我国水库地震监测数字化进展

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1、我国水库地震监测数字化进展 谢蓉华，宋澄 ( 四川省地震局，四川成都6 1 0 0 4 1 ) 摘要：自2 0 0 1 年长江三峡数字地震台网建成并通过验收以来我国水库诱发地震监测台网的设计建设和 技术改造进入了数字化的崭新阶段截至2 0 0 6 年6 月，相继完成建设和改造的水库诱发数字地震监测台 网有漫湾、新丰江、天生桥一级，乌江、恰普其海、百色、紫坪铺、小湾、龙滩、黄河上游、水布垭、武 都等其中前三个为模拟台网改数字台网，后九个为新设计建设的数字台网已完成勘选设计近期即将开 工建设的水库地震监测台网有瀑布沟、长江三峡上游、乌江中游水库群等已规划正在开展设计前期工作 的有金沙江下游溪洛渡、

2、向家坝、白鹤滩和乌东德水库台网等这些新建、技改和即将建设的水库地震台 网毫无例外地都采用了我国最先进的2 4 位数字地震观测、反馈式地震计和G P S 授时校时等新技术新设备， 具有观测动态范围大、授时精度高、系统功能完善、数据处理自动化程度高无纸介记录的特征 水库地震观测史回顾 水库蓄水可能诱发地震是人类工程建设活动对大自然活动规律的影响例子之一。水库诱发地震 虽然仅发生在水库及其周边的小范围内，且绝大多数诱发地震只发生在水库蓄水最初的数年问。但 是水库诱发地震的震源较浅、震中烈度偏高、高频能量丰富，不少2 “ 3 级水库诱发地震即有可闻声 波与次声波，部分3 级左右的水库诱发地震的震中烈度

3、高达V 度且震感强烈对周边和下游居民的 心理影响强烈。少数水库，特别是高坝大库还有可能诱发破坏性地震。因此，大型水利枢纽或大型 水电站如何防震减灾? 如何有效地监测预测水库诱发地震? 成为业主关注的重点。 自从新丰江水库1 9 6 2 年3 月1 9 日诱发6 1 级破坏性地震以来，我国政府、水利水电项目的投资 和建设者，地震科技人员均十分关注水库诱发地震的监测预测和灾害的预防减轻问题。当年新丰江 水库即建有八个固定人工值守地震台和临时架设若干流动地震台为新丰江水电站的安全服务。早在 1 9 7 6 年国家地震局又投资专门为新丰江研制监测水库诱发地震的模拟无线遥测设备，用以改造新丰 江水库地震

4、台网。1 9 8 0 年新丰江水库地震台网完成遥测化改造，通过验收投入运行。 1 9 8 9 年四川省地震局通过投标的方式，取得了雅砻江二滩水库遥测地震台网的勘选、设计、建 设和运行的资格。四川省地震局专门设计研制了将上限观测频带从2 0 H Z 扩展至4 0 H Z 的水库地震遥 测系列设备，并将计算机实时地震数据采集、地震事件数据的处理与存储引入水库地震观测。1 9 9 2 年5 月二滩水库遥测地震台网通过业主组织的验收投入运行。此后，我国的十余个水利水电工程均 参照二滩水库地震监测预测系统的技术模式建立了为自身的安全服务的水库地震遥测地震台网。 2 几个典型数字化水库地震监测台网 2 1

5、 三峡数字地震台网一一中国第一个数字化水库地震监测台网 长江三峡水利枢纽工程是举世瞩目得特大型水利水电工程。三峡数字地震台网是我国第一个采 用数字地震观测技术设计建设的水库地震监测台网。三峡数字地震台网1 9 9 6 年规划、1 9 9 7 年勘选、 1 9 9 8 年设计时正值我国天然地震台网“九五”数字化改造时期。水库诱发地震监测台网的规划设计 理所当然地借用了天然地震观测中的最新技术成果。三峡数字地震台网的规模为2 4 个高增益子台、 2 个强震台、三个汇集中继站和一个台网中心。三峡台网的子台主要布设在三斗坪至楠木园库段， - 1 2 5 - 一 大坝附近子台平均台距约1 0 k m ，

6、其余地区为1 5 - - - 2 0 k m ，其网内监测能力为M L 0 5 级，库坝区的定 位精度可达l k m ，其余地区为2 k m 。三峡台网设计时采用了1 6 位地震数据采集器和工作周期为。1 秒 的开环地震计。在技术系统安装前夕，应三峡总公司的要求根据我国数字地震观测技术的最新进 展将库坝区附近的4 个子台改为2 4 位地震数据采集器配工作周期为1 秒的反馈地震计。三峡台网的 地震波形数据传输采用了全无线方式，子台采用了工作于2 2 3 - - 一2 3 5 M H Z 频段发射功率为1 W 的低速 数传电台。汇集了1 6 个子台数据的大金坪中继站采用了工作于3 6 0 “ -

7、- 4 0 0 M H Z 频段发射功率为6 W 的高速数传电台，用以翻越高大障碍将汇集后的1 6 个子台数据直传八河口台网中心。黄牛岩中继站 可汇集的子台数高达3 0 个，采用工作于l1 G H Z 频段的数字微波将数据直传台网中心。金子山中继 站仅汇集2 个子台的数据。仍工作于2 2 3 一- , 2 3 5 M H Z 频段。在上述数传电台台中有条件地使用了差 错控制技术，确保了传输路径条件差的子台数据能以较低速误码率可靠地传输。三峡数字地震台网 用硬盘暂存全部观测到的波形数据，用光盘记录保存全部波形数据，实时地震处理速度不超过1 0 分 钟。 三峡数字地震台网的建成是我国水库诱发地震观

8、测方面的一个重要里程碑。它所使用的我国第四 代水库地震观测系统，特别是2 4 位水库地震观测系统为我国以后的水库地震台网设计建设广泛使用。 2 2 慢湾水库地震台网一一我国第一个实施数字化改造的水库地震台网 漫湾水电站是澜沧江中游建设较早的水电站之一。为了监测预测漫湾水库的诱发地震，电站曾 于1 9 9 3 年建设了拥有三个遥测子台的漫湾水库遥测地震台网。该台网是我国建设较早的水库诱发地 震监测台网之一。早年建成的漫湾台网采用模拟无线遥测方式组网，所用的技术装备系用观测天然 地震的设备改装组合而成。漫湾台网建成后长期连续运行，其间因设备过时或老化几经更新改造， 但均未脱离模拟遥测方式的框框。三

9、峡台网建成投测后，漫湾水电站委托四川省地震局对其进行数 字化改造，要求一步完成从模拟遥测台网到2 4 位数字地震台网的升级换代。2 0 0 2 年漫湾水库数字 地震台网改造完成，成为我国当时仅有的几个专门监测水库诱发地震的数字地震台网之一。改造完 的漫湾水库台网由3 个子台、2 各中继站( 其中2 个均兼子台) 和l 个台网中心组成，采用反馈式短周 期地震计，2 4 b i t 地震数据采集器记录：G M S K 调制技术的超短波数据传输机( 其中调制、解调和中 继复接设备具有前向纠错功能) ，实现两级复接加中继；采用全无线超短波组网。 值得一提的是，由于当地的地形条件复杂，只有三个遥测子台的

10、漫湾水库地震台网却有两个子 台兼作中继站用于接力传输地震信息。在这次数字化改造时，专门针对漫湾台网的特殊情况设计了 一套小容量的数据复分接与中继设备。该复分接设备采用单片机软件完成地震数据的复分接与其它 功能，具有性能稳定可靠，接口简练、使用方便、占用频带窄和成本低廉的优点。该复分接设备成 为该台网改造时的亮点，为该台网日后的台网运行及监测起到了举足轻重的作用。2 0 0 3 年新丰江水 库台网和天生桥一级水库台网也相继完成数字化改造。 ， 漫湾水库数字遥莉地震台网总体结构图 2 3 乌江水库地震台网 我国第一个按流域规划设计的数字化水库地震台网 乌江上游水库群由7 个水库组成，其中最大的水库

11、构皮滩将于2 0 0 9 年建成蓄水，乌江上游水库 - 1 2 6 - - 数字遥测地震台网是于2 0 0 4 年建成投测，该台网由1 6 个遥测子台、3 个中继站、一个台网中心、3 个地震信息站、1 个地震信息总站组成，监测能力为0 6 级。采用短周期观测为主，少数子台配有宽 频带地震观测和加速度地震观测，2 4 b i t 数采记录；采用无线超短波、扩频微波中继和卫星混合组网。 乌江数字遥测地震台网具有以下特色：( 1 ) 乌江数字遥测地震台网是我国第一个从全流域规划的、 以监测水库群的诱发地震为主要目标的数字遥测地震台网。此类台网在国内外尚无先例。( 2 ) 乌江数 字遥测地震台网是我国

12、水库的诱发地震的专业台网中规模最大( 含一、二期工程) 的地震台网，而且 依据地形特点使用多种信道( 超短波、微波和卫星信道) 的实时传输的台网。( 3 ) 乌江数字遥测地震 台网是我国首次在专业台网中与国家地震台网和地方地震台网实现实时波形数据共享的地震台网。 ( 4 ) 乌江数字遥测地震台网是我国首次在水库诱发地震台网中，使用2 4 位数据采集器、安装部分宽带 地震计和加速度计的地震台网。体现了该台网观测动态范围大、频带宽等特点。( 5 ) 乌江数字遥测地 震台网是我国首次在水库诱发地震台网中，使用因特网的V P N 虚拟网络技术，实现两个内部地址网 络的互联和访问，完成地震信息反馈。(

13、6 ) 乌江数字遥测地震台网是我国首次在水库诱发地震台网中， 使用以I P T C P 协议为主进行数据交换，适合子台网之间进行共享与交换，具有良好的监控功能、镜 像服务以及其数据格式可与国际通用格式转换接轨的功能最完善的软件。( 7 ) 乌江数字遥测地震台网 是首次在我国的地震台网中，将地震数据处理软件与地震分析预报软件集成，为探索地震监测和震 情分析有机结合提供了一个平台。 3 我国其它数字化水库地震监测台网简介 自2 0 0 1 年长江三峡数字地震台网建成并通过验收以来，我国水库诱发地震监测台网的设计建设 和技术改造进入了数字化的崭新阶段。截至2 0 0 6 年6 月除了上面介绍的三个具

14、有代表性的数字化 水库台网以外，我国相继完成建设和改造的水库诱发数字地震监测台网还有新丰江、南盘江天生桥 一级、恰普其海、右江百色、岷江紫坪铺、澜沧江小湾、红水河龙滩、黄河上游水库群、清江水布 垭和涪江武都等，其中前两个为模拟台网改数字台网，后八个为新设计建设的数字台网。已完成勘 选设计近期即将开工建设的水库地震监测台网有大渡河瀑布沟、长江三峡上游、乌江中游水库群等。 已规划正在开展设计前期工作的有金沙江下游溪洛渡、向家坝、白鹤滩和乌东德水库台网等。 - 一1 2 7 - 一 3 1 部分已建成水库台网简介 ( 1 ) 百色水库地震监测预测系统。百色水利枢纽工程位于右江上，最大坝高1 3 0

15、米，总库容5 6 亿立方米。百色水库数字遥测地震台网子2 0 0 4 年建成投测，由6 个子台、1 个中继站和1 个台网中 心组成，台网监测能力为M L 0 5 。采用反馈式短周期地震计，2 4 b i t 地震数据采集器记录：采用超 短波传送子台数据、扩频微波汇集中继组网。 ( 2 ) 紫坪铺水库地震监测预测系统。紫坪铺水库数字遥测地震台网于2 0 0 4 年建成投测，由7 个子台、2 个中继站( 其中1 个兼子台) 和1 个台网中心组成，孔径为2 0 公里，台网监测能力为M L 0 5 。 采用反馈式短周期地震计，2 4 b i t 地震数据采集器记录；采用超短波传送子台数据和第一站汇集中

16、继 数据，进入台网中心用D D N 公共接力，属无线有线混合组网。 ( 3 ) 水布垭水库地震监测预测系统。水布垭水库数字遥测地震台网于2 0 0 5 年完成建成投测。 该台网由l O 个子台，2 个中继站和1 个台网中心组成，监测能力为M L 0 5 。使用短周期地震计；2 4 b i t 数采；采用超短波电台和扩频微波混合组网。 ( 4 ) 龙滩水库地震监测预测系统。龙滩水库数字遥测地震台网于2 0 0 5 年建成投测，由9 个子 台、1 个中继站和1 个台网中心组成，台网监测能力为M L 0 5 。采用反馈式短周期地震计，2 4 b i t 地 震数据采集器记录；采用无线超短波、扩频微波混合组网。 ( 5 ) 黄河上游水库群地震监测预测系统。黄河上游梯级水电站地震监测台网一期工程包含龙羊 峡、李家峡和公伯峡三个水电站，第二期将拉西压电站并入网内。其中龙羊峡和李家峡都曾建设模 拟地震台网，故在该数字化台网建设中，只有公伯峡将新建子台，其余两个将作数字化改造，于2 0 0 5 年完成系统设计。建成的台网一期由