0 引言

自1962年新丰江水库地震监测工作开始开展以来，水库地震监测工作已走过半个世纪，伴随着科学技术水平的发展，监测工作的管理水平和技术能力得到不断提升，相继产出大量成果，对水库地震监测技术的发展、水库地震监测研究及防震减灾工作等具有重要的意义（杨晓源，2000）。

雅砻江发源于青海省巴颜喀拉山南麓，自西北向东南流至呷依寺附近进入四川省境内，干流由北向南流经四川甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州，在攀枝花市的倮果注入金沙江，全长1 571 km。雅砻江流域地处南北地震带中部的川滇菱形块体，伴随青藏高原不同程度的大规模强烈隆升，区域新构造运动以大面积整体极速隆升及块体间差异运动为主，块体边界断裂带活动性较强，断裂构造发育。在雅砻江流域水能资源梯级开发过程中，为确保水工建筑物和库区周边人民生命财产的安全，根据《水库地震监测管理办法（中国地震局第9号令）》、《水库地震监测技术要求》等一系列法规及规范，对坝高、库容达到一定规模的水库应建设水库地震监测台网开展水库地震监测的要求，按照雅砻江流域“四阶段”水电开发战略，以统筹规划、分步实施、集中管理的原则，于2008年启动雅砻江流域水库地震台网（下文简称雅砻江台网）技术系统设计与建设工作，2012年3月雅砻江台网一期正式运行，雅砻江台网二期于2018年投用。

本文通过对雅砻江流域化水库地震台网技术系统的全面介绍，从技术系统构成和台网运行，论述流域化水库地震台网建设的技术思路，该技术系统的建设，为工程安全监测和区域防震减灾及相关研究工作提供准确详实的基础资料，为同类工程及大规模水库地震台网设计和建设提供借鉴和参考依据。

1 流域化地震台网

雅砻江台网技术系统前身是二滩水电站水库遥测地震台网，始建于1989年，1991年5月建成，按照流域化开发战略，2008年启动设计与建设工作，包含二滩水电站水库遥测地震台网数字化改造工作，2011年8月台网投入试运行，2012年3月转为正式运行，包括二滩桐子林台网、官地台网、锦屏台网；2016年启动包括杨房沟台网和两河口台网的建设工作，于2018年投入运行。雅砻江台网技术系统由流域化人机交互的水库地震监测台网中心、中继站和野外无人值守测震台站构成，采用宽频带地震计、短周期地震计、加速度计相结合的测震观测和强震观测采集仪器进行数据采集，应用卫星、公网CDMA（含4G）、数传电台、超短波及有线（SDH光纤通信）等组网方式进行数据传输，在雅砻江流域形成野外全台站及中转站无人值守运行、监测动态范围全面、数据传输方式多样综合的流域化、一体化、远程控制、集中管理、实时数据共享的流域化水库监测系统。

2 台网技术系统构成 2.1 台站布设

按照《水库地震监测技术要求》（GB/T 31077—2014）规范，测震观测台站的布设数量和分布应满足以下要求：监测能力达到近震震级M_L 1.5，水平定位误差小于3.00 km；重点监测区监测能力达到近震震级M_L 0.5，水平定位误差小于1.00 km；数字化测震观测频带带宽应满足能够记录一定振幅的地面震动；最大烈度区及重点区域的强震动观测频带涵盖0.01—50.00 Hz，能够完整记录的加速度峰值不大于20.00 m/s²。

雅砻江台网技术系统采用测震观测和强震观测相结合的方式，根据测震观测站布设原则，建设子台网5个，观测台站计54个，其中已投入运行台站38个，在建台站16个；在近坝区的重要部位、水库地震监测区中的最大烈度区建强震观测站9个。地震观测包括宽频带数字化观测和短周期数字化观测，其中：Ⅰ类台19个（Enl＜3.16×10^-8m/s），Ⅱ类台站31个（3.16×10^-8 m/s≤Enl＜1.00×10^-7m/s），Ⅲ类台4个（1.00×10^-7 m/s≤Enl＜3.16×10^-7 m/s），满足B类地区Ⅰ、Ⅱ类台站环境地噪声水平（Enl）占总数3/4的要求。测震观测台站分布见图 1，图中绿色三角形表示已投入运行台站，黄色三角形表示在建台站，灰色三角形表示已开展设计工作的台站，背景不同颜色表示监测区高程。

雅砻江台网技术系统测震观测台站由地震计、地震数据采集器、通信设备、太阳能供电设施及避雷设备等构成。地震计是测震观测中的关键仪器，通过直接感知地面运动，将地面的复杂波动转化为电压信号，模拟电压信号被地震数据采集器转换为数字化信号，通过通信设备实时传送到测震台网中心。根据台站供电设施和设备总功率需求，结合观测区域气候环境，配备不间断电力供应的太阳能电池板和蓄电池组。由于观测范围地处高原，为避免观测设备受雷击损坏，按照雷电防护有关要求，各测震台站安装避雷设备。野外台站技术系统布置及观测房布置见图 2。

2.2 组网方式及特点

（1）组网方式。自20世纪90年代我国设计建设第一批数字地震台网以来，随着通信技术的进步和公网质量的不断提升和完善，供数字台网选用的传输组网方式及相应技术日趋多样化，如：有线光纤组网、卫星组网、超短波无线组网、扩频微波组网及移动公网中的GPRS或CDMA组网等。随着公网数据传输业务的发展和普及，雅砻江台网技术系统引入移动4G、电信4G及双网自适应切换等技术。综合使用多种通信相结合的方式，解决了偏远山区、复杂地形地貌条件下远程通信传输的困难，保证台网监测数据的实时传输。雅砻江台网通信组网方式拓扑见图 3。

（2）传输特点。结合雅砻江流域水库地震观测范围内通信和自然条件，雅砻江台网技术系统采用卫星、公网CDMA、数传电台、超短波及有线光纤通信等传输方式，设立通信中继站7座，利用各通信方式传输特点（表 1），构建实时稳定的地震数据传输网络，将雅砻江台网地震观测数据实时传输至成都地震监测台网中心和四川省地震局水库地震研究所。

2.3 台网中心

雅砻江台网技术系统按照一个台网中心、多个子台网模式设计，采用基于网络的分布式系统技术，通过路由器、认证服务器、实时数据流服务器、数据库服务器及交互处理服务器等相互协作，并配套测震行业专业软件构成。台网中心承担雅砻江流域各子台网数据传输和存储、系统监视、人机交互处理、网络数据服务、日常处理等服务，实现流域地震速报、地震编目、地震系统运行监控及与区域地震台网进行数据共享等功能。同时，为后续水电站建设地震台网预留空间和接口。相较各电站单独建设、运行地震台网，以太网中心为中心，流域化地震台网监测系统实现雅砻江流域各水库地震子台网的流域化、一体化、远程集中控制的管理模式，进一步提升了管理效率，同时节省建设及运行成本，有效保障了雅砻江台网产出成果的质量。雅砻江台网中心技术系统拓扑见图 4。

3 流域化技术系统监测能力及运行评价 3.1 监测能力

（1）台网理论监测能力。地震台网监测能力是指，在满足一定精度条件下，台网能测定震源位置、发震时刻和震级大小等基本参数的监测地震范围的能力（张有林等，2005），其估算原理是，根据各测震台站台址的背景噪声，确定各台站可观测地震事件的S波振幅值，结合近震M_L震级计算公式确定量规函数。根据近震震级公式确定台网的理论监测能力得到广泛应用（何少林，2003；王俊等，2007）。公式如下

$ {{M}_{\text{L}}}=\lg \left({{A}_{\mu }} \right)+R\left(\mathit{\Delta } \right)+S\left(\mathit{\Delta } \right) $

(1)

其中，M_L为用S波最大振幅计算的震级；A_μ为最大地动位移，取值为S波峰值振幅的估计值；R(Δ)为量规函数；S(Δ)为台站校正值。量规函数R(Δ)参考地震震级规定附录A中近震震级量规函数表确定，雅砻江台网选用川滇区域R₁₃的取值；台站校正值S(Δ)在文中取值为0。按照量规函数与震中距的关系确定各台站指定震级的有效监测范围。然后，取M_L震级值依次计算各台站对应取值的监测范围，按照4个台站监测区域的交集作为测震台网的监测区域，相应M_L震级取值即为测震台网对该区域的地震监测能力。

测震台网的监测能力主要取决于测震台站的分布、台基噪声、地震计灵敏度等。根据雅砻江台网测震台站分布，各台址场地背景噪声和测震台站对地震的最小可分辨振幅，即测震台站灵敏度，选取已运行及开展设计工作的台站相关参数，计算得到雅砻江台网理论监测能力，结果表明，台网理论监测能力达M_L 1.5，在水库重点监视区域监测能力下限可达M_L 0.5。雅砻江台网理论监测能力分布见图 5。

（2）台网实际监测能力。古登堡—里克特研究表明，地震震级与相应震级频度对数呈线性分布（国家地震局科技监测司，1995），即

$ \log N=a-bM $

(2)

式中，M表示震级，N表示震级不小于M的地震事件数，a、b为常数。受台网观测能力限制，存在小震事件缺失现象，在震级—频度关系曲线上出现小震级端出现“折头”现象，表现为非线性分布，偏离非线性的拐点可定为台网观测下限，即最小完整性震级。因此，最小完整性震级可用于表示台网的实际监测能力（蔡明军等，2010）。

本文中选取监测区2013年9月至2014年6月和2015年6月至2016年8月2个时间段内雅砻江台网记录的可定位地震事件目录，计算获得台网的实际地震监测能力（图 6）。由图 6可见，在2个时段，监测范围内震级频度最小完整性震级M_c分别为0.3和0.2，结果表明，雅砻江台网的实际地震监测能力满足相关要求。

3.2 运行评价

雅砻江台网技术系统投运以来，按照水库地震监测运行相关规程、规范要求，每月定期对台站地震计开展脉冲标定工作，各测震台站地震计的自振周期与阻尼变化率基本小于5%，电压灵敏度变化率在10%以内，仪器响应较稳定，台网运行率及数据完整率均高于95%（图 7），系统运行稳定。

雅砻江台网技术系统准确监测到各主要监测区及周边区域地震活动，监测成果表明，锦屏一级大坝监测区地震活动分布区域及最大震级与国家地震局地质研究所编著的《四川雅砻江锦屏水电站地震安全性评价报告》预测成果基本一致。该系统监测记录的地震波形震相清晰（图 8），波形数据较完整，基本无失真、缺记和丢数现象，监测成果质量较高，在四川省地震局组织的水库地震台网质量评比中多次取得优异成绩。

4 结论

雅砻江数字水库地震台网技术系统按照流域化建设和运行模式，以科学合理的测震台站布设、多样化及时通信组网方式和现代化台网中心，构成一个台站流域化布局、地震数据传输通信方式多元化、监测成果实时共享的水库地震监测系统，为工程安全监测和区域防震减灾及相关研究工作提供准确详实的基础资料。

（1）台站布设流域化统筹，实现大范围高精度监测。雅砻江台网技术系统打破了单一电站独立开展水库地震建设及运行维护的模式，按流域化统筹规划理念，开展设计、建设及运行维护，充分考虑开展水库地震监测大坝的空间分布，对各子台网野外测震台站布设合理优化，均衡科学布局，相互衔接共享，扩大了地震监测范围，提升了监测精度，加强了地震监测能力。

（2）通信组网方式多样化。雅砻江台网技术系统由野外无人值守测震台站构成，实时、稳定的远程数据传输是保证台网正常运行的一个重要环节。该系统结合各野外测震台站通信和自然条件，因地制宜地采用卫星、公网CDMA（含4G）、数传电台、超短波、有线光纤等不同通信传输方式，设立7座通信中继站，通过多样化的通信组网方式，构建实时稳定的地震数据传输网络。

（3）监测成果共享。在雅砻江流域各子台网间形成数据实时共享，为地震定位及其他震源参数确定提供更准确的数据；实现与区域地震台网的数据交换和实时共享，提升台网边缘地震定位及相关参数测定的质量。