進行永久保存；每天的數據經過人機交互系統完成地震目錄數據、觀測數據、事件文件信息的備份。

3 猴子巖水電站水庫地震監測系統運行

臨時水庫地震監測系統運行期為2015年10月～2016年9月，永久水庫地震監測系統于2016年10月取代臨時系統并正式運行。臨時與永久水庫地震監測系統運行期間穩定可靠，各項指標均滿足相關技術規范及設計要求。2015年10月～2018年2月期間，臺網監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級的地震3 326次，ML≥2.0級的地震87次，ML3.0級以上地震發生較少，共計10次。期間最大震級為ML4.5級，發生在2018年2月22日08時10分49.4秒，震中位于四川省道孚縣境內，震源深度4 km，距猴子巖大壩44.3 km，此次地震事件對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。

此外，基于水庫地震監測系統得到的基本地震資料，先后對庫區及周邊天然本底地震活動特征、蓄水前后地震活動性差異、地震活動趨勢及預測等方面進行了系統研究，并取得一些有價值的結論。通過有效的監測、分析及預測，猴子巖水電站水庫地震監測系統可以為政府和企業提供重要的防震減災決策依據，提高了庫壩區的防震減災能力。

4 結 語

(1)猴子巖水電站工程屬于典型的高壩大庫，區域地質構造和地震地質背景較復雜，結合國家當前防災減災救災理念由注重災后救助向注重災前預防轉變的形勢，猴子巖水電站實施水庫地震監測系統建設具有重要的現實意義。

(2)猴子巖水庫地震監測系統由臨時監測系統和永久監測系統組成。臨時監測系統由4個臺站和臨時臺網中心組成，于2015年7月開始建設，運行期為2015年10月～2016年9月，主要任務是收集蓄水前一年天然本底地震信息；永久監測系統由7個臺站和永久臺網中心組成，各臺站設備主要包括數據采集單元、供電單元、綜合避雷單元及數據傳輸設備等，監測能力下限為ML0.5級，臺網于2015年7月開始建設，2016年10月取代臨時系統正式運行，主要任務是收集蓄水后的地震信息。

(3)猴子巖水庫地震監測系統運行期間穩定可靠，各項指標均滿足相關技術規范及設計要求。2015年10月～2018年2月期間，臺網監測范圍內共記錄到地震事件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。臺網監測范圍內的地震總體震源深度較淺，屬于淺源地震，監測到的最大地震震級為ML4.5級，震源深度為4 km，距猴子巖大壩44.3 km，對大壩安全性影響較小。