大橋水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)

張正偉,王登偉,楊洪剛

(四川省地震局，四川 西昌 615022)

四川省涼山州大橋水庫所在地區(qū)是一個天然構造地震活動性較高的區(qū)域，其地震地質(zhì)條件相當復雜。大橋水庫庫區(qū)周圍分布著若干個震級上限較高的潛在震源區(qū)，尤其是震級上限為7.0級的田灣—冕寧潛在震源區(qū)緊靠大橋水庫壩址，對大橋水庫的安全威脅很大(杜瑤，2014)。大橋水庫地震監(jiān)測系統(tǒng)為電站工程專用小孔徑密集型地震監(jiān)測臺網(wǎng)，重點監(jiān)測庫壩區(qū)特別是可能誘發(fā)地震庫段的地震活動情況，為提高庫壩區(qū)的防震減災能力提供科學的決策依據(jù)。

1 大橋水庫庫區(qū)地質(zhì)概況

大橋水庫庫區(qū)所在地區(qū)的地震地質(zhì)條件相當復雜，庫壩區(qū)及其周圍的巖石為晉寧、海西、印支、燕山等幾個時期的侵入巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，破碎帶寬，滲水性能好。巖性條件亦有利于庫水沿斷層裂隙滲透，為誘發(fā)地震提供條件。活動性高的安寧河西支斷裂縱貫整個水庫所在區(qū)域(楊曉源，1999)。安寧河斷裂是一條由相距4～8 km的幾乎平行的東西兩支大斷裂組成，東支斷裂是一條全新世活動斷裂，是“川滇菱形塊體”的邊界斷裂，歷史上曾多次發(fā)生中強以上地震，從壩址以東穿過，距壩址距離僅1.2 km。西支斷裂總長約200 km，于壩址西側500 m處穿過，縱貫整個庫區(qū)。有數(shù)十條斷層縱橫交錯于庫區(qū)及周圍，有相當部分斷裂將在蓄水后被淹沒。上述巖性、構造及水文地質(zhì)特性為水庫誘發(fā)地震的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利的條件(韓進等，2006)。

2 大橋水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)系統(tǒng)概況

大橋水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)以冕寧縣大橋水庫為中心向四面展開，主要沿安寧河斷裂展布，同時兼顧南面，子臺分布在102°05′E～102°32′E，28°24′N～28°53′N地區(qū)。構成南北長23 km，東西寬22 km的微小地震監(jiān)測網(wǎng)。大橋水庫專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)由數(shù)據(jù)處理中心和4個數(shù)字測震臺組成，布設有擦拉臺、沙壩臺、黃家壩臺、勒帕臺4個地震臺，組成小孔徑測震臺網(wǎng)，臺站以安裝周期1 s的地震計為主，放大倍率為10萬。臺網(wǎng)目前能達到的監(jiān)測能力為：(1)對庫壩區(qū)、潛在誘發(fā)地震庫段的監(jiān)測能力不小于ML0.5級地震，定位精度可達到1類；(2)對網(wǎng)內(nèi)地區(qū)的地震，可監(jiān)測到ML≥1.0地震，定位精度可以達到1類；(3)對臺網(wǎng)邊緣地區(qū)的地震，可監(jiān)測到ML≥2.0級地震，定位精度可達到2類。

3 監(jiān)測臺系統(tǒng)

CDMA傳輸臺站由地震計、數(shù)據(jù)采集器、CDMA路由器、充電控制穩(wěn)壓器、太陽能板、避雷器及蓄電池組成(見圖1)。監(jiān)測臺站有1個臺站采用寬頻帶地震計，其余3個臺站采用短周期地震計。全部采用24位以太網(wǎng)絡口數(shù)據(jù)采集服務器，使臺站具備寬頻帶、大動態(tài)的地震觀測能力，配以CDMA1x網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，實現(xiàn)了IP到儀器，網(wǎng)絡到臺站的目標。采用CDMA方式傳輸?shù)母髋_站均有CDMA 3G無線網(wǎng)絡覆蓋，臺站信號強度大于等于19 dBm，網(wǎng)絡平均速率滿足傳輸要求。臺站利用電信CDMA網(wǎng)絡，通過CDMA路由器撥號接入。為確保數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，監(jiān)測中心通過SDH專線接入電信數(shù)據(jù)機房，臺站監(jiān)測中心通過認證服務器完成用戶認證和IP地址綁定，完成臺站與中心的VPDN專網(wǎng)組建，實現(xiàn)臺站與監(jiān)測中心間的數(shù)據(jù)安全傳輸，有利于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性，有利于確保系統(tǒng)的運行率(景晟等，2014)。

4 監(jiān)測中心系統(tǒng)

監(jiān)測中心采用基于數(shù)據(jù)庫和分布式網(wǎng)絡環(huán)境的Jopens系統(tǒng)，進行地震觀測數(shù)據(jù)接收、存儲、交換和實時處理、交互分析、速報、編目、歸檔等一系列工作，數(shù)據(jù)產(chǎn)出統(tǒng)一、規(guī)范，其網(wǎng)絡拓撲圖見圖2。臺網(wǎng)中心實時監(jiān)控、人機交互相結合處理地震事件，對滿足觸發(fā)條件的事件能在規(guī)定時間內(nèi)快速測定地震三要素，實現(xiàn)了人機結合地震速報和分析處理。監(jiān)測中心數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用專用數(shù)據(jù)流服務器，可以通過授權和配置流服務器使臺網(wǎng)中心共享非本地臺網(wǎng)的其他地震臺數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源共享、組網(wǎng)靈活，擴大本地中心的地震監(jiān)測能力。監(jiān)測中心采用與區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)獨立而兼容的技術系統(tǒng)，主要處理水庫誘發(fā)地震微震觀測和強震觀測獲取的數(shù)據(jù)信息，完成實時數(shù)據(jù)接收處理、脫機處理、數(shù)據(jù)交換、檢查、存儲連續(xù)波形數(shù)據(jù)和人機交互處理。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)及交互處理均采用雙機熱備份工作方式，把記錄的地震數(shù)據(jù)和地震事件通過局域網(wǎng)傳輸?shù)街寥藱C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。系統(tǒng)運行產(chǎn)出的資料進行記錄并刻錄成光盤作為永久性保存。實時數(shù)據(jù)經(jīng)過人機交互系統(tǒng)產(chǎn)出地震目錄、觀測數(shù)據(jù)、事件文件備份數(shù)據(jù)。完成庫壩區(qū)、潛在誘發(fā)地震庫段的范圍內(nèi)地震監(jiān)測能力達到ML0.5級的地震基本數(shù)據(jù)的存儲管理，產(chǎn)出符合要求的地震目錄和觀測報告，以地震信息網(wǎng)絡為平臺進行地震信息發(fā)布，提供數(shù)據(jù)共享和交換服務，能為有關部門和社會公眾提供多種數(shù)據(jù)服務。

圖1 監(jiān)測臺站示意圖

圖2 監(jiān)測中心網(wǎng)絡拓撲圖示意圖

5 臺網(wǎng)工作情況

圖3 大橋水庫監(jiān)測區(qū)域logN—M圖

在大橋水庫監(jiān)測區(qū)域(28°30′N～28°54′N，101°54′E～102°30′E)，試運行與考核運行期間，記錄到0.1～4.0級地震229次，擬合logN-M直線，得：logN=2.6203-0.6432M。該直線用實線繪于圖3中(圖中數(shù)據(jù)為：a=2.6203，b=0.6432，R=-0.9889，震級M范圍0.0～4.0)，實線旁的小圓點為實測統(tǒng)計值，可見當ML≥0.5級時，實測值以直線為軸心分散在其兩側，而ML<0.5級時，實測數(shù)明顯低于擬合直線。不難驗證ML0.5級為擬合直線的符合較好的低震級點。大橋水庫地震監(jiān)測臺網(wǎng)記錄的2016年1月19日02時20分四川石棉ML1.3地震，波形圖見圖4。地震監(jiān)測系統(tǒng)2016年1月至2016年12月運行期間共記錄了地震352次，其中單臺地震46次,定位地震306次,在定位地震事件中：0.0～0.9級的地震141次，1.0～1.9級地震144次，2.0～2.9級地震58次，3.0～3.9級地震7次，4.0～4.9級地震1次，5.0～5.9級地震1次，震中分布圖見圖5。

圖4 地震波形圖

圖5 震中分布圖

6 結論

監(jiān)測中心采用了最新的信息技術，充分利用網(wǎng)絡資源，使臺網(wǎng)數(shù)據(jù)共享、虛擬組網(wǎng)、擴展臺網(wǎng)監(jiān)控能力成為現(xiàn)實。監(jiān)測處理中心與數(shù)字地震臺實現(xiàn)了雙向數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了臺站的數(shù)據(jù)傳輸、下載和臺站設備維護。隨著CDMA無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡速率的提高，還可以增加對臺站工作環(huán)境和臺站設備工作狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)。使臺站運行情況得到實時監(jiān)控，可以有效提高臺網(wǎng)運行率和臺站安全保障。大橋水庫地震專用監(jiān)測臺網(wǎng)進一步形成了數(shù)據(jù)資源共享、信息交換聯(lián)動的有利機制，將全面提升區(qū)域監(jiān)測能力，對安寧河下游區(qū)域潛在震源區(qū)監(jiān)測下限能力延伸，為地震監(jiān)測預報分析提供可靠的技術數(shù)據(jù)支撐，為提高區(qū)域內(nèi)的防震減災能力提供科學的決策依據(jù)。