紫坪铺水库地震监测系统的灾后重建

黄 敏，黄 进，邵玉平，王翠芳

(四川省地震局，四川 成都 610041）

0 前言

紫坪铺水库紧邻川西平原所在地区地质构造复杂，又处在重力梯度带和磁异常的陡变带上，岩石节理裂隙及各种水文地质结构面发育，是碳酸岩石较为发育的地区。库区处于龙门山地震带上，库区夹持在龙门山主中央断裂于龙门山主边界断裂之间。两断裂带均属中、晚更新世活动断裂，历史上沿断裂时有中、强地震发生。2004年即建成了 “紫坪铺水利枢纽水库诱发地震监测预测系统”，该系统由7个观测台站和两个中继站、一个记录中心组成。

在2008年5月12日的汶川大地震中，紫坪铺水库地震观测系统的微震台网和强震台阵都处于极震区，野外观测台站和中继站的仪器设备及基础设施受到了较大的损害。尤其是观测台站的围墙、堡坎、交通小道、交流电杆、太阳能电池、无线传输系统的天线等都遭受到严重的破坏。除了桃子坪被彻底摧毁，余下的野外观测台站仍处于供电缺失、基础设施无安全保障、数据传输状态不佳的非常脆弱的艰难维持局面。

基于紫坪铺台网所处的重要地理位置，以及不可或缺的震后继续监测作用，必须尽快最大限度地恢复紫坪铺台网的地震监测能力。紫坪铺水库地震观测系统的恢复重建方案完全以原 “紫坪铺总体技术设计”为主线进行。

1 修复基础设施更新技术系统

1.1 更新野外技术系统,共享专业台网的技术平台

紫坪铺台网野外台站的一些设备从2004年建成并投入使用，经多年运行后逐步老化。在经历了5.12大地震后，紫坪铺微震台网的维护运行管理处于非常艰难状态中。存在交通道路损毁、基础设施重创、台站设备老化等诸多不利因素。维持原状很难达到预期的运行率，改变现状缺乏资金支撑。

“紫坪铺水库诱发地震监测系统恢复重建” （以下简称项目）给了我们一个很好的契机，提供了紫坪铺地震监测系统恢复重建必不可少的经费来源。在制定紫坪铺台网恢复重建方案时，在满足监测的基本条件前提下，将野外观测技术系统的更新换代作为目标来实现。即将台站的数据采集与传输的技术系统全面升级到网络化的技术平台上，台站数据一站式传输到四川省台网记录中心，实现与记录处理中心现有技术平台兼容并实现资源共享。放弃灵岩寺汇集与中继站和走石山中继站，不仅减少了数据中继环节的基础设施与仪器设备的修复所需投入，还在降低台网运行维护的成本与难度的同时提高了台网的运行率。

1.2 修复基础设施

项目涉及到的7个观测台站有6个地震观测台站是在原址修复基础设施 （包括交通小道、围墙、供电设施观测室的内外修缮），免去台站搬迁带来的征地所需时间与经费的双重压力，以确保紫坪铺水库地震台网尽快恢复正常运行，使台网的地震监测能力不受较大影响。

在汶川大地震中损毁严重的桃子坪台，过江的索桥与上山小道以及台站两个观测房屋等基础设施被损毁，由于桃子坪站点特殊自然条件受限确实无法原地恢复重建，只能另行迁址重建 （或缓建）。异地重建的选址只能在自然条件许可的映秀镇附近选择。

从图1台站布局图上看，若在映秀镇选点，则该点较之桃子坪却与桂花树和庙子坪台站的距离更近，这就达不到所期望的监测区域往外扩张以提高微震监测能力的初衷，只是比桃子坪缺失时略有改善而已。桃子坪台的存在与否对紫坪铺台网监测能力的影响程度可对比图2（a）与图2（b)桃子坪台的缺失确实导致台网的监测能力有所降低，但并未影响对重点区域的监测。

2 重建实施方案

紫坪铺台网的设备在使用多年后并经历了5.12地震后，除个别设备还能发挥作用，大多设施与设备均丧失了原有的功能，我们在恢复台网的功能时，不仅要考虑恢复子台的监测能力，还应结合现有记录处理中心技术平台的网络化要求，提升子台的技术水平，获得更高的系统运行率与数据使用率，更好的担负起地震监测的责任。

2.1 地震台网技术系统设计

紫坪铺数字地震台网技术系统由台站观测系统、数据传输系统和地震数据收集共享处理系统等三个子系统组成。其中数据传输部分，通过租用电信CDMA VPDN通信信道和由四川省地震局 “十五”建成的网络信息平台提供的信息节点完成。 （取消原来超短波传输必须的两个中继站，所有台站信号直接回到电信机房，然后通过有线方式传到四川省地震局记录处理中心）[1]。

图1 紫坪铺台网子台布局图Fig.1 Sub-station distribution of Zipingpu monitoring network

图2 紫坪铺台网设计监测能力变化对比Fig.2 Comparison of the change of Zipingpu network monitoring capacity

（1）通过地震计和数据采集器将地面振动变换为数字信号。

（2）用CDMA无线路由器，将地震数据信号通过CDMA与VPDN网络，可靠地传送至台网数据处理中心。

（3）用太阳能与免维护蓄电池组构成的直流电源系统与交流供电系统分季节供电，对数字地震台的所有设备提供不间断的电源供给。

2.2 数字地震台站的技术系统构成与设备配置

数字地震台站是地震台网最为基础的环节，构成数字地震台技术系统的主要设备是地震计、地震数据采集器、CDMA无线路由器 （包含高增益天线及低损耗天馈线）充电控制稳压器、太阳能电池组、蓄电池组和避雷器等。数字地震台站技术系统框图如3所示。子台设备配置如表1所示。

子台的设备除了地震计、交直流浮充电源与部分太阳能电池维修后还可以继续使用，（个别台的太阳能电池板也需要补充和更换），原数据采集器仅适宜使用串口传输，需要更新便于与网络传输信道匹配；原数据通信系统需要升级到基于公共网络的CDMA无线路由器及配套系统，一站式直传到数据记录中心。

图3 数字地震台站技术系统框图Fig.3 Technological system framework of digital seismic station

表1 无线数字遥测地震台设备配置Table 1 Equipment configuration of wireless digital seismic station

3 项目实施情况

在台站设备安装的实施中，结合技术人员的专业特长，对每道工序的操作责任都落实到个人。层层把关严格检查，核实规范操作要点，保证重要技术处理环节都留存数据资料，确保工程质量达到相关行业技术规范及 “四川岷江紫坪铺水利枢纽工程水库诱发地震监测预测系统恢复重建方案”的要求。

恢复重建后的紫坪铺水库地震监测系统由灵岩寺、钻洞子、白岩、八角、桂花树和庙子坪6个台站组成，其数据传输方式均采用CDMA无线传输，台站设备安装示意图如图4所示。

3.1 修复后台网的地震监测能力

紫坪铺水库地震监测系统恢复重建期间，系统运行率受到了一些影响，项目完工后，系统达到 “四川岷江紫坪铺水利枢纽工程水库诱发地震监测预测系统恢复重建方案”恢复重建要求，获得更高的系统运行率与数据使用率，能担负起紫坪铺库区地震水库地震监测的责任。紫坪铺水库地震监测系统恢复重建后的理论地震监测能力如图5所示。

图4 台站设备安装示意图Fig.4 Installation diagram of station equipments

图5 紫坪铺水库地震监测系统恢复重建后理论地震监测能力图Fig.5 Theoretical monitoring capacity of Zipingpu monitoring network after post-disaster

3.2 记录地震资料

2011-08～2012-05共计10个月期间，紫坪铺水库地震监测系统及四川省地震台网，记录到紫坪铺水电站地震监测区域 （30.6°～31.4°N，103.1°～103.9°E）内地震2127次， 其中：0.0～0.9级 338次；1.0～1.9级 1426次； 2.0～2.9级 321次； 3.0～3.9级 35次； 4.0～4.9级 6次；5.0～5.9级1次；监测区域内最大震级为5.2级，距紫坪铺大坝约42.9 km米。其震中分布图详见图6，地震分类统计表详见表2。

图6 2011-08～2012-05紫坪铺库区地震震中分布图Fig.6 Epicenter distribution of earthquakes in Zipingpu reservoir area from August 2011 to May 2012

“5.12”汶川地震后，余震趋势呈整体起伏性衰减。2011年8月至2012年5月间，监测区域内地震月频度即月内地震次数-时间 （N－T）变化图、震级-时间 (MT)变化图详见图7。从图可见，就紫坪铺地震台网目前监测的地震情况来看，近期地震活动频次未见异常，紫坪铺水库地震监测系统监测区域内没有发生对大坝有破坏性影响的地震。

表2 2011年8月至2012年5月紫坪铺水库库区内地震统计表Table 2 Statistical table of earthquakes in Zipingpu reservoir area from August 2011 to May 2012

4 结论

项目完工后，不仅台站的基础设施得到全面改善，台站的技术系统也更新升级实现了数据采集与传输全程网络化，能与四川省地震局的记录处理中心数据平台实现兼容，并共享记录中心的技术设备和设施的资源、以及地震事件数据资源，用以补充紫坪铺水库地震监测系统的地震监测能力。

紫坪铺水库台网在修复后不到一年的时间内记录到了地震事件达2000余次， （其中包括1.0级以下微小地震300余次）。所记录的地震事件验证了紫坪铺水库台网的监测能力，修复后的实际监测能力完全达到了 “四川岷江紫坪铺水利枢纽工程水库诱发地震监测预测系统恢复重建方案”的要求，并通过了业主的竣工验收。

[1]刘志刚.达州数字地震台网建设可行性研究[J].达州新论，2008， （3）：50-54.