波密地震台建设与监测效能

叶春明 ， 李 敬 ，林 伟 ， 黄腾浪 ， 杨 选

(1.广东省地震局，广东 广州 510070；2.中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室，广东 广州510070；3.广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室 （筹），广东 广州 510070）

0 引言

2010年7月27日至8月10日期间，在西藏自治区波密县西北面的易贡乡北面和西北面先后发生了13次有感地震，其中最大的为8月9日10时54分发生的ML4.9级地震，最小的为7月27日18时21分发生的ML2.3级地震。另外，其周边的汶川于2008年5月12日发生了8级大地震，震中距离本区域约700 km；青海玉树于2010年4月14日发生了7.1级大地震，震中距离本区域约350多公里。可见，近年来随着区域构造活动的增强，特别是周边的地区相继发生了较大地震，本区域受地震波及的危险性较大。由于各种原因，波密县境内没有布设地震监测点，对地震的监测仍是一个空白，因此，加强该区域的地震观测显得特别 的重要。面对严峻的震情，广东省地震局作为援藏对口单位之一，经与广东省援藏工作队和波密县政府共同商议后决定在波密县建设地震台站，广东省地震局组织人员分别于2010年10月12日至20日、2010年11月28日至12月12日分两批前往波密县开展台址勘选、基建和设备安装调试工作，并于2010年12月完成 “波密县地震观测系统”的建设。

1 勘选与设计

波密县位于西藏自治区东南部，隶属林芝地区，地处念青唐古拉山东段和喜马拉雅山东端，北高南低，高山连绵，中部为帕龙藏布河谷和易贡藏布河谷，属高原温暖半湿润气候。境内最高海拔6 648 m，最低2 001.4 m。从地质构造上看，波密县所处的藏东南地区地处印度洋板块与欧亚板块挤压形成的青藏高原隆起活跃区，地震构造活动强烈，是我国地震活动最强烈、大地震频繁发生的地区，历史上这一区域曾发生多次8级以上大震。县城位于雅鲁藏布江东岸，处318国道交通要道，是连接昌都地区及林芝地区林芝、察隅、墨脱等县的重要交通枢纽。同时，县城具备了供电、网络等建台有利条件。因此，将台址初步确定放在县城驻地扎木镇。

经过地图初选，确定了县城西北面的烈士陵园、扎木河北岸铁索桥头巨石、县城东南面的学校、通信中继站的南面、县政府大院后面的山脚下等候选点。然后开展了现场踏勘，并通过对几个候选点的各项建台条件进行对比分析，最终将县政府大院后面的山脚下的点位作为首选，进行台基测试。测试结果表明该点在1至20 Hz频段UD、EW、NS三分向静态地脉动噪声有效值(RMS)分别为1.51E-07 m/s，1.72E-07 m/s，1.85E-07 m/s，相当国家标准中的III级环境地噪声的水平(1.0×10-7m/s≤Enl＜3.16×10-7m/s)。由台基垂直向噪声功率谱密度对比曲线（图1）可见，得出各频点噪声值均在-150～-110 dB范围，在全球噪声模型曲线NHNM与NLNMN之间。

参照“中国数字地震观测网络”区域数字测震台站勘选技术要求，并充分考虑波密地理条件、地质条件和气候条件，以及新建台站所必须的观测环境、基础设施条件，及台站仪器配置、供电、通信、网络、交通、施工等条件；同时也要考虑到台站运行后的管理、维护及安全保障等因素。综合各方面条件和因素后，选定该点为新建波密地震台的台址。

图1 波密台台基噪声功率谱密度对比曲线图Fig.1 Comparison curve of the noise power spectral density of Bomi seismic station with NHNM and NLNM

由于该台站为广东省援建项目，将在相当长的时间内都由援建方负责运行管理，而援建方又远离波密，交通不便，指派专人留守维护则成本太高，在当地又找不到合适的技术人员。种种条件表明，波密台应该建成高可靠性、能实现远程监控和分析处理的台站。为了实现这一目标，项目组技术人员做了精心设计，定下了几条设计原则：

（1）波密地处高寒地区，气候潮湿，有强震发生背景，观测房应达到保温、防潮、抗震的要求。

（2）由于维修维护困难，仪器系统必须稳定可靠，尽量减少维修任务，同时采用具有远程重启功能的设备。

（3）为满足远程维护及监测处理的要求，通信链路必须保证畅通，应有备份通道。

（4）应采取必要的防雷措施。

（5）无人值守台站，应采取安全措施。

2 台站建设与设备配置

2.1 台站建设

考虑到波密地区高原环境、材料运输难度大，以及建设时间要求短、冬季施工困难等因素，在保证仪器观测环境的前提下，波密地震台拟减少土建工程规模。同时由于地形的限制，台站的仪器房和摆墩房分开建设，距离约3 m。后期的仪器采用分体安装，数据采集器、直流电源、通信设备等安装在仪器房，地震计安装在摆墩房，仪器房和摆墩之间用铺设镀锌水管，用于安装摆线。

仪器房建设：仪器房外形长宽高为3×2×3 m，采用框架结构，墙体厚度24 cm，天面钢筋混凝土厚度12 cm。外墙水泥砂浆批挡后刷专用防水涂料，内墙水泥砂浆批挡扇灰后涂乳胶漆。为达到较好的防潮效果，仪器房地面先用混凝土铺底，再用2 cm厚的实木板架空20 cm高铺设；内门用实木门，外门选用钢板防盗门。

摆房建设：项目组结合当地的地形和施工条件专门设计小摆房，长宽深为0.6×0.6×0.6 m，施工时先在清洗干净的基岩上浇筑长宽高为50×50×10 cm的混凝土摆墩，摆墩四周预留减振槽和排水口后再用混凝土一次性浇筑摆房，摆房上面安装定制的钢框和钢盖板，盖板四周用不锈钢内六角螺丝固定。在后期安装地震计时，除了安装玻璃罩，还在玻璃罩的四周和上面安装高密度泡沫板，起到防潮和保温的作用。

2.2 设备配置

波密台同时安装有地震计和加速度计。在设备选型上，项目组通过多次调研比较，台站关键设备选用珠海泰德公司生产的6通道TED-324FI数据采集器和TDA-33加速度计（加速度计安装在仪器房的水泥地面上），选用英国GURALP公司生产的CMG-3ESPC型地震计。

供电采用交流220 V市电，考虑到当地电压不稳，增配了一台交流参数稳压电源。考虑到防雷要求，直流供电单元选用广东省地震监测中心研发的GL-3BR型隔离式直流电源，通过两个120 AH的蓄电池轮流给设备供电， 220 V交流电只用于对蓄电池进行充电，而与仪器设备是物理隔离的，有效地防止了感应雷从交流线路窜入而损坏贵重的地震仪器。同时，该直流电源还具有远程维护功能，工作人员能够通过GSM短信息远程重启数据采集器、通信设备等。

通信链路采用无线3G网络和通过WiFi接入有线网络的方式双备份。无线3G通过中国电信的网络远程接入广东省地震局台网中心的服务器；另一路通过WiFi接入800 m远的波密县政府网络，再通过Internet接到广东省地震局台网中心服务器。

为安全和维护需要还在台站室内外各安装了一个监控摄像头，现场环境的画面数据同样通过网络传到广东省地震局台网中心。

避雷系统采用共地方式，即台站避雷与仪器接地共用一个地网，接地电阻小于4 Ω。

波密地震台观测系统由台站观测系统+数据传输系统（分二路）+数据处理系统+信息发布所构成 （图2）。

图2 波密地震台观测系统构成图Fig.2 The diagram of Bomi seismic station observation system

3 台站虚拟组网与监测效能

3.1 虚拟组网

从台站端传回的数据接入广东省地震局台网中心的流服务器(SSS)， 然后放到数据库保存。通过广东省地震局开发的数字地震台网处理系统（JOPENS）将可实现波形显示、远程监控、震相检测、地震定位、震级测定、地震编目、地震信息发布等功能。

从地震定位的原理可知，单凭一个地震台站的数据难以得到的可靠结果。为了达到准确监控波密地区的地震活动情况，我们选取波密台站周边200 km范围内西藏台网的察隅、林芝、昌都3个台，青海台网的杂多、玉树2个台，四川台网的巴塘、乡城2个台和云南台网的中甸台，共8个台组成了一个虚拟波密地震台网（图3），对波密地区的地震进行监控。

波密地震台网的数据通过网络传送到广东省地震局下属的新丰江地震台网中心，日常监控和数据分析处理由其完成。正常情况下每旬向波密县政府和广东省地震局台网中心报送地震目录，如有异常情况则通过电话或短信告知有关部门。

3.2 监测效能

通过组成虚拟的波密地震台网，大大提高了该地区的地震监控能力。西藏东部地区地震台站平均间距原超过300多公里，新建波密地震台后缩短到250 km，从而提高了该地区地震的定位精度，ML2.5级左右地震的定位精度由原来的Ⅲ类提高到Ⅱ类。实际监测能力（图4）是：网内ML2.5级监控范围进一步扩大，特别是扩大了该地区西部和西北部的监测范围；网中心附近监控ML2.0级的范围也进一步扩大，增强了波密与巴塘、昌都与察隅之间地区微震活动的监测能力。监测震级下限为：网内ML2.5级（部分地区为ML2.0级甚至更低），网缘ML3.0级及邻近地区3.5级均可监测，并可根据有关要求快速报告地震三要素。

图3 虚拟波密地震台网台站分布图Fig.3 The distribution map of stations of the virtual Bomi seismic network

图4 波密地区地震监控能力图Fig.4 The map of the Bomi seismic monitoring ability

（1）根据新丰江地震台网中心两年来的统计，自2011年1月1日至2012年12月31日止，波密地震台网共记录了波密境内及周边地区ML0.0级以上地震共计1 798次。 其中ML＞3.0级以上地震83次，最大地震事件为2012年10月25日发生在青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市、西藏自治区那曲地区安多县交界的ML5.4级地震。

（2）波密地震台记录了大量的微震事件，其中：ML0.0～0.9级的有441次，ML1.0～1.9级的有891次，ML2.0～2.9级的有385次，ML3.0级以下小震共计1 719次，占地震记录总个数近96%。

（3）由图5可见，2011、2012年期间，西藏东部地区地震活动主要以微（小）震活动为主，有感地震较少，没有发生过强烈有感地震事件。整个地震活动水平呈现小震多，大震无的特点。并且不同震级范围的地震统计点线图之间具有一定的相关性，呈现出每月发生的地震次数基本同步增多或同步减少的特点。

图5 波密地震台网记录不同震级地震统计点线图Fig.5 The statistics graph of different magnitude earthquakes recorded by Bomi seismic network

（4）统计表明，2011年1月1日至2012年12月31日期间波密及交界地区的地震活动与整个藏东地区的地震活动水平一致。两年来共记录发生ML0.0级以上地震事件497次，其中：ML3.0级以下地震共计492次，约占总数的99%，ML3.0级以上地震共5次，没有发生一次4级以上地震。最大地震事件为2011年7月11日发生波密县境内的ML3.4级地震 （图6）。由此可见，波密县境内及与邻县交界地区的地震活动以微震、小震为主，发生有感地震事件较少，地震活动水平相对不高。

4 总结

波密地震台从2010年12月建成到2012年12月止，运行两年来没出现过仪器故障，保证了地震监测工作顺利进行，达到了预期目的。通过两年来的观测记录，取得了丰富的地震观测资料和远程监控、分析处理的成功经验。

（1）波密台的建设，填补了该县无地震台的空白。而采用先进的组网技术，利用波密周边台站组成虚拟地震台网从而实现对波密及西藏东部地区地震的有效监测，大大降低台站建设成本；从而加强了西藏东部地区地震的监测能力，扩大了该区地震的监控范围，降低了地震观测记录的震级下限，提高了整个西藏东部地区的监测水平。

图6 2011年7月11日波密等台记录ML3.4级地震波形图Fig.6 The waveform of the ML3.4 earthquake recorded by Bomi station and other stations in July 11th,2011

（2）在建设过程中注重工程质量，选用可靠的仪器设备和双信道备份，保证了台站的运行稳定和数据传输可靠。

（3）开展远程分析处理，解决了当地技术人员缺乏，实现了从千里之外为藏区人民站岗放哨，为援藏工作做出应有的贡献。

（4）波密台两年来的正常运行，记录了大量的该县境内及交界地区的小地震事件，这在以往依靠周边的台站是不可能实现的，填补了无法记录该县小震活动的空白，提高了该县的地震监测能力和防震减灾水平。

（5）不足之处是波密县的南面除东南面的察隅台之外，没有其他的地震台，造成西藏南部地区还有一大片区域为地震监测的空区。

[1]劳谦，李敬，卢子晋.无线局域网在地震观测数据传输中的应用[J].华南地震，2012，32(3)：102～106.

[2]林伟，杨马陵，郭德顺，等.广东兴宁大兴煤矿塌陷地震应急组网监测[J].华南地震，2006，26(3)：96-102.

[3]叶春明，吴华灯，郭德顺.基于网络的强震动台网监控平台的设计与实现[J].地震工程与工程振动，2011， 31 （5）： 8-12.