新丰江水库地震监测系统介绍

刘少文，李 敬，刘志华，赖细华

(新丰江中心地震台，广东 河源 517021）

0 前言

1959年月10月，新丰江水库截流蓄水后不久，库坝区及附近频繁发生有感地震，得到了国务院和广东省政府的高度重视，1960年中国科学院地球物理研究所成立了河源地震考察队，1962年广东省科学技术委员会在河源地震考察队的基础上组成了新丰江地震考察队，1966年邢台地震后成立了地质部在南地震地质他，专门从事中南地区地震地质工作，1979年正式成立了新丰江中心地震台，管理河源新丰江地区的台站工作，是国家基本地震台站。新丰江水库区的地震监测是随着新丰江水库的建立而发展起来的。1960年10月在新丰江水库区建立了第一个固定地震观测台 （双下台），后来逐渐增加了双下、苟排、碉楼和回龙地震台，初步形成水库地震监测网，尔后增加了一些流动台观测和三分向观测的台站。1966年中南地震地质队在新丰江水库区周围陆续开展了一些前兆观测：地应力、地电、地形变、水化学、断层位移测量和地倾斜观测。1980年，在新丰江水库区布设了由中心台、新港、湖羊角、龙潭口、徐洞、梧丰、洞源、锡场等组成的无线遥测地震台网，在阿婆山建立了三路中转站，1983年起正式报送资料。1991年，新丰江地震台与新丰江遥测地震台网合并，1997年开始对新丰江地震台进行数字化改造，并成为省数字台网的一个子台，2001年对新丰江无线遥测台网进行数字化改造，由新丰江、新港、龙潭口、湖羊角四个子台组成。2011年在新丰江水库区新增了十个测震台：和平、东方红、白岭头、樟下、东星、洞源、杨梅、绿缘、七寨、桂林。至此新丰江数字遥测地震台网共有十四个子台，且与省网共享河源市周边地区台站的数据。随着 “九五”、 “十五”、 “十一五”项目在新丰江中心地震台的实施，对新丰江中心地震台的观测项目进行了调整和数字改造，至现有的观测项目：测震、强震、大坝台阵、GPS、跨断层形变、地电阻率、大地电场、水氡、地磁、地倾斜、数字气氡、水位、数字温度计、气象三要素等。

1 开展新丰江水库诱发地震监测的地质构造背景

河源地区处于华南板块，地质构造复杂，既有褶皱，又有断裂，还有不同时期的岩浆活动，从地层分布上看可以分为三个区：北部沉积区、中部花岗岩区、南部沉积岩区，以燕山期侵入花岗岩的新丰江岩体分布最广。本区的构造带有北北东、北北西和北东东三组。北北东向断裂带是地表最突出的构造，深部构造也有一定的反映，它是一组以逆断层或逆掩断层为特征的断裂，压性为主，兼具扭性。北北西向断裂在新丰江水库区很发育，该组断裂规模不大，延长不远，延伸不深，但分面甚广，它们主要是一组陡倾角的水型平推断层和剪切节理，多为左旋扭动，并常为石英脉及基性岩所充填。北东东向断裂带为基地深断裂及花岗岩体接触的挤压破碎带。

根据地震地质资料和震源机制解表明，北北西向断裂是1962年3月19日新丰江水库诱发的6.1级主震的发震构造。

2 新丰江水库地震监测台网的发展过程

图1 新丰江水库区主要断裂带构造图Fig1 Tectonic map of main faults in Xinfengjiang reservoir area

2.1 人工值守观测模式

新丰江水库早期的地震观测采取人工值守方式，人工值守观测采用分散记录，分散授时，熏烟笔绘记录，人工计算地震基本参数等，其观测精度低，处理速度慢，维护管理困难。1960年月10月在大坝下游的双下村设立了新丰江第一个临时地震台，1961年增设了两个流动台，使用的都是短周期地震仪，此后增加了一些固定台和三分向地震仪，都采用有人值守模式进行观测。新丰江水库的人工值守观测组网是我国水库地震监测的一个里程碑，开创了我国水库地震监测和研究的先河。

2.2 模拟遥测组网观测模式

新丰江遥测台网是在原有人值守台网的基础上发展起来的，针对有人值守台站的生活条件、交通和干扰大的因素制约。1975年5月国家地震局决定在新丰江建设小型无线遥测台网，使布局更合理，能记录到MS≤0.1级微震，以加强对水库地震的监测和研究，因此率先采用无线遥测模式观测水库诱发地震的是全国瞩目的新丰江水库。1980年10月具有8个子台 （见图2）、一个中继站规模的新丰江水库遥测地震台网通过验收鉴定。新丰江水库地震监测技术的应用标志着水库地震监测从分散到组网方式的飞跃式进步。基于当时的技术条件，台网中心用PC-1500式微机处理地震参数，从1983年10月起正式报送资料。

2.3 数字地震遥测组网观测模式

图2 新丰江模拟地震遥测台网台站分布Fig2 Station distribution of Xinfengjiang analogue telemetric seismic network

新丰江数字遥测地震台网属国家地方性台网。 “九五”期间，将原来8个模拟遥测台站中的新丰江、新港、龙潭口、湖羊角进行了数字化改造，仪器全部采用24-IP数采、宽频带地震计和可控直流电源，应用CDMA无线网络和无线数码网桥组网。同时将河源市县区的紫金、龙川、连平纳入新丰江台网。 “十一五”期间主要是围绕新丰江大坝的周围进行布设台站，新建了洞源、东星、杨梅、白岭头、绿缘、樟下、七寨、东方红、和平、桂林等10个子台，组成了水库区周围14个台站 （图3）和市县区3个台站组的新丰江数字遥测地震台网，台站仪器使用24位IP数据采集器、安装部分宽带地震计和短周期地震计，同时利用因特网的VPN虚拟网络技术，完成地震信息共享和反馈，具有良好的监控功能和数据交换，大大加强新丰江水库区的微小地震的监测。

3 新丰江数字地震台网的技术系统

图3 新丰江数字地震遥测台网台站分布Fig3 Station distribution of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

3.1 地震台网的总体结构

新丰江数字地震台网总体结构如下图4所示分成地震台站、通讯网和台网中心三大部分。有17个数字地震台站，台网中心设在新丰江大坝下游约两公里处，具有数据收集、地震快速处理、数据常规分析、数据储存和数据服务等功能。台站与台网中心的数据传输，主要采用CDMA无线网络、无线网桥和电信光纤。在地震台站，地震计输出的模拟信号经数据采集器A/D电路转换为数字信号，数字信号进入IP盒至无线网络、光纤、网桥等传到广东省台网心，经Iternet实时传至新丰江台网中心，其中新丰江台数据经无线网桥直接传到新丰江台网中心，汇集后进行统一数据处理。

3.2 地震台网的总体数据流程

图4 新丰江数字地震遥测台网总体结构Fig4 General structure of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

新丰江台网中心实时收集17个台站的数据，其中16个台站数据经广东省台网中心实时接收，由省网中心通过光纤实时传送到新丰江台网中心，1个台站的数据经无线网桥直接传输到新丰江台网中心实时接收。实时接收主服务器连续不断接收地震数据，把这些连续波形以1个台站三分向的文件形式进行连续存储，同时不断检测每个台站的数据的通信状况，当信号中断时就发一个信号给警报器。台网中心实时对17个台站数进行波形实时显示、事件识别和地震震相分析处理，人机交互分析处理结果直接提交到广东省台网中心数据库保存。

3.3 地震台网的台站组成

图5 新丰江数字地震遥测台网总体数据流程Fig5 Data flow of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

地震监测台站均为无人值守设计，建有固定的摆房。台站设备主要有数据采集单元（含地震计、地震数据采集器、GPS接收器等设备）、台站供电单元、综合避雷单元、数据传输设备。地震计拾取的地震信号直接传输到数据采集器后，经网络交换机传至IP盒由CDMA网络传到台网中心。

3.4 地震台网的台网中心构成

图6 新丰江数字地震遥测台网台站组成Fig6 Station composition of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

地动信号经地震计转化成为电信号后，送入地震数据采集器并被转化为数字信号，该数字信号连同时间参数、台站工作状态参数通过数据传输设备送往广东省台网中心，地震数据经internet网络传到新丰江台网中心，台网中心将接收到的各台站数据进行汇集、处理、存储等。

图7 新丰江数字地震遥测台网中心构成Fig7 Composition of the center of Xinfengjiang digital telemetric seismic network

4 结束语

水库诱发地震的监测、预测是地震科技直接为国民经济建设服务的重要内容之一，水库诱发地震观测经历了人工值守地震台组网、模拟遥测组网和数字化遥测组网三个阶段。新丰江台网从建设人工值守台站到数字化组网观测，为新丰江水库地震预测研究提供连续、可靠、完整的资料，记录了数万次地震，最大地震为1962年3月19日的MS6.1级地震。水库诱发地震监测数字化的高精度和大动态与台网布设的高密度相结合不仅有利于对诱发地震的预测研究，也必将推动地震研究的进步。

[1]国家地震局科技监测司.中国地震台志第二卷第二分册 [M].北京：地震出版社，1992.

[2]广东省地震局.广东省地震监测志 [M].北京：地震出版社，2004.

[3]杨晓源.我国近年水库地震监测综述 [J].地震地磁观测与研究， 1999，20(2）：3～15.