猴子岩水电站水库地震监测系统建设与运行
2018-10-22戴绘，朱永国，陈辉
戴 绘， 朱 永 国， 陈 辉
(1.国电大渡河猴子岩水电建设有限公司，四川 康定 626005； 2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)
1 猴子岩水电站水库地震监测系统建设的必要性
水库地震是指在特殊的地震地质背景条件下，由于水库蓄水或水位的变化而在水库区及其周边引发的地震[1-3]。大中型水电站地震监测的目的就是监测库区地震，了解、掌握其特性，并在围堰挡水和水库蓄水后监测分析其地震活动变化[4]，进行天然地震本底与水库诱发地震的判别，以便对可能的水库诱发地震进行预测预报。
猴子岩水电站位于青藏高原东南部，川西北强烈隆起区的最南端，地貌以高山和河流地貌为主，为高山峡谷区[5]。工程区在大地构造上属于松潘―甘孜褶皱系巴颜喀拉冒地槽褶皱带，处于鲜水河断裂带和龙门山断裂带交汇区北侧金汤弧形构造带的西翼，位于川滇菱形块体、巴颜喀拉块体和四川地块交接部位，区域地质构造和地震地质背景较为复杂。猴子岩大坝属于典型的高坝，且水库规模也较大，根据《地震监测管理条例》、《水库地震监测管理办法》和《水库地震监测技术要求》的规定：“坝高100 m以上、库容5亿m3以上的新建水库，应当建设水库地震监测台网，开展水库地震监测”。此外，国家当前关于防灾减灾救灾方面的新理念从原来的注重灾后救助开始向注重灾前预防转移，对地震的预防预测也越来越有必要。为此，猴子岩水电站实施了水库地震监测系统建设，对库区及周边一定范围内的地震活动进行监测，为电站水库的安全运行提供保障。
2 猴子岩水电站水库地震监测系统建设
猴子岩水电站水库地震监测系统主要由临时监测系统和永久监测系统组成，主要建设任务包括临时监测台网、临时台网中心、永久监测台网及永久台网中心的建设。猴子岩临时监测台网由4个台站组成，永久监测台网由7个台站组成，临时及永久台网中心位于成都市内。在统筹兼顾、资源共享、节约成本、便于工作安排的原则上，临时台网的台站均布设在永久台网的台站位置，临时、永久台网中心也布设在成都市内同一位置。永久的台网及台网中心正式运行后，临时的台网及台网中心即停止运行。
2.1 临时水库地震监测系统建设
2.1.1 临时监测台网建设
猴子岩水电站临时地震监测台网的主要任务是在永久地震监测台网建设完成之前采集蓄水前一年的天然本底地震信息，包括地质活动性、震源性质、介质状态及与构造的关系等，累积库区及其临近区域的地震活动背景资料。猴子岩水电站临时地震台网台站采用CDMA传输方式对地震数据进行实时传输，台站监测到的地震信号通过CDMA实时传输到临时台网中心，通过汇集、处理及存储形成水库蓄水前地震资料。当台站通讯信号中断无法实时传输时，则通过人工采集的方式进行数据采集。临时监测台网于2015年7月开始建设，2015年9月底完成建设、安装、调试等工作，2015年10月开始运行，已于2016年9月完成蓄水前天然本底地震信息的采集。
2.1.2 临时台网中心建设
临时台网中心的主要任务是完成蓄水前一年天然本底地震数据的收集、处理、存储，形成水库蓄水前地震资料。临时台网中心2015年10月开始投入使用，2016年10月开始由永久台网中心取代临时台网中心投入运行。
2.2 永久水库地震监测系统建设
2.2.1 永久监测台网建设
猴子岩水电站永久水库地震监测台网的设计目标为重点监视区库段不漏测ML≥0.5级以上地震，按此要求和可能得到的台基振动噪声干扰水平、预测的水库诱发地震危险区的范围与分布，台网的设计规模为7个高增益固定子台。永久台网于2015年7月开始建设，2016年5月底完成建设、安装、调试等工作，2016年6月台网进行试运行，并于2016年10月正式运行。
2.2.1.1 监测台网布局
猴子岩水库地震监测台网布局主要围绕大坝、主库区和有关断裂展布，7个子台具体位置如表1及图2所示。
2.2.1.2 监测区域
表1 猴子岩水库地震台网各台站位置表
猴子岩水库诱发地震监测台网重点监视区域包括：坝区附近及坝址中心约10 km范围；库区中段和向上游覆盖到梭坡附近的整个库段；从库坝区通过的水子断裂、火地北东向断裂和向上游右岸通过的大渡河断裂北段贝母山断裂等区域。台网所属子台较为均匀的布设在这个监视区内，保证在这个区域中有较高的定位精度和较低的震级下限。
2.2.1.3 监测设备技术系统
猴子岩水库地震台网各台站由数据采集单元(含地震计、地震数据采集器、GPS接收器、台站状态监视单元等设备)、台站供电单元、综合避雷单元、数据传输设备等组成，详见表2。各台站利用电信CDMA网络，通过CDMA无线路由器拨号接入电信网络，台站用户在台网中心通过认证服务器完成用户认证和IP地址绑定，完成台站与台网中心的VPDN专网组建，实现台站与台网中心间的数据安全高速的传输。台站技术系统构成与主要设备配置如图1所示。该技术系统已在多个水库地震台网成功运用，是较为成熟的技术系统。
表2 猴子岩地震台网各台站主要设备配置表
图1 台站技术系统构成与主要设备配置
2.2.1.4 台网监测能力
台网布局确定之后，台网的地震监测能力主要受限于台址的地背景噪声，当有四个以上的子台监测到P波振幅大于干扰背景4倍(12db)时，则确定为可定位地震。根据测定的地动噪声水平，再结合MAPSIS专用程序进行计算，得到猴子岩水库地震台网的监测能力如图2所示。从图中可以对比看出，台网的监测能力下限为ML0.5级，达到了设计规范要求。地震台网在远震或台网监测范围内发生MS5.0级以下地震时，可得到完整可用的记录，但网内、网缘震级超过MS5.0级时，测定地震需要与外围的国家台网相衔接(进行网间实时地震信息交换)来实现联合定位，确定地震的时间、空间、强度三要素，并通过台网强震监测系统来获取完整的地震波形数据。
图2 猴子岩水库地震台网监测能力图
2.2.2 永久台网中心建设
台网中心位于成都市区内，其位置及办公条件满足日常地震监测工作需要，于2016年10月取代临时台网中心开始投入运行。地震台站数据通过CDMA、VPDN专网传输到台网中心，外部连接通过路由器和防火墙后进入局域网，经交换机将各服务器和各种设备连接在一起，组成以太局域网。
台网中心系统的主要功能是进行数据收集、检查、存储与处理，由数据接收、数据记录、数据处理、专用供电等设备组成。网络管理中心最终完成地震监测，获取的数据信息进入台网中心数据服务器，该数据服务器再把记录到的地震数据和地震事件通过局部网络传输到人机交互系统、地震编目系统、数据备份系统以及数据库；专业分析人员对这些数据进行日常分析处理，对水库诱发地震趋势性进行预测研究；台网运行产出的资料按照要求进行记录，并刻录成光盘进行永久保存；每天的数据经过人机交互系统完成地震目录数据、观测数据、事件文件信息的备份。
3 猴子岩水电站水库地震监测系统运行
临时水库地震监测系统运行期为2015年10月～2016年9月，永久水库地震监测系统于2016年10月取代临时系统并正式运行。临时与永久水库地震监测系统运行期间稳定可靠，各项指标均满足相关技术规范及设计要求。2015年10月～2018年2月期间，台网监测到的地震总体震源深度较浅，属于浅源地震，共记录到地震事件3413次，日均3.87次，其中ML<2.0级的地震3 326次，ML≥2.0级的地震87次，ML3.0级以上地震发生较少，共计10次。期间最大震级为ML4.5级，发生在2018年2月22日08时10分49.4秒，震中位于四川省道孚县境内，震源深度4 km，距猴子岩大坝44.3 km，此次地震事件对猴子岩大坝的破坏力可参考为V度烈度，由中国地震烈度对照表可得猴子岩大坝坝址烈度为VII度，故大坝处于安全状态。
此外，基于水库地震监测系统得到的基本地震资料，先后对库区及周边天然本底地震活动特征、蓄水前后地震活动性差异、地震活动趋势及预测等方面进行了系统研究，并取得一些有价值的结论。通过有效的监测、分析及预测，猴子岩水电站水库地震监测系统可以为政府和企业提供重要的防震减灾决策依据，提高了库坝区的防震减灾能力。
4 结 语
(1)猴子岩水电站工程属于典型的高坝大库，区域地质构造和地震地质背景较复杂，结合国家当前防灾减灾救灾理念由注重灾后救助向注重灾前预防转变的形势，猴子岩水电站实施水库地震监测系统建设具有重要的现实意义。
(2)猴子岩水库地震监测系统由临时监测系统和永久监测系统组成。临时监测系统由4个台站和临时台网中心组成，于2015年7月开始建设，运行期为2015年10月～2016年9月，主要任务是收集蓄水前一年天然本底地震信息；永久监测系统由7个台站和永久台网中心组成，各台站设备主要包括数据采集单元、供电单元、综合避雷单元及数据传输设备等，监测能力下限为ML0.5级，台网于2015年7月开始建设，2016年10月取代临时系统正式运行，主要任务是收集蓄水后的地震信息。
(3)猴子岩水库地震监测系统运行期间稳定可靠，各项指标均满足相关技术规范及设计要求。2015年10月～2018年2月期间，台网监测范围内共记录到地震事件3 413次，较完整的采集了天然本底地震及蓄水后至今的地震信息。台网监测范围内的地震总体震源深度较浅，属于浅源地震，监测到的最大地震震级为ML4.5级，震源深度为4 km，距猴子岩大坝44.3 km，对大坝安全性影响较小。
