雅砻江流域下游水库地震监测系统建设与应用

冯永祥，李小伟

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都，610051）

0 前言

雅砻江发源于青海省巴颜喀拉山南麓，干流由北向南流经四川甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州，在攀枝花市的倮果注入金沙江。雅砻江流域地震地质构造背景复杂，上游地处甘孜阿坝褶皱带，中下游河段位于“川滇菱形断块”北部，在鲜水河断裂带、安宁河断裂带、金河-箐河断裂带和金沙江断裂带所围限的次级断块“雅江-稻城断块”内，区内断裂构造发育，地震监测工作非常重要。雅砻江流域水库地震监测系统设计与建设工作于2008年启动，2011年8月系统一期工程投入考核运行，2012年3月转入正式运行。系统一期共由38个沿江分布的野外测震台站组成，地震监测范围覆盖了流域下游锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩和桐子林等5座电站库坝区及附近区域。

1 系统概况

系统一期布置范围覆盖了雅砻江流域下游河段电站水库，由38个野外测震台、7个中转汇集站及1个流域水库地震监测中心组成，监测中心设在成都。系统采用了反馈式短周期地震计、宽带地震计、加速度计、24位数据采集器等地震观测设备及相关专业软件，使用了卫星、无线网络数传、CD⁃MA、SDH、无线超短波等多种传输方式，实现了在边远山区公共通信困难、地形地貌复杂条件下观测数据有效传输。观测环境地噪声水平Ⅰ类台站13个、Ⅱ类台站22个、Ⅲ类台站3个。水库地震重点监测区，有效地震监测能力下限为ML0.5级，震中定位精度优于2 km。雅砻江流域中下游水库地震监测系统台站分布见图1。

2 系统组成

图1 野外测震台站分布图Fig.1 Distribution of field seismic stations

雅砻江流域下游水库地震监测系统由地震台站系统、数据传输系统和监测中心组成。采用了卫星、无线网络数传、CDMA、SDH、无线超短波等通信传输方式，经过科学合理的信号中转与汇集，将分布在从最下游到下游某控制性电站绵延近400 km、约2.3万km2的攀西大裂谷之中的38个野外测震台、7个野外中转站监测信号汇集至成都监控与数据处理中心机房，实现了在边远山区公共通信困难、地形地貌复杂条件下观测数据实时有效传输，实时传输运行率优于95%的指标要求；实现了流域水库地震信息化、一体化集中远程监测，避免了各电站单独建立台网与数据中心，优化了流域各电站水库监测台站共享衔接，实现了数据集中处理与监测成果实时共享。系统总体技术架构见图2，监测数据通信网络拓扑见图3。

2.1 野外台站

野外测震台站系统由测震、数据传输、供电避雷等设备构成。地震计将地面运动参量转换为模拟电参量；数据采集器再将模拟电参量处理成数字信号；GPS时钟提供基准时间授时服务；传输设备将数据送至系统监测中心；供电系统为台站设备提供不间断电力供应；避雷设施用以降低台站设备遭受雷击损坏的风险。台站采用反馈式短周期地震计、宽带地震计、加速度计、24位数据采集器等地震观测设备及相关专业软件，使用了卫星、无线网络数传、CDMA、SDH、无线超短波等多种传输方式，保障各野外测震台站监测数据实时有效采集与传输。野外台站系统布置图见图4，典型台站通信传输路径拓扑图见图5。

图2 流域下游水库地震监测系统总体构架Fig.2 Overall framework of earthquake monitoring system for downstream reservoirs of the Yalong river basin

图3 流域下游水库地震信息化监测数据通信拓扑图Fig.3 Communication topology for monitoring data

图4 野外台站系统布置图Fig.4 System layout of field seismic station

图5 典型台站通信传输路径拓扑图Fig.5 Topology of communication transmission path of typical station

2.2 监测中心

监测中心包含数据汇集存储、数据处理、台网监控、数据服务和网络互联等，实现野外台站实时波形数据接收汇集、存储、数据处理与实时在线监测，用以时刻掌握系统的运行情况，严密监视库坝区的发震信息；还包含地震速报、成果资料产出和水库地震分析研究等，具备产出各种运行日志、数据报表和地震参数测定的功能。同时，监测中心通过SDH专线和四川地震行业网互联互通，实时向省地震局共享雅砻江流域下游水库地震监测成果。监测中心预留了升级扩容空间与接口，以备接入后续建设的台网。监测中心系统布置见图6。

3 理论监测能力

地震台网地震监测能力（可定位震级下限）取决于台网台站的台基噪声水平、台站布局和仪器系统灵敏度三个因素。仪器与台网布局确定后，台网地震监测能力主要受到台站环境台基噪声的约束。理论上将至少有4个以上的地震台记录到同一地震，确定可定位地震。根据震级计算公式，即：

图6 监测中心系统布置图Fig.6 System layout of monitoring center

式中，V为最大S波振幅值与环境地噪声水平的比值，取6倍；T为水库地震优势周期，C为台基噪声校正值，取0；R(△)为量规函数。

通过R(△)求出单台在不同震中距下，可观测到的最小震级。以4个以上台站，可同时观测到某一震级地震为标准，划定台网对该震级地震的监测区域。若区域内有4个以上台站能同时监测到某一震级地震，则该区域属于台网的该震级可观测范围。据此进行理论计算、作图，可得流域地震系统监测能力图，如图7所示。计算表明地震台布局科学合理，监测能力达到可定位震级下限为ML≥0.5级的预期设计值。

4 运行评价

4.1 运行监控

按照GB/T 31077-2014《水库地震监测技术要求》，地震监测台站月运行率应不低于95%。本系统运行情况表明：自投运以来流域水库地震监测系统运行稳定，月运行率均达到95%以上，满足指标要求。2016年度各月运行率见图8。

图7 流域水库下游地震远程自动化监测系统地震监测能力Fig.7 Seismic monitoring capability of remote automatic moni⁃toring system

图8 2016年度各月运行率统计柱形图Fig.8 Monthly running rate of 2016

4.2 台基噪声

按照GB/T 19531.1-2004《地震台站观测环境技术要求》规定，台基背景噪声在1～20 Hz频带范围内速度RMS值作为评估台站台基类型的标准。以2016年度每月抽取1 h的连续波形中的垂直向（UD）波形数据为样本，对台基噪声功率谱密度进行测定，计算1～20 Hz频带内的各台速度噪声有效值（RMS）的平均值，用以评定台站目前运行环境噪声级别。

经计算分析，2016年度38个台站年台基噪声平均水平在6.25×10-9～7.68×10-8m/s范围内，其中台基噪声水平达到Ⅰ类有33个台站，Ⅱ类有5个台站，台站无明显环境变化及重大干扰源，台站运行噪声环境有所改善。典型台站噪声曲线见图9。

4.3 监测运行能力

图9 典型台站噪声曲线Fig.9 Noise curves of typical stations

利用台网监测区域实际观测到的已定位地震，引用古登堡-里克特公式（G-R关系）来验证监测能力是否达到可定位震级下限为ML≥0.5级的预期设计值。古登堡-里克特公式如下：

lgN(M)=a-bM

式中，N(M)为震级大于M的地震总数，a、b为常数，a反映平均地震活动水平，b反映大小地震的比例关系。

利用台网记录到的指定地区域内实际已定位地震来绘制lgN-M曲线，震级低于某个值MC时，实际观测记录的地震与拟合直线发生明显偏离，此偏离点可定为台网可定位震级的下限，即最小完整性震级MC。根据G-R关系拟合计算确定，流域水库地震远程自动化监测技术系统最小完整性震级MC优于ML0.5级，表明系统地震记录完整性及数据可用性良好，运行状况及监测能力满足要求。

4.4 监测成果

根据流域水库地震监测系统地震监测成果，锦屏一级库区地震活动主要分布在岩脚-下落府-盖地库段，以微小地震为主（ML2.0级及以下的地震占比达95%），最大震级为MS4.1级，地震活动分布区域及最大震级总体上与《四川雅砻江锦屏水电站地震安全性评价报告》预测成果基本一致。库区较大地震发震断裂产状一致性较好，库区及周边区域地震活动总体受区域构造活动的控制。鉴于锦屏一级水电站库区所处的大区域构造发育，存在产生中强地震的地质构造背景，需要持续关注并监测、分析库区地震活动情况。

5 结语

水库地震监测台网是动态监测水库库区一定范围内地震情况的一种手段，也是水库库区防震减灾工作的重要组成部分，更是国家法律法规强制要求必须做的一项工作。雅砻江流域下游水库地震监测系统是四川省首个按流域规划设计并建设的水库地震监测专用系统，该系统野外测震台站布局科学合理、技术先进，实现了水库地震流域化、信息化、一体化以及实时在线监控，实现了野外全台站无人值守运行模式。系统投入运行至今，运行质量、运行环境和监测能力保持良好，甚至有所改善提升。系统为区域防震减灾工作和工程安全提供了及时准确的基础信息，发挥了显著的社会效益。 ■

[1]李小伟,冯永祥,张晓松.雅砻江流域水库地震监测运行管理[C].中国水力发电工程学会大坝安全专业委员会2016年会,2016.

[2]褚孝远,韩进,杜瑶,等.雅砻江流域下游梯级水库地震台网监测能力验证[J].华南地震,2015,35(1):57-61.

[3]胡先明,邵玉平.水库地震台网监测能力计算方法——基于G-R关系式[J].地震地质,2010,32(4):647-655.

[4]孙学军,姚宏,牟剑英,等.岩滩水库地震监测台网技术系统[J].地震地磁观测与研究,2016,37(1):113-118.

[5]傅淑芳,刘宝诚,李文艺.地震学教程[M].地震出版社,1980.