英山數字地震臺的勘選及建設*

丁世念 魏貴春 商國利 胡四清

(1)湖北省地震局，武漢 430071 2)英山縣地震局，英山438700)

英山數字地震臺的勘選及建設*

丁世念1)魏貴春1)商國利1)胡四清2)

(1)湖北省地震局，武漢 430071 2)英山縣地震局，英山438700)

通過對英山數字地震臺臺址背景噪聲的分析和計算，得出了臺址背景噪聲地脈動速度均方根(RMS)值、觀測動態范圍和噪聲信號功率譜，表明臺址地脈動噪聲水平基本符合數字地震觀測技術規范要求。

英山地區;數字地震臺;背景噪聲;地脈動;觀測技術

1 引言

按照湖北省地震背景場探測工程規劃，“十一五”期間擬在湖北省英山縣新建一個無人值守的測震觀測臺站。根據搜集到的各項技術資料和圖件，選定在湖北省黃岡市英山縣溫泉鎮黃柏山村附近建臺，該地距英山縣城約10 km，海拔高程280 m。交通、通信、供電等條件基本滿足建臺要求。

該地區屬長江中游亞熱帶大陸季風氣候，氣候溫和、四季分明、光照充足、雨量充沛，年降水量的70%集中于4～8月，年平均氣溫16.4℃。地勢自北向南逐漸傾斜，北部的大別山脈主脊呈西北-東南走向。中部為丘陵區，高低起伏，谷寬丘廣。南部為狹長的平原湖區，發源于大別山脈的6條水系，均自北向南流經該區匯入長江。臺址區位于華北地臺與揚子地臺之間的秦嶺-大別褶皺帶東段，區內構造發育，出露基巖巖性為片麻巖，地震活動水平較低。

臺址勘選和建設按照國家的相關標準和項目的技術規定執行。本文主要分析臺站勘選和建設過程中遇到的一些技術問題并提出解決辦法。

2 臺址勘選技術

2.1 勘選流程的規范化

勘選主要包括3個階段：圖上作業、宏觀勘選和儀器勘選，各階段均有行業專家參與。

1)圖上作業的主要任務是依據臺站布局需求和大比例尺地圖，初步確定宏觀勘選的大致方位和范圍，根據地質、氣象、交通、通信、經濟社會發展等地理人文環境，對建臺的可行性進行初步分析，為下一步的宏觀勘選做好準備。圖上作業完成后提交勘選工作實施方案及相關結果表格。主要包括：資料收集的種類和要求，臺址附近的地質構造、水文地質等情況，包括基巖埋深、巖性、地下水位等，收集大比例尺的地質圖;臺址附近的地形、地貌情況，包括1：5萬的地形圖;臺址附近的氣象條件，包括最大年溫度變化、最大日溫度變化、年均降雨量、最大風速、年均日照量等情況;交通條件，包括交通圖等;臺址附近公路、鐵路、機場、水庫、湖泊、河流以及大型廠礦等主要干擾源分布情況。

2)宏觀勘選則根據圖上作業的結果進行實地踏勘，詳細調查臺基地質環境、氣象、交通、供電、通信、經濟社會發展規劃等地理人文條件，確定下一步儀器勘選的具體點位，調研臺站施工條件和建設成本。宏觀勘選完成后填寫相關表格，并給出擬采取的觀測方式(山洞、地面、井下等)、供電方式、通信方式等方面的初步分析結論。

3)儀器勘選包括現場地脈動儀器測試、必要的通信信道測試、測試數據分析處理、測試報告編寫等，確定擬建設臺站的具體點位，給出擬采取的觀測方式(山洞、地面、井下等)、供電方式、通信方式及建設成本等方面的明確結論［1］。

2.2 測試儀器及數采裝置的選取

勘選采用的測試儀器選用北京港震機電技術有限公司生產的FSS-3B型地震計和EDAS-24IP數采。FSS-3B型地震計是三分向一體的電子反饋型短周期地震計，具有靈敏度高，范圍動態大等特點。FSS-3B型地震計采用了自振頻率為3 Hz及其穩定的短周期機械部分，配置高靈敏度的電磁換能器，并應用了電子反饋技術，閉環反饋后的等效自振頻率為1 Hz，觀測頻帶為1～40 Hz。電子反饋技術的應用提高了地震計的動態范圍，降低了地震計的非線性失真。EDAS-24IP數采為北京港震機電技術有限公司生產，參數設置與監控軟件為2.0版，利用單道噪聲功率譜計算地動噪聲RMS值。

EDAS-24IP是專門針對要求IP通信方式的地震觀測而開發的一種新型的高分辨率、大動態范圍的地震數據采集器，支持基于Internet的網絡通訊和數據傳輸，支持大容量數據存貯，具備數據采集、記錄、網絡服務功能，體積小、功耗低，適合流動地震觀測;基于這些特點，也同樣適合國家和區域數字地震臺網使用。

2.3 地脈動測試情況及數據分析

對臺址的地脈動進行了48小時的測試，測試結果見圖1～3和表1。

通過對測試數據的分析可以看出：

圖1 地脈動噪聲RMS值變化曲線Fig.1 Variance curve of the RMS values about the ground pulsation noise

圖2 00時地脈動噪聲RMS值變化曲線Fig.2 Variance curve of the RMS values about the ground pulsation noise at 00 hour

圖3 地脈動噪聲功率譜密度曲線Fig.3 Curve of the power spectral density of the ground pulsation noise

表1 地脈動噪聲RMS值Tab.1 RMS values about the ground pulsation noise

1)通過統計原始測試波形，非天然地震事件為5次，發生頻度N=0.104次/小時，非天然地震事件持續時間約8分鐘，占記錄時間的0.277%，按照規范0.05＜N＜0.2且R＜0.5%的標準，該臺址干擾評定為一般可以忍受;

2)從圖2可以看出，在48小時內，01～05時左右的地脈動噪聲值較小，00時左右的地脈動噪聲值相對較大(8.898 85×10-8m/s)，但仍滿足規范要求;

3)從圖3可以看出，在1～20 Hz頻帶內，加速度功率譜密度均低于NLNM，為優秀;

4)通過對英山臺址48小時的測試，三分向靜態地脈動噪聲有效值分別為：UD向1.524 04×10-8m/s，EW向2.059 89×10-8m/s，NS向1.857 44× 10-8m/s，該測試結果滿足規范三分向平均地動噪聲RMS值應小于1.0×10-7m/s的要求［2］。

2.4 建設條件分析

1)干擾因素在臺站周圍不明顯。1 km范圍內無活動斷裂帶和破碎帶;周圍無山洪通道和泥石流滑坡、溶洞等;周圍目前未發現采石爆破等工業干擾。

2)基建與工作條件良好。程控電話和市電接入距離不大于1km;臺站所處區域大面積裸露的片麻狀花崗巖硬度較高、整體性較好;臺址區交通便利，距離英山縣城約0.5小時的路程。

3 臺站建設技術

3.1 儀器房和儀器墩的設計與建設

儀器房的空間為4.8 m×3.3 m×4.2 m，擺房分緩沖過道和儀器室兩部分，上下圈梁和構造柱結構;拾震器墩按1.0 m×0.8 m標準設計，距離地面高度0.1 m，建在完整的基巖上，四周預留0.05 m寬的隔震槽。

在儀器房的建設中，為了減小室內溫、濕度隨外界影響的變化，特別采取了以下措施：

1)采用24和12雙層墻體結構，中間夾0.1m的聚苯乙烯保溫材料;房頂采用鋼筋混凝土現澆尖頂，并在屋頂加做一層防水材料。

2)利用緩沖過道和兩道密封門，以減少環境溫度變化和人員進出產生氣流對地震儀的影響。

3)儀器房地面及靠山體墻面做防潮處理，儀器安裝運行前配備小功率的抽濕機，為防止抽濕機工作時產生的氣流對地震觀測的影響，在安裝地震計時用有機玻璃制作儀器罩進行密封。

在儀器墩的制作過程中，考慮到地表臺本身會給地震計帶來多種干擾因素的缺陷，施工時在出露地表的基巖上直接鑿平一個儀器墩的坑基平面，這樣減少了地震計接受來自不同界質面上傳播地震波的層次，使地震計記錄的地震波形更為真實。

3.2 防雷設計與地網制作

臺址周圍土壤電阻率達2 700 Ω·m，自然接地電阻33 Ω。按照設計要求：記錄室埋設儀器專用地線，接地電阻＜4 Ω;擺房接地電阻＜4 Ω。

記錄室內儀器使用的220 V電源設計安裝2級避雷裝置(如原380 V總電源未做避雷，需增加一級避雷)。考慮到場地環境的實際情況，參照新一代天氣雷達站防雷技術規范［3］的要求，當土壤電阻率大于1 000 Ω·m時，共用接地系統的接地電阻可適當放寬。因此，設計接地網工頻接地電阻小于4 Ω。具體采取以下措施：

1)防雷電感應。電源過電壓保護，采用三級防護：第一級采用通流量100kA避雷器，第二級采用通流量40 kA避雷器，第三級采用通流量20 kA避雷器。信號過電壓保護：凡從室外進入儀器房的視頻線數據控制線都要安裝相應的信號避雷器。

2)等電位聯接。除防直擊雷接地外，所有的電氣接地都要進行閉合環的等電位聯接。

3)地震儀器房建筑物的防雷。按照設計要求在施工時將圈梁、構造柱、基礎梁焊接在一起，形成一個環形網，并引下線良好接地。

4)電源防雷。電源的接入用鎧裝電纜或套金屬水管埋地15 m遠以上，防止從電源線路引入的雷擊。

5)儀器設備和信號線防雷。按照地震臺站觀測系統布線及防雷技術要求［3］設計，電源避雷器不少于2級，信號電纜采用金屬管外套，并有良好的接地。

6)地網制作。由于臺址附近土壤電阻率較高，敷設水平與垂直復合式接地極，接地系統采用水平環型接地與垂直接地體相結合，采用L50×50鍍鋅角鋼作垂直接地極，埋設深度為2m，周圍敷設長效降阻劑，水平接地體采用-40×4鍍鋅扁鋼，埋設深度一般為0.6 m，周圍敷設長效降阻劑，或加模塊。

3.3 通信信道的選擇

考慮到測震觀測數據的實時傳輸要求高，并為無人值守，需便于遠程管理和故障的快速判定等，選擇的信道傳輸方式為2 M Internet接入。這樣既確保了數據通信可靠性，又解決了通信設備的防雷問題。

4 啟示

回顧英山地震臺勘選和建設過程的全部工作，得到以下幾點啟示：

1)臺站勘選流程的規范化是臺站建設和今后運行工作的堅實基礎;

2)基巖儀器墩的選擇和建設質量是無人值守地震臺未來獲取高質量監測數據的關鍵;

3)科學合理的臺站設計和施工建設是無人值守數字地震臺站正常運行的保障，尤其是臺站的防雷和防潮等技術。

1 魏貴春，等.湖北省測震臺網英山臺場址勘選報告［R］.2009.

2 中國地震局.中國數字地震觀測網絡技術規程［S］.北京：地震出版社，2005.

3 中國地震局監測預報司.地震臺站觀測系統布線及防雷技術要求(試行)［S］.2010.

SELECTION AND CONSTRUCTION OF YINGSHAN DIGITAL SEISMOSTATION

Ding Shinian1)，Wei Guichun1)，Shang Guoli1)and Hu Siqing2)

(1)Earthquake Administration of Hubei Province，Wuhan 430071 2)Earthquake Administration of Yingshan County，Yingshan438700)

The task for selection and construction of Yingshan digital seismostation comes from sub-programs of Hubei Provincial earthquake background field exploration project，which is one of newly-built unattended digital seismic stations in Hubei province during the Eleventh Five-Year period.By analyzing and calculating the background noise of Yingshan digital seismostation，we got the root-mean-square(RMS)value of the ground pulsation speed，the dynamic range of observation and the power spectrum of the noise signal about the background noise of station.The result shows that the background noise level of the station satisfy basically the normative requirement of the digital seismic observation technique.

Yingshan region;digital seismostation;background noise;pulsation;observation technique

1671-5942(2011)Supp.-0068-04

2011-05-30

國家自然科學基金(407303172011)

丁世念，男，1957年生，高級工程師，長期從事地震監測預報和項目建設管理工作.E-mail：dingsinian1957@126.com

P315.73

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