德興礦震監測臺網技術系統設計

肖孟仁 周大為 陳浩 危小榮

摘 ?要：文章闡明了德興礦震監測臺網建設的必要性，圍繞德興礦震監測和研究需求，按照合理布局、有效監控的原則，設置了6個流動測點，與區域地震臺網4個固定站點形成了德興礦震監測臺網規模，按照實時監測的要求搭建了監測臺網技術系統，實現了對德興礦區的有效監控。由噪聲實測值數據計算了監測臺網理論監控能力，數據顯示監控核心區監控能力在ML1.0級以上。德興礦震監測臺網累積的基礎監測數據，將為開展礦震研究奠定堅實基礎。

關鍵詞：礦震臺網;系統設計;監控能力;基礎數據

中圖分類號：P315.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）20-0085-04

Abstract： This paper expounds the necessity of the construction of Dexing mine earthquake monitoring network， centering on the needs of Dexing mine earthquake monitoring and research， and according to the principle of rational layout and effective monitoring， 6 mobile measuring points are set up. The scale of the Dexing mine earthquake monitoring network is formed with the 4 fixed stations of the regional earthquake network. According to the requirements of real-time monitoring， the monitoring network technical system is built， and the effective monitoring of Dexing mining area is realized. The theoretical monitoring capability of the monitoring network is calculated from the measured noise data， and the data show that the monitoring capability of the monitoring core area is above the ML1.0 level. The basic monitoring data accumulated by the Dexing mine earthquake monitoring network will lay a solid foundation for the study of mine earthquakes.

Keywords： mine earthquake network; system design; monitoring capability; basic data

引言

德興礦藏資源豐富，其境內的德興銅礦是亞洲最大、中國第一的露天銅礦，礦區總面積超37平方公里。近年來隨著礦產資源的不斷開發，德興地區礦震頻發，其活動水平已處于贛東北較為突出的程度，對德興市經濟社會發展和人民生命財產安全構成較大威脅。因此，礦震災害越來越受到各級政府和應急管理系統的重視，并加大了對礦震的監測研究工作。但由于礦震震級較小，現有區域地震臺網監控存在盲區，利用現有固定臺站記錄礦震的發生地點、震級均有誤差較大，再者由于礦震普遍具有發震地點集中、震級較小的特點，因此，建設一個可靠的礦震監測臺網對德興區域進行有效地監控顯得十分迫切。

1 建設目標與指標

1.1 建設目標

通過項目實施，建設覆蓋德興銅礦主要開采區和其他核心區的地震監測臺網，以便捕捉礦區小震活動和開展礦震研究、地震工程應用。監測臺網建設后，將有效監控德興銅礦礦區小震活動情況，具備地震參數和災情速報能力，為震后應急救援和科學決策提供依據，提升應急響應能力。

1.2 建設指標

當礦區有感事件發生后，通過地震監測臺網系統，將地震波信息通過實時通信網絡系統，傳輸到地震臺網中心，經實時處理系統的自動化處理，在震后通過通信網絡1-3分鐘內發布地震速報信息，震后1-24小時將發布震源過程的分析結果。

2 建設規模與產品選型原則

2.1 建設規模

項目將建設1個地震臺網中心系統和6個流動子臺觀測系統。

（1）在德興境內，初選6個流動監測點，形成覆蓋市區和核心礦區、平均臺站間距小于5公里的地震監測臺網。

（2）新建1個地震臺網中心，具備數據匯集、數據處理、信息快速發布的能力。

（3）與省、市地震監測網絡實時對接，初步形成面向政府、新聞媒體的地震速報網絡。

2.2 產品選型原則

系統配置及軟硬件選型需遵從的原則很多，但依據本項目的特點，首先應考慮以下基本原則：

（1）實用性原則：首先要滿足地震觀測的需要，考慮到近場容易限幅的實際，可適當配置強震動觀測儀。

（2）穩定性原則：整個系統的穩定性是一個必須重視的問題，連續、可靠的資料產出是地震實時監測的基本條件。

（3）先進性原則：配置的設備性能要體現先進的技術指標或參數，保證整個系統的高起點。

（4）易擴充擴展性原則：隨著科學技術的不斷發展，該系統配置應容易在規模和性能方面進行擴充和擴展。

（5）易維護性原則：系統維護方便、簡單。

3 建設場址選擇

地震臺網中心設在德興市內，6個流動子臺將覆蓋市區和銅礦核心開采區。

（1）地震臺網中心建設場址在市行政中心，主要建設內容包括：工作環境改造、網絡通信平臺建設、數據流匯集平臺建設、基礎數據庫平臺建設、處理響應平臺建設、系統監控平臺建設、公共服務平臺建設等。

（2）流動子臺場址位置選擇要求：

a.均勻分布在市區及礦區周邊，并結合地震地質構造條件和現場環境作適當調整。

b.場址應避開局部地形變化大的地點，如小山梁、河谷等。

c.場址與高大建筑物之間的距離應大于建筑物的高度和長度。

d.應選擇背景噪聲較小的地點，避開有振動源、高大建筑、重要交通要道等設施。

e.應選擇有穩定的交流電源、交通方便、具備較好通訊條件的地點布設。

4 建設方案

4.1 系統構成與數據流程

4.1.1 系統構成

德興礦震監測臺網由6套流動地震儀，輔于4個區域固定臺站和1個地震臺網中心系統構成，其技術系統應具有便攜性和組網方便等特點。流動臺網實時監測數據并入江西省地震臺網，實現與省級地震臺網數據共享和交換功能，協同完成監測任務。地震臺網中心具備數據流匯集、實時數據入庫、地震快速處理響應、子臺系統監控、媒體公共服務等功能。

4.1.2 數據流程

流動子臺數據流利用公用電信網絡傳輸實時觀測數據首先傳至省級地震臺網中心，德興地震臺網中心再通過互聯網絡從省級地震臺網中實時下載數據。其數據流程如圖1所示。

德興地震臺網中心應建設到省地震臺網中心的網絡鏈路，將匯集的流動臺站信號傳輸到省地震臺網中心。根據現場情況可選擇采用SDH、ADSL、3G、CDMA、GPRS等公共電信網絡方式，建設時應考慮配備多種通信設備，以應對地震現場的復雜通信條件。

總體網絡鏈路如圖2所示，總體數據流程如圖3所示。

4.2 流動子臺

4.2.1 系統構成

應急流動臺技術系統主要由寬頻帶/短周期地震計、數據采集器、通信傳輸系統和供電系統組成。

按照傳感器類型可分為寬頻帶數字流動觀測系統和短周期數字流動觀測系統兩類。若為了更好地記錄強震動數據，可采用6通道數據采集器，增配加速度計。

短周期/寬頻帶流動臺技術系統構成如圖4所示：

4.2.2 通信傳輸系統

通信傳輸系統的主要功能是實現流動子臺與流動中心或區域臺網中心之間觀測數據的實時傳輸，通常采用無線傳輸模式。

流動子臺傳輸采用公用電信網絡實現數據傳輸。在公用電信網絡（包括SDH、ADSL、3G、CDMA、GPRS等）傳輸質量滿足要求時優先采用此種組網方式進行傳輸，當公用電信網絡不具備時，可自組網絡。自組網絡可根據傳輸條件（包括傳輸路由、傳輸距離等）采用本地直傳、擴頻微波、超短波、無線寬帶等方式。

流動子臺實時觀測數據采用無線或有線（光纖）等公網模式，首先傳至江西省地震臺網中心，德興地震臺網中心通過互聯網絡從江西省地震臺網中實時下載臺站觀測數據，實現實時數據的匯集與處理。

4.2.3 供電系統

流動子臺采用市電+充電控制電源+蓄電池供電模式;此模式主要應用于具備市電供給的觀測點，平時以充電控制電源為主要供電設備，蓄電池作為后備電源，以備市電中斷的情況下保證觀測系統正常運行。

采用市電+充電控制電源+蓄電池供電模式的系統連接如圖7所示。

4.3 地震臺網中心

地震臺網中心具有數據傳輸、數據匯集、數據展示、數據處理、數據存檔和數據交換功能，并能實時和準實時向指揮部提供觀測結果數據的能力。

地震臺網中心技術系統主要由網絡設備、服務器、便攜式電腦、工作站等設備組成。中心供電系統采用交流電加長延時UPS方式，UPS電池組提供2小時以上冗余電力供應，實際野外工作也可以根據具體情況配用電池組。另外配置發電機作為備用供電方式，用來在沒有交流電接入時保證流動臺網中心系統的正常運轉。

流動中心技術系統構成如圖8所示：

5 監控能力理論值分析

地震臺網監控能力通常是指對微小地震的監測能力，其主要取決地震計的響應靈敏度、觀測動態范圍和臺基噪聲水平。德興地震臺網監控范圍為德興市區和礦區核心區，為了達到這一目的，我們在靠近市中心和礦區核心區選址建設6個流動子臺，輔于區域臺網4個固定地震臺站（上饒臺、三清山臺、景德鎮臺、余干臺），由臺基噪聲實測值計算地震臺網監控能力，從圖9可以看出德興地震監測臺網監控能力ML1.0級覆蓋核心區，德興全市地震監控能力達ML1.5級），較好地覆蓋了全市范圍。

6 結束語

德興礦區微震監測臺網采用流動測點與固定站點相結合的方式，利用公用通信網絡搭建了實時監測臺網技術系統，由臺基噪聲實測值驗算了臺網理論監控能力，德興市區及礦區核心區監控能力達到ML1.0級，德興全市實現了ML1.5全覆蓋。需要說明的是，在地震監控能力計算時，對相關設定條件和地動噪聲實測值存在一定差異，同時還受觀測環境和人為干擾因素的影響，加上地震計的觀測動態影響，因此臺網監控能力理論值只能粗略地反映地震臺網監測范圍，與實際監測效果還略有差異。

德興監測臺網的建設在一定程度上彌補了江西省區域地震監測臺網密度的不足，德興監測臺網將為開展礦震監測預報和地球物理科學研究提供基礎數據，尤其在礦震監測預警上積累震例和經驗，將為下一步做好礦震預報研究奠定堅實基礎。

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