0 引言

世界上一部分大型水库蓄水后伴有水库地震活动，按照有关规定，根据相关法律法规，有必要加强水电站地震监测（王翠芳等，2020）。为此，我国在大型水库流域相继建设地震监测台网。长河坝水电站和黄金坪水电站为大渡河流域近期开发的2个梯级水电工程，均位于四川省甘孜藏族自治州康定市境内大渡河干流，其中长河坝水电站为大渡河梯级开发的骨干电站，正常蓄水位下库容为10.4亿m³，正常蓄水位为1 609 m，大坝高240 m；黄金坪水电站水库库容为1.28亿m³，正常蓄水位为1 476 m，最大坝高95.5 m。按照相关规定，于2015年建成长河坝—黄金坪水电站流动地震监测台网，2018年建成固定监测台网，地震监测系统由8个固定数字地震观测台和1个数据中心组成，监测范围覆盖（30.1°—30.8°N，101.6°—102.6°E）区域。其技术系统是采用无线数据传输方式构建的实时地震数据信息网络，将布设于长河坝—黄金坪库坝区的8个地震监测台实时地震数据汇聚到四川工程台网数据中心，对地震数据进行处理、分析，产出成果和研究报告。

地震监测能力是衡量地震台网运行质量的重要指标。一个地震台网监测能力的大小取决于台网密度、台站分布及周边环境、监测设备灵敏度等，而仪器观测动态范围和地震动背景噪声则是分析地震监测能力的重要指标（王余伟等，2013）。本文在长河坝—黄金坪固定地震监测台网建成1年后，就设备技术指标、台基地噪声水平、震级频度对数分布等参数，与流动地震监测台站数据进行对比，论证分析固定台网实际监测能力。

1 地震计性能分析

地震计是获取地震观测数据的主要设备，其性能指标是否符合技术指标要求，直接关系着监测数据质量的优劣（王余伟等，2017）。长河坝—黄金坪水库地震监测台网使用短周期加宽频带地震计的方式进行观测。采用电标法，旨在验证地震计各项性能指标是否符合国家相关技术标准和行业规范，通过数据分析，证明地震计能够正确记录地震波形。对短周期地震计和宽频带地震计进行正弦标定及脉冲标定，计算结果见图 1、图 2、表 1、表 2。

根据表 1、表 2给出的2种地震计标定结果，统计分析长河坝—黄金坪水库地震监测台网8个固定台站地震计的周期和阻尼变化率，结果见表 3。由表 3可见，周期变化率最大为6.7%，阻尼变化率最大为2.2%，可知地震计脉冲标定周期、阻尼和幅度变化率均在10%以内，符合《四川省测震台网运行管理细则》的规定。验证结果表明，该台网使用的地震计周期、阻尼和幅度变化率及正弦标定的幅频特性均符合相关要求。因此，8个固定台地震计的各项性能指标正常，可以准确记录地震波形。

2 台基地噪声水平计算

国际上，在进行频谱分析时，采取通用的地脉动噪声加速度功率谱密度描绘地动背景噪声功率谱，并绘制一定频段内台基地噪声功率谱密度曲线，其中NHNM、NLNM是皮特森地动加速度高噪声边界曲线和低噪声边界曲线，现已成为评价地震台站台基背景噪声水平的基本标准（陈会忠，2006）。

对8个固定地震台站分时间段记录的台基地脉动波形数据进行频谱分析，文中仅给出2019年4月1日XJO、WDS台的地噪声功率谱密度曲线，见图 3。

根据中华人民共和国国家标准GB/T 19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求》（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2004），四川环境地噪声水平属于B类地区，也就是说，8个固定台站环境地噪声水平应不大于Ⅲ级，即Enl_dB＜-130 dB。对台基地噪声测试数据进行数字化分析，可以得出长河坝—黄金坪水电站水库诱发地震测震台网的台基环境地噪声水平，则8个固定台站台基地噪声测试结果及台基环境地噪声水平见表 4，引用《长河坝、黄金坪水电站临时地震监测台网建设报告》中的台基环境地噪声水平（表 5）进行对比分析。

由表 4、表 5可知：①固定台站建成后，抗干扰能力得到加强，台基环境地噪声水平得到提升，8个台站中仅2个台基环境地噪声水平为Ⅱ级，其余均达到Ⅰ级；②野坝台建成前后，台基环境地噪声水平相差较大，这是因为，台址勘选时，拟选台址附近移民搬迁，考虑到设备安全性，将其放置在水厂附近，干扰较大，致台基环境地噪声水平为Ⅲ级，台站建成后，将设备平移200 m，放置在大块基岩上，台基地噪声水平得到改善，达到Ⅰ级水准；③测试时，野坝台以外台站的台基抗环境干扰能力差，固定台站建成后，基岩地噪声水平有了明显改善。

3 地震监测能力计算

水库地震台网的监测能力主要受限于固定台站台址的背景地噪声。当4个以上子台监测到P波振幅大于4倍（12 dB）背景地噪声时，认为可定位地震。震级测定采用将速度记录仿真成W-A短周期地震仪位移记录的方法，即在仿真后的位移记录波形上量取2个水平分向的最大双振幅和相应周期，使用近震震级公式，计算震级M_L和地震台网的监测能力。公式如下

$M_{\mathrm{L}}=\lg \frac{A_{\mu \mathrm{EW}}+A_{\mu \mathrm{NS}}}{2}+R(\mathit{\Delta})+C$

(1)

式中，A_μEW为EW分向最大振幅，A_μNS为NS分向最大振幅，R(Δ)为短周期地震仪使用的量规函数，本台网目前尚无台基改正值C。

根据公式（1），量取最大双振幅，使用适合当地的量规函数，计算长河坝—黄金坪水库地震监测台网的测定震级，绘制该固定水库地震台网的理论监测能力图，与流动地震台网（固定地震台网建成前）监测能力进行对比，结果见图 4。

① 引自《长河坝、黄金坪水电站临时地震监测台网建设报告》.

由图 4可知，该水库地震台网建成后，0.5级监测能力范围较流动地震台网有了明显扩大，这与固定台网建设对基岩的选择和基墩建设的严格要求密不可分。正因为上述2个条件的提升，固定地震台网台基环境地噪声水平得以提高，地震监测能力范围得以扩大，在库坝区附近10 km范围内，能达到监测能力下限0.5级的要求。

4 地震监测能力验证

下面通过震级与频度关系来计算实际监测地震数据的最小完整性震级及将记录地震分布与理论监测能力范围进行比对来验证。

（1）震级—频度关系。为了验证固定地震台网监测能力的强弱，可利用台网监测区域内实际地震事件目录，基于古登堡—里克特（G—R）关系，即地震的震级与频度的对数关系服从线性分布来来验证，公式如下

$\lg N=a-b M$

(2)

据统计，2019年在监测区（30.1°—30.8°N，101.6°—102.6°E）范围内共记录地震事件463次，其中：M_L 3.0—3.9地震1次，M_L 2.0—2.9地震3次，M_L 1.0—1.9地震73次，M_L 0.0—0.9地震386次。根据G—R关系，对监测区内的地震活动参数进行拟合，结果见图 5，其中：b值约为0.842，a值= 2.37，最大期望震级a/b值约为2.8，比监测区内记录的最大地震略小，最小完整性震级M_c = 0.1，说明该台网对于M_c 0.1以上的地震记录是完整的（龙锋等，2009），可见该台网能够达到监测震级下限为M_L 0.5的设计要求。

（2）理论与实际地震监测能力对比。将2019年该水库地震台网记录的463个地震投影到理论监测能力图中，结果见图 6，以验证在0.5级理论地震监测能力范围内是否能够记录到相应震级的地震。并以2019年10月21日20时03分发生在长河坝库区附近的康定M_L 0.5地震为例，再次加以验证。该地震波形记录见图 7。

由图 6、图 7可见，2019年10月21日康定M_L 0.5地震位于该水库地震台网0.5级地震监测能力范围内，良好的波形信噪比和足够多的记录台站，确保了该地震被准确定位，同时表明，在实际地震监测工作中，该固定地震台网能够在重点监测区内监测到0.5级地震，其实际监测能力达到技术设计要求。

5 结论

本文通过对地震计性能的分析、台基噪声水平的实测计算等选取了最优建设方案，建成了长河坝—黄金坪水库区域监测地震台网，并利用该台网2019年8个固定地震台对监测区的观测数据，基于台基地噪声水平估算和古登堡—里克特模型等，分析长河坝—黄金坪区域固定地震监测台网监测能力。结果发现，该台网地震监测能力能达到下限为M_L 0.5的设计要求，且与实际观测结果一致，优于原流动监测台网的监测能力，表明该监测能力真实、可靠。