珊溪水庫地震臺陣建設

尹晶飛 張 明 汪貞杰 沈 鈺

（中國杭州 310013 浙江省地震局）

0 引言

地震臺陣的建設最初是為探測地下核試驗產生的地震波信號，隨著地震觀測技術的發展，地震臺陣的主要任務也逐漸發生了變化。運用地震臺陣觀測系統和臺陣數據處理技術，可以進行區域和地方性的地震活動性研究（郝春月等，2007）。地震臺陣具有抑制地面噪聲、提高信噪比的特點，以及比單臺更強的地震監測能力（郝春月等，2007）。

地震臺陣是在與所觀測地震波波長相當的孔徑范圍內，按照一定的幾何規則布設若干地震計的地震觀測系統。目前，一般按照孔徑將地震臺陣分為大孔徑臺陣、中等孔徑臺陣、小孔徑臺陣。大孔徑臺陣孔徑一般為100—200 km，如美國的蒙大拿臺陣（Douglas，2002）；中等孔徑臺陣孔徑一般為20 km 左右，如英國的EKA 臺陣；小孔徑地震臺陣孔徑一般為3—5 km，如上海地震臺陣（朱元清等，2002）。地震臺陣常見的的布局有環形臺陣、正交臺陣、“L”型臺陣和組合型臺陣等。本文主要介紹浙江省珊溪水庫地震臺陣建設過程及其在2014 年珊溪水庫地震震群監測中所發揮的作用。

1 珊溪水庫地震臺陣概況

珊溪水庫位于浙江省溫州市飛云江干流上游河段，于2001 年12 月竣工，蓄水水位約為133 m，2002 年、2006 年庫區分別發生過最大震級ML3.9、ML4.6 的水庫地震震群（鐘羽云等，2011）。為了提高珊溪水庫區域內的地震監測能力，同時提升對臺灣地區地震事件的數據分析精度，2006 年至2007 年浙江省地震局完成了珊溪水庫地震監測臺陣的建設。該臺陣為環形臺陣，共有7 個子臺，平均臺間距約為6.5 km（圖1）。臺陣中配備的地震監測設備為北京港震科技股份有限公司生產的地震計和數據采集器，各個子臺間依靠通信光纜進行數據傳輸（表1）。

圖1 珊溪水庫地震臺陣子臺分布（基于谷歌地球2019 年12 月圖層繪制）Fig.1 Distribution of the seismic array in Shanxi reservoir（drawn based on Google Earth，2019.12）

表1 珊溪水庫地震臺陣子臺概況Table 1 Overview of the seismic array in Shanxi reservoir

2 珊溪水庫地質構造

珊溪水庫地震臺陣所處位置在地質構造上隸屬于浙東南褶皺帶次級構造單元溫州—臨海坳陷帶南部的泰順—青田斷坳（馬志江等，2016）。水庫基底為前震旦系變質巖，總體呈NE 向，固結程度高，周邊的巖性主要為侏羅紀上統火山碎屑巖和白堊紀下統的河湖相沉積巖。新近紀以來，珊溪水庫庫區的構造運動主要表現為大面積間歇性升降，庫區內沒有大規模的區域性斷層，但次級斷層較發育（圖2）。整個臺陣覆蓋地區的構造以NE 向壓扭性、NW 向張扭性斷裂構造為主，其次為EW 向和NS 向（朱新運等，2010）。目前，已發現庫區內有14 條斷裂，NE 向斷裂帶內擠壓構造透鏡體、劈理發育，斷層形成于前中生代。NW 向斷裂帶內擠壓構造透鏡體、斷層泥及片理發育，斷層形成于燕山晚期。

圖2 珊溪水庫地質構造（來源于浙江省地震局信息中心）Fig.2 The geological structure of Shanxi reservoir(refer from Zhejiang Earthquake Agency Information Center)

3 珊溪水庫地震臺陣勘選過程

在野外勘選之前，根據建設區域的自然條件以及臺陣的形狀特征，初步確定各個子臺的大致位置，再結合前期該區域內的流動臺站觀測數據進行分析，盡可能選擇地質結構穩定、人為干擾較少的地區進行實地勘察。

臺站勘選工作中主要參考《中國數字地震觀測網絡技術規程》（中國地震局，2005）和《地震標準匯編2009（第一冊）》（中國地震局，2009）中對測震臺站臺址勘選的相關要求，并結合實際情況，充分考慮了供電、通訊、避雷和臺站后期管理等條件，所有這些都是為了保證臺站建成后能長期穩定地產出高質量觀測數據。

表2 珊溪水庫地震臺陣子臺勘選情況Table 2 Station survey of the seismic array in Shanxi reservoir

4 珊溪水庫地震臺陣建設過程

珊溪水庫地震臺陣的建設規范主要依據《地震標準匯編2009（第一冊）》（中國地震局，2009）中的相關要求，并結合臺站勘選位置的實際情況進行適當調整，而且充分考慮了后期的業務拓展能力。

臺站主體建筑采用上下圈梁的框架結構，一般按照長5.0 m、寬3.0 m、高2.5 m 的標準進行設計，內部分割為觀測擺房和記錄室。墻體采用雙層實體墻，雙層墻之間使用保溫材料填充，以保證觀測環境相對穩定。

觀測擺墩一般按照長1.0 m、寬0.8 m、距室內地面高度0.6 m 的標準進行設計。在完整的基巖基礎之上，采用C30 水泥混凝土一次性澆筑完成，觀測墩四周預留0.1 m 寬度的隔震槽。

臺站供電均采用220 V 市電接入，供電線纜接入臺站前30 m 進行鎧裝電纜埋地鋪設。臺站通訊方式在經過數次改造后，目前已實現所有子臺之間的光纖通訊。臺站基本情況見表3。

表3 珊溪水庫地震臺陣子臺基本情況Table 3 The basic situation of the seismic array in Shanxi reservoir

圖3 仰山臺外觀Fig.3 The appearance of Yangshan station

圖4 珊溪臺外觀Fig.4 The appearance of Shanxi station

5 珊溪水庫地震臺陣監測能力

珊溪水庫地震臺陣的建設完成，對提升浙江省地震臺網監測能力發揮了重要作用，尤其是對庫區的中小地震監測能力有了顯著的提高。對比2002 年和2014 年2 次水庫地震震群的記錄可知，得益于地震臺陣建設，臺網記錄到的震群最小完備震級Mc由2002 年的ML1.5 降至2014 年的ML0.3（汪貞杰等，2019）。在臺網監測能力不斷提高的同時，臺網的定位能力也得到改善。2002 年監測到的水庫地震，由于受臺站密度的限制，定位精度有限，震中的空間分布較離散，未能顯示出明顯的優勢分布方向；而2014 年震群的定位資料表明，地震空間展布與貫穿庫區的雙溪—交溪垟斷裂一致，定位精度顯著提高（圖5）。

圖5 珊溪水庫庫區2002 年、2014 年震群的震中灰色填充區域為珊溪水庫；三角形為臺站；紅色圓圈為2014 年震群；藍色加號為2002 年震群；灰線為斷層Fig.5 The epicenters of the earthquake swarms in 2002 and 2014 in the Shanxi reservoir region

6 結束語

自2001 年珊溪水庫蓄水后，開始出現水庫地震震群活動。為滿足水庫區域震群監測的需求以及提高對東南沿海地區地震活動的數據分析能力，浙江省地震局在2006 年開始建設珊溪水庫地震臺陣，在臺陣勘選和建設過程中充分考慮了當地實際條件和地質環境，以及后續觀測功能的擴展性。臺陣建設完成后，庫區地震的監測能力以及地震定位數據的精度有明顯的提升。對于區域性的小震活動，小孔徑地震臺陣可以監測到更加豐富的地震波形信息，這不僅有利于產出更加豐富的震源機制信息，也有利于獲取更全面的震區地質結構變化信息。