云南腾冲火山区地震/次声台阵建设*

苏 伟 楼 海 袁松湧 张东宁

(中国地震局地球物理研究所，北京 100081)

云南腾冲火山区地震/次声台阵建设*

苏 伟 楼 海 袁松湧 张东宁

(中国地震局地球物理研究所，北京 100081)

在中央级公益性科研院所基本科研业务专项《地震重点监视区地震与次声联合台阵探测对比试验》支持下，在云南腾冲火山区建设了一个由4个子台组成的三角形地震/次声台阵，首次将宽频带地震计及次声传感器联合部署在强地震活跃区及火山区。本文详细介绍了腾冲火山区地震/次声台阵的建设及其观测系统组成，特别是与次声观测有关的次声降噪滤波系统，并提出了下一步研究工作。

腾冲火山区;地震/次声台阵;观测系统;次声降噪滤波系统

引言

腾冲火山区主要位于云南西部腾冲县，火山多、面积广，上新世晚期至全新世活动频繁，据统计，腾冲火山区共有68座明显山体的火山，其中马鞍山、打鹰山及空山火山群(图1)是三大主要火山群。“九五”期间云南省地震局的流动地震监测表明［1］，火山区除马鞍山和热海有较强水热活动外，区内火山地震活动性并不高;但由于腾冲火山区位于印度板块与欧亚板块的边界附近，受到印度板块向青藏高原挤压，青藏高原抬升，物质沿川滇菱形块体东流，以及印度板块向缅甸弧俯冲等影响;近几年来火山区周边地区地震活动性明显加强，特别是2008年5月12日四川汶川8.0级大地震之后，我国川滇地区先后发生了云南盈江5.9级、四川攀枝花6.1级、云南姚安6.0级及云南大理5.0级地震。其中位于腾冲火山区的西部边缘发生了盈江5.9级地震，该地震的序列衰减非常缓慢，至今还有4级以上余震不断发生;这些现象指示了腾冲火山区具有再次活化的动力学背景，需要加强火山喷发危险性的监测与研究。

已有的观测表明［2-8］较大的天然地震及人工地震能激发次声波信号，主要有本地次声波、震中次声波及衍射次声波;一些中国研究学者认为［9-12］在大地震之前10天左右观测到了可能用于临震预报的次声波异常信号，并归为前兆次声波;但是大震前的次声波异常的可靠性仍存在争议，仍需进一步观测分析;同时地震/次声台阵广泛用于全球火山观测及喷发预警［13］，并可能对某些类型的火山喷发作出预报。为了加强滇西地区的地震监测及腾冲地区的火山观测，我们将地震与次声传感器组合起来，在腾冲火山地区建设一个由四个子台组成的地震/次声台阵，将有助于加深地震、爆炸等过程的理解。

1 地震/次声台阵概况

腾冲火山区地震/次声台阵场地勘选是从2008年下半年开始，两个备选场地都位于腾冲县城附近。一个位于腾冲县城北26 km马站附近的空山火山群，另一个位于腾冲县城西13 km的马鞍山火山群(距离腾冲热海不到10 km)，两个场地共同特点是:地势较为平坦，有植物覆盖，靠近火山。由于马鞍山火山附近要修高速公路，第二个备选场地被舍弃。2009年初开始在空山火山群附近携带次声传感器及自动气象站，勘选各个子台位置，考虑交通是否便利，有无CDMA信号，地震/次声噪音水平，主要干扰源等因素;2009年4月确定各个子台位置后，与当地村民谈判租地事宜;2009年9月26日—10月18日在腾冲火山区开展了地震/次声台阵建设，施工安装难度超过预料。大家克服建设场地多雨、道路泥泞的困难;克服水泥桩、电线杆、仪器罩等建材搬运以及地震计、次声传感器、太阳能板及重达45 kg电瓶器材搬运等困难;为按时完成台阵建设任务，早出晚归，顶风冒雨，一身泥水，终于在10月18日完成建设安装任务。

腾冲火山区地震/次声台阵位于云南省腾冲县曲石乡表院村附近(图1大三角所示)，由一个中心台和3个子台三角形台阵组成(图1上部)，台阵孔径约为1.8 km，台阵西部约6 km有马站空山火山群(图1中数字3)，其东部约15 km为海拔2000 m以上的高黎贡山。台阵除最南部的子台外，其余3个子台都位于松树林内，有较好森林覆盖;为了展布次声降噪系统的降噪管，每个子台占地面积约为670平方米;为防止动物闯入，每个子台由1.8 m高的护栏网包围;子台中央配有仪器坑及仪器防护罩，用于放置地震/次声传感器、数据采集器、供电设备等;太阳能板放置在7 m高的水泥电线杆上。中心子台配置一套六要素自动气象站。台阵附近干扰源主要有火山公园景区汽车通行干扰，黑鱼河水电站干扰，刮风干扰及雨季雷雨干扰。

2 地震/次声观测系统

腾冲火山区地震/次声台阵观测系统主要由宽频带地震计、次声传感器、数据采集系统、自动气象站、太阳能供电系统、无线传输系统以及次声降噪滤波系统(下一节单独介绍)组成。

2.1 宽频带地震计

宽频带地震计为港震机电有限公司生产的BBVS60地震计(图2)，主要特点有:60 S～50 Hz频带宽度，140 dB动态范围，遥控马达调零，外部机械解锁。台阵BBVS60宽频带地震计放置在仪器深坑内水泥墩上，为保温和防潮用挤塑板覆盖。

图2 腾冲火山区地震/次声台阵BBVS60宽频带地震计

2.2 次声传感器

次声传感器采用由法国原子能委员会(CEA)研制，MARTEC公司生产的MB2005次声传感器，该型传感器广泛用于国际禁止核试验次声台站，其主要特点有:功耗小(＜3 W)、温度漂移小(＜0.1 hPa/℃)，IP68环境防护等级，操作温度范围-20～60℃，滤波输出频带宽度为0.01～27 Hz，灵敏度20 mV/Pa，108 dB动态范围。台阵MB2005次声传感器放置在仪器浅坑的水泥墩上，四个声音接口用胶皮黑管与外接叠加腔的铝塑管相连(图3)。

2.3 数据采集器

数据采集器为港震机电有限公司生产的EDAS-24IP6通道数据采集器，主要特点有: 24位A/D转换，标准LAN以太网通讯，支持TCP、FTP、HTTP等协议，支持连续数据纪录和触发记录，支持WWW远程管理，支持FTP远程数据管理与传输，支持实时数据流输出，低功耗(＜2.5 W)，体积小，支持大容量8G CF卡。BBVS60宽频带地震计和MB2005次声传感器分别接入EDAS-24IP6通道数据采集器1—3通道和4—6通道，采样率为50 Hz。

2.4 自动气象站

自动气象站由风云高科环境监测技术(北京)有限公司生产，采用维萨拉(Vaisala)公司WXT510气象传感器，可以同时测量风速、风向、降雨量、气压、温度、湿度。自动气象站数据采样为分钟值，可以存储在数采容量为256M的CF卡内。

2.5 太阳能供电系统

太阳能供电系统由太阳能板、蓄电瓶、充放电控制器等组成，每个子台包括200 W太阳能板，2块 100 Ah蓄电瓶及两个SD1220光伏控制器;为确保供电正常，在选址时考虑太阳照射，并把太阳能板放置在高7 m的水泥电线杆上(图4)，电线杆用3根拉线固定。

2.6 无线监控传输系统

图3 腾冲火山区地震/次声台阵MB2005次声传感器

图4 腾冲火山区地震/次声台阵放置在水泥电线杆上的太阳能板

在勘选台阵台址时，我们考虑到了数据传输问题，经检测台阵附近有中国电信3G无线网络信号。因此腾冲地震/次声台阵基于中国电信3G无线网络，采用VPN虚拟网络技术组成局域网，实现北京数据服务器与腾冲数据采集器的实时通讯。无线路由器选用北京映翰通网络技术有限公司IR700型工业级路由器，其特点是功耗小，尺寸小，重量轻，传输稳定，可远程唤醒及升级，支持基于标准IPSEC的VPN服务。

3 次声降噪滤波系统

图5 IMS次声台站使用的玫瑰形风噪声削减无孔管排列系统

次声波监测中一个重要的问题是如何削减与大气紊乱有关的声波背景噪音，近地表面由风引起的气流紊乱运动极其复杂。几乎所有的削减声波背景噪音方法都是基于由Daniels(1959)提出的空间滤波技术［14］，主要是将次声传感器连接到空间声音滤波系统，当声波信号波长远大于空间声音滤波系统尺寸时，通过空间声音滤波系统的信号叠加(包括声音信号及大气背景噪音)，不同点的随机噪音由于相位不同而振幅减少，信号信噪比将显著增加。目前广泛使用的空间声音滤波系统主要有两类:一类是用多入口无孔管排列，带网孔的入口通过坚固的金属管或塑料管连接到次声传感器，当环境风速大时需要增大排列孔径;其优点是坚固耐用，适于永久台站使用，最严重缺点是无孔管排列有共振，当排列孔径越大时共振频率越小。图5显示全面禁止核试验条约国际监测系统(IMS)次声台站使用的18 m孔径、96个入口风噪声削减无孔管排列，其共振频率约为11 Hz。

为了解决无孔管排列的共振问题，用多微孔管排列系统是较好的解决办法。多微孔管排列用多微孔管环绕次声传感器呈反射状排列，其优点是降噪效果好，费用便宜，便于快速部署;主要缺点是多微孔管易受到恶劣天气及环境影响，严重时会堵塞微孔，使得降噪失效。

综合考虑场地及MB2005次声传感器的实际情况，我们提出了腾冲火山区地震/次声台阵降噪滤波排列系统(图6)。位于仪器坑内次声传感器通过4条8 m长铝塑管分别连接到四个声音叠加腔，每个叠加腔环绕8条10 m长多微孔管(图7)。由于存在多微孔管的老化，预计2～3年更换一次多微孔降噪管。其滤波降噪效果有待积累数据后作进一步分析。

图6 腾冲火山区地震/次声台阵的降噪滤波排列系统

图7 腾冲火山区地震/次声台阵的叠加腔及降噪多微孔管

4 台阵配置总结

表1列出了云南腾冲火山区地震/次声台阵仪器配置，包括主要仪器设备、数量及 配置性能情况。

表1 云南腾冲火山区地震/次声台阵仪器配置表

5 下一步研究工作

图8 腾冲火山区台阵记录到的云南大理宾川MS5．0级地震的地震/次声波形

云南腾冲火山区地震/次声台阵已开始正常记录，目前处于试运行阶段。截至2009年12月初，记录到的破环性强震是11月2日的云南大理宾川5.0级地震，该地震距离场地仅有230 km左右，图8显示了腾冲火山区地震/次声台阵记录该地震的地震波及本地次声波波形，从上到下分别为H00—H03子台垂直向地震波及次声波记录。随着记录资料的积累，预计将在以下方面开展进一步研究:

评估场地环境噪声水平，包括BBVS60宽频带地震计及MB2005次声传感器的环境噪声水平评估。

评估场地气象条件，主要是温度、风向、风速等气象要素的变化及对次声记录的影响。

地震及其它事件分析，包括频谱对比分析，事件定位分析等。

致谢

本研究获得许绍燮院士、王椿镛研究员及边银菊研究员的指导和支持，2007年修购专项提供仪器，台阵建设获云南省地震局腾冲地震台的大力支持和协助。

(作者电子信箱，苏 伟:suwei@cea-igp.ac.cn)

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The construction of seismo-acoustic array in Tengchong volcanic region of Yunnan

Su Wei，Lou Hai，Yuan Songyong and Zhang Dongning
(Institute of Geophysics，CEA，Beijing 100081，China)

Supported by the fundamental research and development project of the Institute of Geophysics，CEA——“Comparative experiment of seismo-acoustic array observation in key areas for earthquake surveillance and protection”，a seismo-acoustic array，with 4 sub-stations arranged as a triangle(the 4th of which is located near the center of the triangle)was deployed in Tengchong volcanic region of Yunnan Province.The broadband seismometer and infrasonic sensor are jointly deployed，for the first time，in a seismically active area and volcanic area.This paper provides a detailed introduction to the installation and components of the seismo-acoustic array in Tengchong volcanic region，with special attention to filtering and noise reduction system related with infrasound observations.Finally，a discussion is made about the next step for the research.

Tengchong volcanic region;seismo-acoustic array;observing system;filtering and noise reduction system

P315.6，P317.6;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.05.008

2009-08-17;

2009-10-15。

中国地震局地球物理研究所中央级公益性科研院所基本科研业务专项(DQJB07B02)及2007年测震学科技术协调组资助。