李佐唐，潘穎凌，田秀豐，姚 凱，何新社

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

如何快速有效的選定新建臺(tái)站的地址是一個(gè)常遇問(wèn)題。對(duì)預(yù)警和固定臺(tái)站、烈度速報(bào)臺(tái)站、各類(lèi)專(zhuān)用臺(tái)陣臺(tái)站，允許的地面脈動(dòng)值上限不盡相同。“十一·五”背景場(chǎng)地震預(yù)警臺(tái)陣臺(tái)站對(duì)選址提出了新的要求，其中對(duì)臺(tái)址地面脈動(dòng)值要求小于0.000 1 gn①中國(guó)地震背景場(chǎng)探測(cè)項(xiàng)目總工程師辦公室.中國(guó)地震背景場(chǎng)探測(cè)項(xiàng)目強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站場(chǎng)址勘選技術(shù)指南.2009.?，F(xiàn)實(shí)工作中要找到同時(shí)滿(mǎn)足各項(xiàng)條件的臺(tái)址較為困難。如果能對(duì)大型廠(chǎng)礦、單位內(nèi)的泵站和發(fā)電機(jī)、鐵路（包括車(chē)站）、采石（礦）場(chǎng)、公路、機(jī)場(chǎng)、水電站、河流、海浪等常見(jiàn)干擾源的規(guī)避距離有定量的參考依據(jù)，則可大大提高強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)址的勘選效率，建臺(tái)后周?chē)律享?xiàng)目對(duì)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站觀(guān)測(cè)的影響也可定量預(yù)估。

測(cè)震臺(tái)址的勘選在 《GBT19531.1－2004地震臺(tái)站觀(guān)測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》第1部分：《測(cè)震》中對(duì)測(cè)震臺(tái)站規(guī)避各類(lèi)干擾源的最小距離逐項(xiàng)給出了定量數(shù)據(jù)［1］，給實(shí)際工作提供了極大方便，但因其標(biāo)準(zhǔn)要求太高，位于人類(lèi)居住區(qū)的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站無(wú)法照搬。而強(qiáng)震臺(tái)址勘選所依據(jù)的是2005年7月4日中國(guó)地震局發(fā)布實(shí)施的《中國(guó)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》（JSGC－03）［2］，對(duì)各類(lèi)干擾源如何定量規(guī)避沒(méi)有分類(lèi)給出具體數(shù)據(jù)，其中要求“固定臺(tái)站臺(tái)址場(chǎng)地的最大背景振動(dòng)加速度噪聲小于0.000 1gn，對(duì)具有速報(bào)功能的臺(tái)站，臺(tái)址場(chǎng)地的最大背景振動(dòng)加速度噪聲要求宜小于0.001gn”。所以選臺(tái)時(shí)只能通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)判斷?！吨袊?guó)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》（4.2.1）中規(guī)定的一天之內(nèi)分兩次各半小時(shí)的測(cè)試方法也是有缺陷的，比如某些采石場(chǎng)基于安全考慮，往往是半夜爆破，勘選測(cè)試假如錯(cuò)過(guò)爆破時(shí)段所得測(cè)試結(jié)果就可能為無(wú)效數(shù)據(jù)。

對(duì)各類(lèi)臺(tái)站干擾源的規(guī)避距離逐項(xiàng)開(kāi)展定量研究是非常必要的［3－5］。本文中以現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)對(duì)泵房、火車(chē)站和采石場(chǎng)三種常見(jiàn)干擾源開(kāi)展了初步研究，研究結(jié)果可供強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站建設(shè)前的地址勘選和建成后的觀(guān)測(cè)環(huán)境保護(hù)作參考，也為將來(lái)系統(tǒng)制訂“強(qiáng)震臺(tái)站觀(guān)測(cè)環(huán)境技術(shù)要求”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)。

1 水泵引起的加速度噪聲

1.1 振動(dòng)源、測(cè)試場(chǎng)地和測(cè)線(xiàn)概況

2010年11月17日上午9：50至11：25對(duì)某鄉(xiāng)政府供熱水泵引起的地面加速度噪聲進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。泵房及觀(guān)測(cè)場(chǎng)地見(jiàn)圖1，帶煙囪的二層小樓是供熱泵房，右側(cè)白色瓷磚貼面房屋為強(qiáng)震動(dòng)觀(guān)測(cè)室，室內(nèi)擺墩距離供熱水泵電機(jī)15m。泵房?jī)?nèi)共兩臺(tái)電機(jī)，工作時(shí)只開(kāi)一臺(tái)，另一臺(tái)備用，兩臺(tái)電機(jī)功率都為11kW。泵房?jī)?nèi)的鍋爐容量是16t，水泵正常供熱時(shí)出水壓力為0.29MPa（表壓）。供熱水泵房外地面全部水泥硬化。除水泵引起的振動(dòng)、地面脈動(dòng)和人員走動(dòng)之外，未發(fā)現(xiàn)其它振動(dòng)源。從電機(jī)（振源）附近開(kāi)始沿射線(xiàn)布設(shè)測(cè)線(xiàn)，從2m到55m，ETNA儀器的x方向指向振動(dòng)源。

1.2 數(shù)據(jù)處理

取得數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，由于振動(dòng)強(qiáng)度不大，院內(nèi)人員走動(dòng)引起的干擾不可忽略。而水泵引起的振動(dòng)在同一測(cè)點(diǎn)是持續(xù)等幅度的，于是人工識(shí)別出其它振動(dòng)波形并從原始數(shù)據(jù)中截去，保留的波形僅是泵機(jī)和地面脈動(dòng)的疊加結(jié)果（表1）。

由于地面脈動(dòng)加速度值在所研究的小區(qū)域內(nèi)不同觀(guān)測(cè)點(diǎn)其大小是基本不變的。而泵房電機(jī)引起的振動(dòng)隨距離的近遠(yuǎn)而衰減，經(jīng)驗(yàn)證明這種衰減規(guī)律符合指數(shù)關(guān)系，因此假設(shè)衰減關(guān)系為

圖1 水泵房、強(qiáng)震觀(guān)測(cè)室及觀(guān)測(cè)場(chǎng)地Fig.1 The pump room，strong motion station and the observation site.

表1 泵機(jī)振動(dòng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果

其中y為實(shí)測(cè)的校正加速度三分向合成值；g0為地面脈動(dòng)值，且0＜g0＜ymin；b和a為常數(shù)，且都大于0，x為震源距。

用55～2m范圍內(nèi)的十二個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的校正加速度三分向合成值進(jìn)行指數(shù)擬合，Y位于0.383至3.128之間。從0.00到0.38逐漸增大g0的值，發(fā)現(xiàn)決定系數(shù) R2（Determinate Coefficient）從0.783 4逐漸上升至0.794 0，此時(shí)g0為0.199；隨著g0的繼續(xù)增大，R2又逐漸減小到0.549 9，說(shuō)明g0取0.199gal最佳，推測(cè)地面脈動(dòng)值g0＝0.199 gal（表2）。

表2 地面脈動(dòng)值的估計(jì)

圖2 曲線(xiàn)擬合結(jié)果Fig.2 The result of curve fitting.

由式（1）得：

依照《中國(guó)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》（JSGC－03）的規(guī)定，對(duì)具有速報(bào)功能的臺(tái)站，臺(tái)址場(chǎng)地的最大背景振動(dòng)加速度噪聲宜小于0.001gn，即0.001×981cm／s2＝0.981gal。水泵引起的振動(dòng)大小為y－0.199＝0.981（gal），y＝1.180gal。代入式（2）可知，僅考慮泵機(jī)的影響，對(duì)應(yīng)的最小震源距為14 m；考慮擬合誤差的影響，對(duì)應(yīng)的最小震源距為19 m。如果要求泵機(jī)和地面脈動(dòng)的總和小于0.001 gn，即y＝0.981，則對(duì)應(yīng)的最小震源距為18m，再考慮擬合誤差的影響，對(duì)應(yīng)的最小震源距為23m。

固定臺(tái)站臺(tái)址場(chǎng)地的最大背景振動(dòng)加速度噪聲宜小于0.000 1gn，即0.000 1×981cm／s2＝0.098 1gal。同上計(jì)算方法，僅考慮泵機(jī)的影響，對(duì)應(yīng)的最小震源距為64m，再考慮擬合誤差的影響，對(duì)應(yīng)的最小震源距為69m。地震預(yù)警臺(tái)址的要求與此相同。

圖1中的強(qiáng)震動(dòng)固定臺(tái)站擺墩距離泵機(jī)僅15 m，當(dāng)泵機(jī)開(kāi)始工作時(shí)該臺(tái)擺的背景振動(dòng)明顯加劇，造成擺故障的假象。該臺(tái)所用中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的SLJ－100FBA－T擺，量程為±2.5 V，對(duì)應(yīng)±196 2gal。泵停機(jī)時(shí)擺的波動(dòng)幅度為，ch1：0.054mv、ch2：0.122mv、ch3：0.074mv；泵開(kāi)機(jī)時(shí)的波動(dòng)幅度為ch1：2.4mv（1.88gal）、ch2：2.0 mv（1.57gal）、ch3：2.9mv（2.28gal）。

鍋爐房?jī)?nèi)為16t鍋爐及泵機(jī)澆注了1m深的混凝土機(jī)座，類(lèi)似基巖臺(tái)的擺墩，擺礅上距電機(jī)（震源）水平距離0.8m處測(cè)到的振幅相對(duì)較?。ū?中的事件13）。在震源距0.8m處用ETNA／2634＃記錄了水泵由運(yùn)轉(zhuǎn)到停機(jī)的連續(xù)振動(dòng)過(guò)程（圖3），水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)使背景加速度噪聲提高了16～44倍。

圖3 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)到停機(jī)的振動(dòng)過(guò)程Fig.3 The vibration curves recorded from pump turning to stop.

2 火車(chē)引起的加速度噪聲

2.1 場(chǎng)地概況和儀器布置

某火車(chē)站內(nèi)有6條軌道線(xiàn)。從北往南依次稱(chēng)為1～6軌道。測(cè)線(xiàn)垂直于鐵路線(xiàn)布設(shè)。振動(dòng)源變化而保持測(cè)試儀器的平面布設(shè)位置固定不變。連續(xù)測(cè)試火車(chē)常速（約90km／h）通行時(shí)在車(chē)站南側(cè)引起的振動(dòng)情況，獲得加速度噪聲數(shù)據(jù)并計(jì)算得到了振動(dòng)三分向加速度值。在儀器記錄振動(dòng)的同時(shí)人工記錄鐵道上的火車(chē)通行情況。

測(cè)試持續(xù)5個(gè)小時(shí)。剔除干擾后篩選出振幅最大的一組紀(jì)錄，對(duì)應(yīng)著兩側(cè)火車(chē)相向通行振動(dòng)最強(qiáng)的組合。

2.2 觀(guān)測(cè)結(jié)果及分析

對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度隨離開(kāi)鐵路距離的衰減情況進(jìn)行了分析。校正加速度峰值隨震源距增大呈指數(shù)關(guān)系衰減（表3），三分向合成結(jié)果的衰減曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

表3 加速度測(cè)試結(jié)果

圖4 鐵路火車(chē)振動(dòng)衰減曲線(xiàn)Fig.4 The vibration attenuation curves caused by railway train.

由回歸得出的關(guān)系式y(tǒng)＝90.772exp（－0.032 x），可知

以常速火車(chē)相向通行引起最大振動(dòng)，由式（2）計(jì)算出，固定臺(tái)站臺(tái)址的最小振源距為213m；考慮擬合誤差的影響對(duì)應(yīng)的最小震源距為228m。地震預(yù)警臺(tái)址的要求與此相同。

對(duì)具有速報(bào)功能的臺(tái)站，相應(yīng)的最小振源距為141m；考慮擬合誤差的影響，對(duì)應(yīng)的最小震源距為156m。

3 采石場(chǎng)爆破加速度噪聲

3.1 測(cè)試概述

對(duì)某采石場(chǎng)人工爆破引起的振動(dòng)強(qiáng)度及其衰減關(guān)系進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。爆破點(diǎn)位于懸崖不同高度，爆破采用露天單炮齊爆方式，3次爆破藥量依次是20kg、15kg和10kg。

測(cè)點(diǎn)從爆點(diǎn)所在的懸崖頂部向外輻射狀布設(shè)，測(cè)線(xiàn)走向N16°W。測(cè)試使用的是美國(guó)Etna型三分向數(shù)字強(qiáng)震儀，共用6臺(tái)儀器，全部得到完整的振動(dòng)記錄。各測(cè)點(diǎn)的震源距參數(shù)見(jiàn)表4。

3.2 觀(guān)測(cè)結(jié)果分析

從實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算得到各項(xiàng)數(shù)據(jù)。對(duì)15kg炸藥量的爆破繪制了回歸曲線(xiàn)（圖5）。對(duì)3次測(cè)試結(jié)果，均有x＝（1／a）ln（b／y）。爆破衰減關(guān)系與炸藥量、爆點(diǎn)位置都有關(guān)。固定觀(guān)測(cè)位置，炸藥量越大振動(dòng)強(qiáng)度越大；震源越深，衰減越慢。三組結(jié)果相比較，雖然第2次15kg的炸藥量比第1次20kg要小，但由于爆破點(diǎn)較低，相當(dāng)于震源深度大，所以衰減最慢。按照強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站對(duì)背景噪聲的上限值要求，依苛刻條件推斷，固定臺(tái)站的規(guī)避距離為701 m，衰減臺(tái)站的規(guī)避距離為406m。考慮擬合誤差的影響，固定臺(tái)站的規(guī)避距離為723m，衰減臺(tái)站的規(guī)避距離為428m。

表4 各測(cè)點(diǎn)校正加速度測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)現(xiàn)行的《中國(guó)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》，依據(jù)苛刻條件最后得出三類(lèi)干擾源的規(guī)避距離參考值。對(duì)干擾源泵機(jī)，速報(bào)臺(tái)站（0.001gn）的規(guī)避距離是19m，預(yù)警與固定臺(tái)站（0.000 1gn）是69m；干擾源（客貨低速）鐵路線(xiàn)，速報(bào)臺(tái)站的規(guī)避距離是156m，預(yù)警與固定臺(tái)站是228m；干擾源采石場(chǎng)，速報(bào)臺(tái)站的規(guī)避距離是428m，預(yù)警與固定臺(tái)站是723m。

表5 振動(dòng)衰減關(guān)系與規(guī)避距離

圖5 爆破振動(dòng)衰減曲線(xiàn)Fig.5 The vibration attenuation curve caused by quarry explosion.

干擾的產(chǎn)生、傳播、衰減情況與路徑及傳播介質(zhì)的特性都密切相關(guān)，是非常復(fù)雜的。不同的臺(tái)基和介質(zhì)條件下干擾的衰減可能千差萬(wàn)別，但是一個(gè)大致的衰減情況闡釋對(duì)臺(tái)站選址和觀(guān)測(cè)環(huán)境評(píng)價(jià)治理保護(hù)仍然是非常有參考價(jià)值的。本工作的目的不在于研究揭示衰減規(guī)律，而是為了通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，為強(qiáng)震臺(tái)址勘選提供一個(gè)規(guī)避這三類(lèi)常見(jiàn)干擾源的定量參考依據(jù)，以減少盲目性，提高臺(tái)址勘選效率，同時(shí)對(duì)建成后的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站觀(guān)測(cè)環(huán)境評(píng)價(jià)保護(hù)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 19531.1地震臺(tái)站觀(guān)測(cè)環(huán)境技術(shù)要求—第一部分—測(cè)震［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

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