北京市數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)及觀測數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：P315.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-7780（2025）07-0407-09

doi：10.19987/j.dzkxjz.2024-111

AbstractThis study introduces the development of the Beijing Digital Strong Motion Observation Network through the Ninth Five-YearPlan，TenthFive-Year Plan，Olympic Guarantee，National Earthquake IntensityRapid Reporting and Early Waming Project，and other projects，and counts the data recorded bythe strong motion network from 2016 to 202 and presents its application in the rapid output of seismic intensity measurements.It shows that the rapid output of the Beijing Digital Strong Motion Observation Network provides important reference values for earthquake emergency work in post-earthquake response， emergency disposal， command， and dispatch.

Keywordsstrong motion observation network; seismic station; seismic records; intensity calculation

0 引言

北京是歷史文化古都也是一座現(xiàn)代化城市，有著2000多萬人口，是我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。北京及其鄰區(qū)位于大華北地域不同性質(zhì)新構(gòu)造單元的結(jié)合部位，跨越華北平原斷坳區(qū)和燕山一太行山一內(nèi)蒙高原斷塊隆起區(qū)兩個一級新構(gòu)造單元，地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，活動斷裂發(fā)育，是我國大陸構(gòu)造活動強(qiáng)烈且強(qiáng)震頻發(fā)的地區(qū)之一，歷史上曾多次發(fā)生破壞性地震[1-3]，具備發(fā)生強(qiáng)烈地震的構(gòu)造條件。北京地區(qū)歷史上曾發(fā)生11次5級以上中強(qiáng)地震，其中平谷、延慶、通州、大興、海淀等地都曾發(fā)生過6級以上強(qiáng)烈地震，最大地震為1679年三河一平谷8.0級地震[4-5]。此次地震造成房屋倒塌無數(shù)，死亡約4.55萬人，按照當(dāng)時地震影響區(qū)域內(nèi)的受災(zāi)總?cè)耍?00余萬）估算，死亡人數(shù)占比高達(dá) 0.65%^[6] 。作為減輕地震災(zāi)害的一項重要基礎(chǔ)工作，必須進(jìn)一步加強(qiáng)強(qiáng)震觀測臺網(wǎng)建設(shè)[7]。經(jīng)過20多年的不斷發(fā)展與建設(shè)，北京市數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)現(xiàn)已達(dá)到一定規(guī)模。本文擬對北京市數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)發(fā)展概況及觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面進(jìn)行分析總結(jié)。

1臺網(wǎng)發(fā)展歷程

從20世紀(jì)60年代我國開始開展強(qiáng)震動觀測就開啟了中國強(qiáng)震動觀測的發(fā)展歷程，到“十五”已建設(shè)初具規(guī)模覆蓋我國大陸地區(qū)的國家數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)[8]。北京市數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)建設(shè)是從1997年開始起步的。

截至2001年，完成國家“九五”項目，建成京區(qū)強(qiáng)震（烈度）數(shù)字遙測臺網(wǎng)的17個強(qiáng)震動子臺；北京市政府專項，建成京區(qū)強(qiáng)震動數(shù)字遙測臺網(wǎng)示范工程（2個結(jié)構(gòu)臺陣）；首都圈防震減災(zāi)示范區(qū)項目，建成京區(qū)強(qiáng)震（烈度）數(shù)字遙測臺網(wǎng)（24個強(qiáng)震動子臺）。共計完成43個強(qiáng)震動監(jiān)測子臺（包括2個結(jié)構(gòu)臺陣）和1個強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)處理中心建設(shè)。

2003年實(shí)施“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”（簡稱“十五”）項目，即北京市數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)震動分項工程，完成50個強(qiáng)震動固定臺、80個烈度速報臺、15個衰減臺陣（工力所建設(shè)）的建設(shè)。截至2007年10月，北京市地區(qū)完成了145個強(qiáng)震動臺（包括15個衰減臺陣）的建設(shè)。

2008年啟動“北京奧運(yùn)場館區(qū)地震動烈度速報系統(tǒng)”（簡稱“奧運(yùn)保障”）項目，完成了奧運(yùn)場館區(qū)場地52個地震動烈度速報臺的建設(shè)。

2014年完成“北京市地震背景場探測項目”（簡稱“背景場”）項目，新建成22個強(qiáng)震動臺。此時，北京市數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)規(guī)模達(dá)263個臺站，成為當(dāng)時我國強(qiáng)震動臺站密度最高的地區(qū)。

2020年實(shí)施了“國家地震烈度速報與預(yù)警工程北京子項目，至2023年4月，北京子項目完成改造建設(shè)137個臺站，其中，新建1個基準(zhǔn)站、24個一般站；改造32個基準(zhǔn)站、80個基本站；另外，地方投資新建1個基本站（馬坡強(qiáng)震動臺）和41個一般站，改造20個背景場強(qiáng)震動臺，北京地區(qū)建設(shè)臺站規(guī)模達(dá)199個（包括134個強(qiáng)震動臺）；完成改建1個北京市地震烈度速報與預(yù)警中心。

2022年為提升通州區(qū)副中心地區(qū)監(jiān)測能力，新建了10個強(qiáng)震動臺。2023年進(jìn)一步提升北京市延慶地區(qū)監(jiān)測能力，又新建了39個強(qiáng)震動臺。

截至2023年11月，北京市數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)實(shí)際投入觀測運(yùn)行臺站達(dá)235個。包括：“九五”2個臺站、“十五”48個臺站、“奧運(yùn)保障”2個臺站、“國家地震烈度速報與預(yù)警工程”134個臺站、通州與延慶地震監(jiān)測能力提升49個臺站（表1）。臺站分布情況如圖1所示。

2地震記錄獲取

北京市數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)運(yùn)行至今，每年都記錄到本市及周邊省市地震。經(jīng)統(tǒng)計2016一2022年7年間記錄到可識別及有感地震156次，獲取記錄數(shù)據(jù)臺站5078個，記錄有效地震數(shù)據(jù)15234條（表2）。其中：北京市 M≥2.0 地震13次， M≥3.0 地震4次。最大有感地震2次：分別為2020年1月9日10時11分發(fā)生在房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)（ 39.77^°N ， 115.63^°E 的3.2級地震，震源深度 13km ；2020年5月26日00時54分發(fā)生在門頭溝區(qū)妙峰山鎮(zhèn)（ 40.04^°N ， 115.95^°E ）的3.6級地震，震源深度 18km_?

北京市數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)清晰完整記錄到周邊鄰省 M≥3.0 地震28次， M≥4.0 地震6次， M≥5 地震1次，即2020年7月12日06時38分發(fā)生在河北唐山市古冶區(qū)（ 39.78^°N ， 118.44^°N 的5.1級地震[9-13]，震源深度 10km 圖2為2016—2022年間記錄的北京地區(qū)及周邊發(fā)生地震的分布情況。

3強(qiáng)震數(shù)據(jù)應(yīng)用

目前，北京市數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)已具備對北京及周邊地區(qū)發(fā)生有影響地震后的快速產(chǎn)出地震烈度速報信息的能力，2016一2022年對臺網(wǎng)記錄到的有影響地震均在第一時間完成儀器烈度計算并產(chǎn)出相關(guān)的強(qiáng)震動觀測簡報156份。

根據(jù)《中國地震烈度表》[14中因地震造成場地受損程度的烈度描述內(nèi)容，需計算臺站數(shù)據(jù)的峰值加速度值（PGA）與峰值速度值（PGV）測定烈度。先對地震動記錄進(jìn)行基線校正處理，將地震動記錄為加速度時應(yīng)轉(zhuǎn)換得到速度記錄，地震動記錄為速度時應(yīng)轉(zhuǎn)換得到加速度記錄，詳見公式（1）和（2）。再對地震動加速度和速度記錄的每個分向均應(yīng)采用數(shù)字濾波器進(jìn)行 0.1～10Hz 的帶通濾波。最后進(jìn)行烈度計算，詳見公式（3），其中PGA為地震動合成三方向加速度峰值，PGV為合成三方向速度峰值。若 I_A 和

I_V 計算值均 ?6.0 ，則儀器烈度 I_I 取 I_V 值，否則取 I_A 與I_V 計算的平均值；如 I_I 小于1.0取1.0； I_I 大于12.0取 12.0 圖3為根據(jù)儀器數(shù)據(jù)計算地震場地烈度的計算程序流程圖。

I_A=3.1710g₁₀（PGA）+6.59

I_v=3.0010g₁₀（PGV）+9.77

強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)快速產(chǎn)出結(jié)果在地震應(yīng)急中有著十分重要的作用。2020年1月9日10時11分北京市房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)（ 39.77^oN ， 115.63^°E 發(fā)生 M3.2 地震，該地震震源淺、震感強(qiáng)烈。在地震應(yīng)急工作中，依據(jù)觀測臺網(wǎng)記錄的58個（174條）強(qiáng)震臺有效數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析處理，計算地震動峰值加速度最大值出現(xiàn)在大安山鄉(xiāng)大安山臺，距震中 18km ，其中：EW向峰值加速度 16.4cm/s² ，NS向峰值加速度 43.9cm/s² UD向峰值加速度 14.1cm/s² ，儀器烈度為V度；而距震中最近的蒲洼鄉(xiāng)寶水村強(qiáng)震臺，距震中 7km ，其中：EW向峰值加速度 32.6cm/s² ，NS向峰值加速度18.3cm/s² ，UD向峰值加速度 7.9cm/s² ，儀器烈度同為V度。初步判定了地震破裂方向及影響較大的地區(qū)，為當(dāng)?shù)卣畱?yīng)急工作提供了有力的技術(shù)支持與服務(wù)。圖4為部分臺站記錄的清晰完整的地震波形。

強(qiáng)震記錄數(shù)據(jù)的有效選取對分析結(jié)果具有重要影響[15]，經(jīng)對記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，得到儀器烈度達(dá)V度的臺站有5個，Ⅲ度臺站有2個，Ⅱ度臺站有4個，剩余47個臺站為I度。表3為對部分臺站記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計算得到的地震烈度參數(shù)。對記錄的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行快速計算分析并產(chǎn)出結(jié)果，為地震應(yīng)急及時提供了地震烈度分布參數(shù)等資料。計算結(jié)果顯示，儀器烈度有隨震中距增加而逐漸減小的基本特征[1]（圖5）。

4結(jié)束語

綜上所述，北京市數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)建成投入運(yùn)行至今，總體上是穩(wěn)定的。隨著臺站數(shù)量逐年增加、臺網(wǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大，產(chǎn)出海量臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)和扎實(shí)運(yùn)維保障，觀測質(zhì)量穩(wěn)步提升，清晰記錄數(shù)據(jù)震相，分析處理簡報產(chǎn)出快速準(zhǔn)確，為震后地震應(yīng)急、指揮調(diào)度、震害快速評估及震后恢復(fù)等工作提供重要判定依據(jù)，這對不斷提升北京市防震減災(zāi)工作有著十分積極的意義。

然而，由于北京地區(qū)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，鐵路交通與重大建筑眾多，存在潛在次生災(zāi)害危險。若北京市及周邊鄰近區(qū)域發(fā)生較大或破壞性地震造成的災(zāi)害損失將會較大，因此，必須加強(qiáng)北京市強(qiáng)震動臺網(wǎng)及臺站維護(hù)運(yùn)行，加強(qiáng)對北京市一些特殊場地結(jié)構(gòu)臺陣運(yùn)行維護(hù)，增強(qiáng)大震臺站數(shù)據(jù)記錄能力，確保北京市及周邊鄰近地區(qū)監(jiān)測能力穩(wěn)步提升與大震響應(yīng)能力。隨著北京市測震臺網(wǎng)與預(yù)警臺網(wǎng)的有效融合，努力實(shí)現(xiàn)對北京及周邊地區(qū)發(fā)生有感地震或破壞性地震時快速產(chǎn)出地震烈度速報信息能力和秒級地震預(yù)警能力。

致謝

本文所用數(shù)據(jù)由強(qiáng)震臺網(wǎng)提供，在此表示衷心的感謝。

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