强震动观测的目的是通过测量和记录地球表面和近地表处的地面运动，研究地面运动的过程和特征，研究地震作用下工程结构运动和变形过程及特征，探讨工程结构反应和破损特点及规律，为工程抗震设防及防震减灾提供依据，满足地震预报需要，进行地震烈度速报和强震预警，为地震应急救援和强震紧急处置提供决策依据。

温州珊溪水库是依托飞云江建设的集发电、灌溉、饮用于一体的水库，总体流向呈近东西向，干流长185 km，流域面积3 555 km²，总落差660 m，水库最大库容为18.24亿m³，对应水位为154.75 m; 设计水位为150.48 m，对应库容为18.04亿m³; 正常蓄水水位142 m，对应库容为12.9亿m³; 死库容水位117 m，对应死库容5.95亿m³，库区总面积1 529 km²。大坝类型是钢筋混凝土面板堆面坝，绝对坝高156.8 m，相对坝高131.8 m，坝长308 m。珊溪水库周围高山环抱，地形分水岭及地下水位均高于库水位，水库库岸基本为坚质或较坚质岩石组成，岸坡稳定。地势西高东低，呈阶梯状递减，库区山体地形基本对称，平均40°~50°。库区主要出露燕山期火山碎屑岩及第四系全新统。水库自2000年蓄水以来，库区发生地震数千次，在2002年及2006年分别发生过最大震级M_L3.9、M_L4.6地震，以及2014-09-23 M4.0、10-25 M4.2地震和2016-05-31 M3.3地震，该地震震群是我国发生的有较大影响的水库地震震群。珊溪水库地震属构造型水库诱发地震，活动持续时间长，最大余震与主震级差较小，余震频繁，衰减慢且强度高。震中大多分布在水库及其附近，一般距水域线不超过十几km, 且相对密集在一定的范围之内。水库诱发地震的震源深度浅，多数在数百至数千m范围内，即使震级不大，但其影响和危害要比一般天然地震大得多。

目前，浙江省地震应急救援决策部门对灾情判断的主要依据是地震参数及估算的地震烈度和现场调查提供的宏观信息。由于估算的烈度往往与实际有很大出入，现场调查受人员、交通、通信和观测手段等多种限制往往难以全面、及时和准确，因而据此作出的应急救援决策有时会出现偏差。因地震预报的准确性所限，震前流动观测常常达不到预期目的，而震后的流动观测又取不到主震记录。浙江省历来重视地震监测工作，并将发展地面固定台站作为基本目标。但建设强震观测台网需要巨额投入，限于经济实力，很长时间内浙江省强震观测发展速度比较缓慢，远不能满足地震工程研究和防震减灾工作的需要，与国内外先进水平相比^[1-4]，浙江省的强震观测在规模、观测技术、数据产出和资料处理等方面都有一定差距。

1 台网现状及目标

“十五”、“十一五”期间，通过数字地震观测网络的建设，浙江省各地已建设了强震观测台站56个，初步形成了覆盖全省的强震监测台网。但这些台站主要是针对全省大区域范围和区域构造应力场作用下的中强地震监测目标而建设，对于像水库诱发地震这样在局部地区由于局部应力调整而引发的地震则缺少明显的针对性，难以对库区小范围的地质构造和地震活动性进行深入的精细研究，并且地震监测精度和要求也远达不到震后趋势分析预测的要求。

目前，日本、美国等国家及我国台湾地区都已经建立了地震烈度速报系统。日本自上世纪90年代初开始建设密集的强震动观测台网和烈度台网，1996年正式启动地震烈度速报系统，可以在中强地震发生后2~3 min给出各地的仪器烈度和地震动峰值等，并通过网络、电视、广播等向政府有关部门和公众发布。美国自1994年开始运行震动图生成系统(ShakeMap)，实现了在中强地震发生后3~5 min内给出仪器烈度分布图、峰值地震动等值线分布图、不同周期反应谱等值线图等，并通过网络发布。我国台湾地区自1992年开始实施“强地震动观测计划(TSMIP)”，并建设了地震信息快速发布系统(RTD)，可在地震发生后数分钟内生成烈度分布图、地震动峰值分布图等，并通过多种方式及时传送至相关部门。2011年日本3.11特大地震中，日本分别在震后2 min和7 min在网站上发布了详细的烈度速报分布图，并在15 min时给出了更详细的推测烈度分布图。

浙江省强震动台网随着国民经济发展而不断取得突破，浙江省地震科技人员积极追踪技术的发展动向，开展了相关的研究工作。“十五”、“十一五”和“十二五”期间，浙江省地震局实施一系列与地震预警和烈度速报有关的科研建设项目，提供了技术支撑和人员储备。但目前全省烈度台站分布还不能满足当今社会发展对浙江省地震监测工作的需求，台站密度有待进一步加强。

MEMS(micro electro mechanical systems)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统^[5-9]。MEMS的优越性能已得到了社会各行各业的高度认可，目前正处于高速发展期。

基于MEMS台站的温州珊溪水库区域高密度烈度台网是浙江省烈度仪试验区，局属重大专项。在珊溪水库建设高密度烈度台网主要是考虑现有台站基础好，利于开展三网融合技术试验，同时该地区地震发生机率高，可开展技术系统地震检验。项目旨在通过该台网建设全面和详细地了解地震影响场，通过分析，快速把握灾情分布和重灾区位置，为政府应急决策、公众逃生避险、重大工程地震紧急处置、地球科学研究等提供地震安全服务和数据。

由浙江省地震监测预报研究中心牵头，在仪器生产厂家及各相关单位的共同努力下，基于MEMS台站的温州珊溪水库区域高密度烈度台网，于2016-07-19~07-23完成新建14个一般站、升级6个一般站的站点踏勘和仪器安装调试工作。

2 台网技术系统

浙江省强震动台网中心是温州珊溪水库区域高密度烈度台网的管理中心，对全网进行管理，承担全网的数据汇集、设备监控、数据处理、数据交换、系统运行及数据服务等任务。台网中心软件选用泰德公司产品，数据处理中心具有实时接收处理、数据交换、监控系统、强震分析、烈度分析等功能模块。烈度速报台网要求烈度速报台站数据实时传输、仪器性能稳定，数据可靠，对事件文件快速接收、处理及结果发送。地震发生后可迅速给出各台站的强震观测结果，定量地给出监视地区的地震动强度和确定宏观震中，为及时有效地组织抗震救灾，乃至建立大震预警系统和地震应急控制系统提供科学依据^{[5, 9]}。

2.1 仪器

台站设备是武汉地震科学仪器研究院有限公司生产的SIT-S型烈度速报终端，其架设仪器通过公网或行业网传输进入浙江省强震动台网中心，通过地震计实时采集地脉动信号，结合SNTP时间系统数据，实时传输地震监测数据。该终端内置MEMS高精度加速度传感器，24位数据采集器，动态范围大于等于90 dB，地震发生时自动进行触发判断，并将触发信息发送到地震监控数据处理设备，对地震监测点进行状态监测、配置管理、设备自检等，其技术指标见表 1。

2.2 台站勘选

台站勘选在满足工程功能和性能目标的前提下，遵循相关台站技术规范。场址勘选分图上作业和仪器勘选两个阶段。图上作业阶段的目的是依据台站布局要求，在室内通过收集并分析地形地貌、地质条件、人口分布、道路交通、气象、通信、社会经济条件等资料，对建台的可行性进行初步分析。项目组于2016-06-19~06-21完成勘选技术培训等相关工作，县乡地震工作人员在大比例尺地图上绘制台址局部位置图并填写相关结果表格。

浙江省地震局项目组结合图上勘选情况，现场对站点的地质构造环境、气象条件、水文地质、交通条件、环境噪声、主要干扰因素、通信和电力、建台条件、治安环境等因素综合分析，经野外勘选、数据处理等过程，完成20个一般站踏勘和仪器安装调试工作。台站实际勘选位置与原设计方案基本一致，个别台站位置稍有调整，目前进入试运行阶段。补充配合原有的4个基本站和4个大坝结构台，水库烈度台站分布见图 1。

2.3 勘选数据处理

场地地面脉动测试结束后，首先对数据进行有效性分析，剔除其中的偶发性干扰，剔除后每h有效记录不少于40 min。数据预处理完成后，对有效记录将进行计算分析，通过泰德公司开发的SMART_PRO强震台网处理软件，计算场地每小时观测的背景振动加速度噪声均方根值(RMS)。取24 h中最大的背景振动加速度噪声均方根值作为台站地脉动的最大背景振动加速度噪声均方根值。计算每个时段内1~20 Hz频段内的均方根值，最大背景振动加速度噪声均方根值在0.001 9~0.002 6 m/s²之间，满足地震台站建设规范——地震烈度速报与预警台站(DB/T60-2015)最大背景振动加速度噪声均方根值不大于0.01 m/s²的场地噪声要求^[10]。

2.4 网络连接

水库地区属偏僻山区，各子台位置分散，通信传输方式利用有线公网和行业网专线等传输方式，把震中周围的28个子台监测数据准实时地汇集到杭州台网中心集中处理，连同时间服务等信息，采用数字技术传输到台网中心并采用计算机进行数据汇集、处理、存储。根据技术思路，按以下4步实施：1)在浙江省强震动台网中心利用原有的通信专线接入Internet，建立水库地震烈度监测中心; 2)在监测中心的计算机上安装实时波形接收软件、地震实时处理软件、人机交互处理软件，在台网中心对各子台进行系统维护和远程管理; 3)将库区内的4个基本站(包垟、指挥部、岩上、云湖)和4个大坝结构台波形数据通过行业网传回浙江省强震动台网中心; 4)在库区新建沙垟等20个一般站安装地震烈度速报终端，利用华数、移动、电信光宽带等公网接入Internet，传回浙江省强震动台网中心。

台站通信信道分行业网和公网两类，使用原则是带宽高、性能稳定、资费便宜。通过网络信道，将机械式力平衡加速度计和动态范围大于等于90 dB的MEMS烈度观测系统相互连接，构成统一的地震烈度速报观测网络。信道费用一直是困扰台站运行的一大问题，具体实施过程中大量借用社会资源，如农村党建网、华数宽带等，节省了大量通信费，同时运行维护等也有保障。

2.5 台站间距统计

仪器安装完成后珊溪水库区域总共运行强震动台站28个，可完成土层、基岩、结构等不同观测对象的地震烈度监测。台站到台站间的直线距离称为台间距，计算统计台站到周边3个最近台站的台间距，大部分台间距分布在1~3 km，计算后平均台间距2.1 km，站点网格化覆盖库区行政村，满足设计要求。不同台间距数统计见图 2。

3 结果分析

基于MEMS台站的温州珊溪水库区域高密度烈度台网工程建设完成只能说是取得了阶段性成果，新建成的烈度速报台网为我们提供了一个数字化观测的理想平台，利用这个平台，产出了大量丰富的基础数据，使地震观测体系更加完善合理，可出色完成烈度速报任务，同时可充分利用这些丰富的观测数据，推进地震科学技术基础研究，为地震预报和防震减灾工作作出贡献。图 3展示了温州珊溪水库区域高密度烈度台网MEMS台站在10-29监测的M_L1.3水库诱发地震中获取的典型加速度时程。

台网烈度速报软件能够实现对自动测定的地震基本参数计算记录峰值、卓越周期、反应谱等地震动参数，并计算得到台站的仪器烈度值，生成目标监测区域仪器烈度分布图。系统技术架构见图 4。

地震烈度速报功能的实现需要高密度的台站观测系统，监测台站密度低和分布不均匀直接影响到地震烈度速报所需的地震事件检测的时效和精度，导致无法满足烈度速报所要求的观测资料的空间密度和覆盖范围。图 5为观测区域内温州珊溪水库区域高密度烈度台网相对于低密度台网的地震烈度对比分布。可以看出，基本站和一般站“两网”融合后的高密度台网地震监测能力显著提高，其刻画的地震烈度精度越高，对地震影响场的了解就越全面和详细。

MEMS台站存在动态范围小、测量误差偏高、长周期和低频特性差等问题，积分成位移时有重要影响，具有背景噪声大、地震波到时识别困难、误触发可能性大、运行率低等缺点。随着MEMS传感器用于烈度速报技术的快速发展，在当前情况下研究对比MEMS台站与专业台站的融合用于地震监测更有现实意义^[11]。

先进技术的发展也为地震观测技术带来更多的挑战，例如网络平台的安全漏洞、通信技术的稳定可靠，应对网络安全是未来烈度速报台网连续运行的基本保障。目前台网软件功能模块较简单，兼容性及稳定性均有待改进。随着数字强震仪技术的不断发展，大震预警、震害快速评估等技术已迅速发展，相比之下，浙江省在这方面还处于起步阶段，在实际应用上还有不少技术问题需要研究解决。

4 结语

浙江省烈度速报台网随着国民经济的发展而不断取得突破，基于MEMS台站的温州珊溪水库区域高密度烈度台网的建设与发展立足于网络技术的广泛应用，为实现数据共享、烈度速报、大震预警打下了坚实基础并逐步变为现实，打破了传统监测台网的格局。

基于MEMS台站的温州珊溪水库区域高密度烈度台网的建设具有以下主要技术特点：

1) MEMS烈度计成本低、易扩充、好管理、组网灵活方便，与专线组网相比，网络硬件构成较为简化。

2) 台网布局合理，监测能力强，监测范围宽，能满足目前库区监测到最大M4.2地震Ⅵ度区全覆盖的设计目标。

3) 台网技术系统先进，仪器配置完善，功能齐全，充分考虑了水库地震的特点。

4) 大部分MEMS台站通信信道设计采用公网传输技术，运行稳定、费用低。

MEMS台站在京津冀、川滇和福建等试验台网等已得到应用，是很有前景的技术。此次温州珊溪水库区域高密度烈度台网充分利用了MEMS烈度计成本低、好管理、组网灵活方便的特点，MEMS烈度计在浙江省地震监测中的首次成功应用，对今后的地震烈度速报乃至地震监测建设都将带来深远影响，有力地推动了地震观测技术的发展。