張榮杉，馮 武，彭 澎

（宿遷地震臺(tái)，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

宿遷市位于郯廬斷裂帶中段，昌邑—大店斷裂（F1）、白芬子—浮來山斷裂（F2）、沂水—湯頭斷裂（F3）、鄌郚—葛溝斷裂（F4）和安丘—莒縣斷裂（F5）等五條斷裂帶[1]經(jīng)過宿遷或在宿遷市附近（圖1），地質(zhì)條件復(fù)雜。郯廬斷裂帶中段歷史上共記載到破壞性地震100余次，最高震級(jí)達(dá)8 ?級(jí)。宿遷數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)對(duì)監(jiān)測郯廬斷裂帶中段的地震活動(dòng)情況有重要作用，對(duì)宿遷市及郯廬斷裂帶中段的地震預(yù)報(bào)研究和防震減災(zāi)工作具有重要的意義。

宿遷市成立于1996年，是江蘇省最年輕的城市，近年宿遷經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了巨大成就，目前全市（三縣兩區(qū)）擁有常住人口480多萬，城鎮(zhèn)常住人口280多萬。一旦發(fā)生破壞性地震將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)安定產(chǎn)生巨大影響。

1 宿遷市數(shù)字臺(tái)網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容

1.1 臺(tái)站建設(shè)

“十三五”前宿遷市范圍內(nèi)只有省屬宿遷地震臺(tái)，無法滿足日常防震減災(zāi)工作要求。為滿足宿遷防震減災(zāi)工作要求，宿遷市政府積極建設(shè)宿遷防災(zāi)減災(zāi)工程，其中數(shù)字化測震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)是防災(zāi)減災(zāi)項(xiàng)目的重點(diǎn)工程。宿遷市數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)中心于2014年8月開始建設(shè)，目前已形成布局基本合理，響應(yīng)迅速的數(shù)字化測震臺(tái)網(wǎng)，提高了宿遷市的地震監(jiān)測能力和地震速報(bào)能力。

臺(tái)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)充分考慮臺(tái)網(wǎng)的整體布局，盡可能使臺(tái)站在區(qū)域內(nèi)均勻分布，以保證大震速報(bào)的質(zhì)量。為此，“十三五”期間，宿遷市地震局在宿遷市下轄的沭陽、泗陽、泗洪三縣建立了三個(gè)數(shù)字化測震臺(tái)，加上市轄區(qū)內(nèi)的省屬宿遷地震臺(tái)，宿遷市轄區(qū)內(nèi)共4個(gè)地震臺(tái)，各臺(tái)站之間距離保持在70km左右。為滿足地震高精定位的要求，在江蘇省地震局的指導(dǎo)、幫助下，從江蘇省地震局臺(tái)網(wǎng)中心接入宿遷市周邊的徐州、新沂、淮安、灌云、贛榆、邳州6個(gè)臺(tái)站的測震數(shù)據(jù)，臺(tái)站間距40～70km，形成由10個(gè)臺(tái)站組成的宿遷市數(shù)字化測震臺(tái)網(wǎng)，基本形成了布局合理的數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)（圖1）。

1.2 臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖Fig.1 The distribution map of the Suqian Digital Seismic Network

圖2 宿遷測震臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成Fig.2 Technical system composition of the Suqian Digital Seismic Network

宿遷數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)中心由測震臺(tái)站、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)報(bào)送、數(shù)據(jù)庫服務(wù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等系統(tǒng)構(gòu)成（圖2）。泗洪、泗陽、沭陽三個(gè)市屬臺(tái)站的數(shù)據(jù)直接傳到宿遷測震臺(tái)網(wǎng)服務(wù)器，徐州、新沂、邳州、宿遷、贛榆、灌云、淮安七個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)通過省局流服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至宿遷測震臺(tái)網(wǎng)服務(wù)器。通過JOpens系統(tǒng)處理日常數(shù)據(jù)，并將地震編目結(jié)果上傳至省局編目數(shù)據(jù)庫，通過EQIM系統(tǒng)將地震速報(bào)信息實(shí)時(shí)上傳至省局EQIM服務(wù)器，通過TraceView系統(tǒng)檢測地震事件（包括人工地震），并發(fā)出警報(bào)，提醒值班人員快速處理地震事件。江蘇省測震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)宿遷數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的日常工作進(jìn)行考核、評(píng)比，包括數(shù)據(jù)連續(xù)率、地震編目質(zhì)量、日常運(yùn)維等。

2 臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力分析

2.1 臺(tái)網(wǎng)早期監(jiān)測能力

“十三五”之前，宿遷市范圍內(nèi)只有省屬宿遷地震臺(tái)，單個(gè)臺(tái)站無法對(duì)地震準(zhǔn)確定位，宿遷市對(duì)于轄區(qū)內(nèi)發(fā)生的地震完全依靠江蘇省地震局提供震情信息，震情信息獲知晚，應(yīng)急反應(yīng)慢，沒有形成獨(dú)立、快速、高效的地震速報(bào)及地震應(yīng)急體系。為了提高宿遷地震監(jiān)測水平和定位精度，需要增加臺(tái)站數(shù)量，完善臺(tái)網(wǎng)布局。

2.2 測震臺(tái)址背景噪聲計(jì)算

臺(tái)站監(jiān)測能力受到臺(tái)基背景噪聲的限制，對(duì)于一定大小的地震，只有當(dāng)震中距在一定范圍內(nèi)時(shí)，地震波到達(dá)臺(tái)站時(shí)的振幅才能高出臺(tái)基背景噪聲，并被臺(tái)站的觀測儀器記錄下來[2]。1～20Hz的短周期頻段是地震波能量分布較為集中的頻段，是觀測地方震和震中距較小的近震的重要頻段。GB／T 19531.1—2004《地震臺(tái)站觀測環(huán)境技術(shù)要求第1部分：測震》根據(jù)1～20Hz頻段的地噪聲水平將環(huán)境地噪聲水平分為5級(jí)：

①Ⅰ級(jí)環(huán)境地噪聲水平：

RMS＜3.16×10-8m/s

②Ⅱ級(jí)環(huán)境地噪聲水平：

3.16×10-8m/s≤RMS≤1.00×10-7m/s

③Ⅲ級(jí)環(huán)境地噪聲水平：

1.00×10-7m/s≤RMS≤3.16×10-7m/s

④Ⅳ級(jí)環(huán)境地噪聲水平：

3.16×10-7m/s≤RMS≤1.00×10-6m/s

⑤Ⅴ級(jí)環(huán)境地噪聲水平：

1.00×10-6m/s≤RMS≤3.16×10-6m/s

宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)10個(gè)臺(tái)站經(jīng)計(jì)算得出每個(gè)臺(tái)址背景噪聲地動(dòng)有效速度值（RMS）（表1），10個(gè)臺(tái)站均在Ⅱ級(jí)以上,其中Ⅰ類臺(tái)基5個(gè)，Ⅱ類臺(tái)基5個(gè)，基本滿足測震觀測技術(shù)規(guī)范關(guān)于環(huán)境噪聲方面的要求。

2.3 宿遷測震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力

臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力指臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測本地微小地震并能夠進(jìn)行定位的能力，監(jiān)測能力的強(qiáng)弱，主要取決于臺(tái)網(wǎng)密度、方位分布以及監(jiān)測地震震級(jí)的大小等[3]。測定地方性震級(jí)ML應(yīng)使仿真成短周期地震儀兩水平向記錄S波的最大振幅，計(jì)算方法見公式（1）：

表1 宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站參數(shù)

式中，A=（AN，AE）/2，單位為微米（μm）；AN南北向S波最大振幅，單位為微米（μm）; AE為東西向S波最大振幅，單位為微米（μm）; Δ為震中距，單位為千米（km）；R（Δ）為地方性震級(jí)的量規(guī)函數(shù)。

根據(jù)式（1）計(jì)算地震監(jiān)測理論值，關(guān)鍵在于合理選擇AN，AE。關(guān)于AN，AE的選擇，短、長均值法（STA/LTA）是一種常用的方法，當(dāng)STA大于LTA的k倍以上時(shí)，可認(rèn)為檢測到一個(gè)可能的地震。將STA/LTA值視為初動(dòng)震相波形有效值與臺(tái)基噪聲有效值之比。當(dāng)k取2～3時(shí)，P波震相清晰可辨認(rèn)。S波振幅約是P波的2～3倍。本文設(shè)定S波的最大幅度為臺(tái)站臺(tái)基背景噪聲的6倍[4]。根據(jù)公式（1）計(jì)算，得出宿遷測震臺(tái)網(wǎng)各測震臺(tái)站地震監(jiān)測能力理論值（表2）。

臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力實(shí)際上是臺(tái)網(wǎng)所屬臺(tái)站中任意4個(gè)臺(tái)站監(jiān)測能力交集的集合，通過計(jì)算，宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力見圖3。

目前宿遷測震臺(tái)網(wǎng)基本能夠監(jiān)測全市范圍內(nèi)M1.5，鄰區(qū)M2.0地震，并能在3分鐘內(nèi)獲取地震三要素信息，通過信息平臺(tái)將震情信息通知相關(guān)人員，基本滿足宿遷市防震減災(zāi)工作要求。

表2 宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)各臺(tái)站監(jiān)測能力(單位：M)

圖3 宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力圖Fig.3 Earthquake-monitoring map of Suqian Digital Seismic Network

3 臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)出

值班人員通過MSDP軟件分析處理當(dāng)天記錄到的地震事件，達(dá)到江蘇省地震局速報(bào)要求的地震事件在規(guī)定事件內(nèi)通過EQIM地震速報(bào)平臺(tái)發(fā)送至江蘇省地震局服務(wù)器，并通過短信平臺(tái)將地震信息報(bào)送相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。每月對(duì)監(jiān)測到的地震事件進(jìn)行常規(guī)分析處理，編輯地震月報(bào)，產(chǎn)出數(shù)據(jù)供日常分析和編目工作使用。

4 臺(tái)網(wǎng)建設(shè)效益分析

“十三五”期間，宿遷測震臺(tái)網(wǎng)從無到有，地震監(jiān)測工作邁上了一個(gè)新臺(tái)階，基本上形成了臺(tái)站布局合理，震情反應(yīng)迅速的數(shù)字化測震臺(tái)網(wǎng)，對(duì)宿遷市防災(zāi)減災(zāi)工作起到了重要作用。

4.1 臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測的社會(huì)效益

（1）臺(tái)網(wǎng)的地震監(jiān)測能力得到明顯提高，地震速報(bào)能力提升。目前臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力在全市范圍內(nèi)可達(dá)M1.5級(jí)，鄰區(qū)地震M2.0級(jí)?！笆濉鼻八捱w市震情信息主要來自于江蘇省地震局，宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)投入運(yùn)行后，能夠在3分鐘內(nèi)獲取地震三要素（時(shí)間、震中、震級(jí)）數(shù)據(jù)，為快速啟動(dòng)地震應(yīng)急預(yù)案，指揮部署防災(zāi)減災(zāi)工作贏得寶貴時(shí)間。

（2）建成后的測震臺(tái)網(wǎng)將產(chǎn)出豐富的測震學(xué)數(shù)據(jù)，為地震預(yù)警、地震預(yù)報(bào)等學(xué)科的研究提供基礎(chǔ)資料。

4.2 服務(wù)工程的經(jīng)濟(jì)效益

建成后的宿遷市測震臺(tái)網(wǎng)提供了更多地下動(dòng)力學(xué)、地震活動(dòng)性等更豐富的信息和資料，為地震預(yù)報(bào)等基礎(chǔ)科學(xué)研究提供資源。同時(shí)減輕地震災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)損失獲得經(jīng)濟(jì)效益。臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可應(yīng)用于工程地震，為重要工程確定科學(xué)合理的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

5 結(jié)束語

宿遷市數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目的建設(shè)完成，開啟了宿遷市地震監(jiān)測數(shù)字化時(shí)代，不僅擁有市轄區(qū)內(nèi)的4個(gè)臺(tái)站，還通過江蘇省地震局共享周邊6個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)。測震臺(tái)網(wǎng)中心匯集了數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報(bào)送、數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能，構(gòu)建了宿遷市地震監(jiān)測系統(tǒng)?；緷M足宿遷市地震速報(bào)和防震減災(zāi)工作的需求，為地震預(yù)警、地球科學(xué)研究、國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和公眾服務(wù)提供更加豐富的數(shù)據(jù)。通過本項(xiàng)目的工作，培育出了一只具有工程建設(shè)、工程管理、系統(tǒng)管理維護(hù)水平高、專業(yè)技能強(qiáng)的專業(yè)人才隊(duì)伍，為今后宿遷市地震預(yù)警工程建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。