1. 中国甘肃 730046 甘肃省地震局;
2. 中国甘肃 730046 兰州地球物理国家野外科学观测研究站
基金项目:中国地震局地震科技星火计划(项目编号:XH20060)
作者简介:张淑珍(1970-), 女, 本科, 高级工程师, 主要从事台阵维护与地震资料分析工作.
Investigation and analysis of environmental noise of Lanzhou Seismic Array
1. Lanzhou Observatory Station, Gansu Province 730046, China;
2. Lanzhou National Geophysical Filed Science Research Station, Gansu Province 730046, China
0 引言
按照来源,可以将噪声分为背景噪声、本底噪声、环境噪声。其中:背景噪声通常是指发生、检查、测量或记录系统中与信号存在与否无关的干扰,不影响人们对主体声音的接听;环境噪声通常是工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音,具有主观感觉性,不同的人或同一人在不同行为状态下对同一种噪声会有不同反应。
兰州地震台阵始建于2001年,是国际监测系统全球50个基本台站之一(代码为PS13)。该台阵位于青藏高原东北缘,在进行勘选时,从背景噪声角度,对各子台背景噪声功率谱、噪声与信号的相关函数、噪声均方根值、信号与噪声的相关值进行计算和分析,并对比分析了各测点白天和晚上的噪声(郑重等,2000;郝春月等, 2002, 2003),证明该地震台阵背景噪声稳定,噪声水平在日间与晚间的变化规律稳定,符合国际监测系统(IMS)规定的标准。
随着我国社会经济的发展,铁路交通、城镇化建设日益加快,地震台站观测环境破坏日益严重,观测资料质量和精度急速下降,对地震定位精度、反演结果等产生显著影响,制约了地震监测预报研究工作的顺利开展。为此,有必要重新对兰州地震台阵环境噪声进行调研,以评估该台阵周边环境噪声水平,以便进一步加强环境保护的意识和责任。
1 环境噪声分析
地震台阵不仅可以记录到地震信号,也可以记录到丰富的连续噪声信息,这些记录来自地球震动、大气气压变化、固体潮汐、海浪拍击海岸、生活噪声等。兰州地震台阵共布设9个子台,台阵形状为同心圆形,分为内环和外环,其中内环平均半径约为416.3 m,外环平均半径约为1 369.1 m。中心点设一个子台,代码为A0。其余子台分布在2个同心圆上,内环设3个子台,代码分别是A1、A2、A3;外环设5个子台,代码分别是B1、B2、B3、B4、B5。为了全面了解兰州地震台阵环境噪声,对各子台周边环境进行实地调研。地震台阵子台布局见图 1。
1.1 中心子台
通过对A0中心子台距离海洋、沿岸山系统、大湖、大坝、瀑布、大油管道、小湖、重型机械和往复运动机械、低瀑布、快流大河、流过大坝的间歇水流、铁路、频繁的运输、机场、空中交通、非往复运动机械、平衡工业机械、繁忙的高速公路、大农场、乡村道路、高建筑、低建筑、高树和天线杆、高篱笆、矮树、高灌木丛、大岩石等噪声源调研,列举部分具有代表性的噪声源及距离(表 1)。
表 1(Table 1
表 1 兰州台阵中心子台A0距离以下噪声源Table 1 The distances between the central sub-station A0 of Lanzhou seismic array and noise sources
序号 |
噪声源分类 |
噪声源及距离 |
1 |
海洋、沿岸山系统 |
渤海(1 300 km)、黄海(1 430 km)、东海(1 860 km)、南海(1 710 km) |
2 |
大湖 |
青海湖(275 km)、龙羊峡水库(254 km)、刘家峡水库(48.8 km) |
3 |
大坝、瀑布 |
刘家峡水库大坝(32 km)、壶口瀑布(608 km) |
4 |
大油管道 |
西固大油管道(1.58 km)、中国石油西果园加油站(6.0 km)、中国石油王家坪加油站(9.1 km) |
5 |
小湖 |
小西湖(15 km)、雁滩公园(18.3 km) |
6 |
重型机械和往复运动机械 |
兰石厂(14.0 km)、兰化厂(19.5 km)、兰炼厂(17.3 km)、金川集团(24.8 km)、酒钢集团(31.6 km)、窑街煤矿公司(90.8 km)、三一重工股份有限公司(16.0 km)、兰州万里航空机电有限责任公司(17.2 km)、兰州重工机车有限公司(12.8 km)、兰州机床厂(17.0 km)、兰州煤矿机械厂(14.2 km)、白银公司(79.0 km)、中核动力设备有限公司(28.3 km) |
7 |
低瀑布、快流大河、流过大坝的间歇水流 |
低瀑布(无)、黄河(13.9 km)、洮河(21.5 km) |
8 |
铁路、频繁的运输 |
兰州西客站(13.3 km)、兰州站(16.3 km)、兰州北货站(22 km)、兰州轨道交通1号线(13.5 km) |
9 |
机场、空中交通 |
兰州中川机场(60.8 km)、西宁曹家堡机场(161 km) |
10 |
非往复运动机械、平衡工业机械 |
兰州正林工程材料租赁有限公司(6.0 km)、兰州兰太重工铸锻公司(8.8 km)、兰州纸箱厂(15 km)、兰州日化厂(18 km)、兰州沂河塑料制品厂(5.8 km)、中国铝业股份有限公司兰州分公司(16.4 km)、兰州祁连山水泥厂(21 km)、阿干镇煤矿公司(14.7 km) |
11 |
繁忙的高速公路、大农场 |
兰海高速(5.4 km)、兰州南绕城高速(7.6 km)、京藏高速(27 km)、兰州华刚种养殖农场(5.3 km)、兰州胖子家庭养殖农场(6.8 km)、兰州恒丰休闲家庭农场(7.7 km) |
12 |
乡村道路、高建筑 |
G309国道(3.8 km)、西黄公路(3.0 km)、龚湖公路(3.7 km)、百合小镇高建筑(7.4 km)、黄峪新区(7.9 km)、富润家园(10.9 km) |
13 |
低建筑、高树和天线杆 |
兰州广播电视台(0.235 km)、神憩山庄(0.283 km)、云霖寺(1.28 km)、尖山村(1.145 km)、上庄村(1.705 km)、高树(0.001 km)、天线杆(0.05 km) |
14 |
高篱笆、矮树、高灌木丛、大岩石 |
高篱笆(无)、矮树(0.000 5 km)、高灌木丛(0.001 km)、大岩石(0.01 km) |
|
表 1 兰州台阵中心子台A0距离以下噪声源
Table 1 The distances between the central sub-station A0 of Lanzhou seismic array and noise sources
|
调研9个子台的近距离噪声源,发现中心子台A0近距离噪声源有兰州广播电视台、云霖寺、神憩山庄、尖山村、上庄村、大掌村、圈沟村、小盘道村、乡间小路等,具体信息见表 2。
表 2(Table 2
表 2 A0中心子台周边近距离噪声源Table 2 Near distance noise sources around A0 central sub-station
类型 |
噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(235 m)、云霖寺(1 280 m)、神憩山庄(286 m)、尖山村(1 145 m)、上庄村(1 705 m)、大掌村(1 783 m)、圈沟村(2 090 m)、小盘道村(2 186 m) |
乡村道路 |
乡间小路(3 m)、乡间小路1(166 m)、乡间小路2(1 398 m) |
|
表 2 A0中心子台周边近距离噪声源
Table 2 Near distance noise sources around A0 central sub-station
|
1.2 内圈子台(A1、A2、A3)
A1子台近距离噪声源有兰州广播电视台、云霖寺、神憩山庄、尖山村、上庄村、腰岘村、蒋家湾村、小盘道村、乡村公路等,具体信息见表 3。
表 3(Table 3
表 3 A1子台周边近距离噪声源Table 3 Near distance noise sources around A1 sub-station
类型 |
噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(595 m)、云霖寺(1 650 m)、神憩山庄(391 m)、尖山村(1 217 m)、上庄村(1 705 m)、腰岘村(2 098 m)、蒋家湾村(1 983 m)、小盘道村(2 426 m) |
乡村道路 |
乡间小路(372 m)、乡间小路1(532 m)、乡间小路2(1 683 m) |
|
表 3 A1子台周边近距离噪声源
Table 3 Near distance noise sources around A1 sub-station
|
A2子台近距离噪声源有兰州广播电视台、云霖寺、神憩山庄、尖山村、上庄村、腰岘村、蒋家湾村、何家沟村、小盘道村、乡村公路等,具体信息见表 4。
表 4(Table 4
表 4 A2子台周边近距离噪声源Table 4 Near distance noise sources around A2 sub-station
类型 |
具体噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(657 m)、云霖寺(1 432 m)、神憩山庄(157 m)、尖山村(772 m)、上庄村(1 533 m)、腰岘村(2 098 m)、蒋家湾村(1 974 m)、何家沟村(2 034 m)、小盘道村(2 213 m) |
乡村道路 |
乡间小路(230 m)、乡间小路1(177 m)、乡间小路(1 301 m) |
|
表 4 A2子台周边近距离噪声源
Table 4 Near distance noise sources around A2 sub-station
|
A3子台近距离噪声源有兰州广播电视台、云霖寺、神憩山庄、尖山村、上庄村、大掌村、圈沟村、湖滩村、护林村、乡村公路等,具体信息见表 5。
表 5(Table 5
表 5 A3子台周边近距离噪声源Table 5 Near distance noise sources around A3 sub-station
类型 |
具体噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(348 m)、云霖寺(872 m)、神憩山庄(494 m)、尖山村(1 015 m)、上庄村(2 051 m)、大掌村(1 577 m)、圈沟村(1 724 m)、湖滩村(2 041 m)、护林村(2 087 m) |
乡村道路 |
乡间小路(269 m)、乡间小路1(99 m)、乡间小路2(1 016 m) |
|
表 5 A3子台周边近距离噪声源
Table 5 Near distance noise sources around A3 sub-station
|
对内圈子台(A1、A2、A3)噪声源调查发现,共有噪声源为兰州广播电视台、云霖寺、神憩山庄、尖山村、上庄村、乡村小路,其中:与乡村公路距离最近的是A3子台,距离99 m;与低建筑最近的是A2子台,距离157 m;环境噪声最小的是A1子台。
1.3 外圈子台(B1、B2、B3、B4、B5)
B1子台近距离噪声源有兰州广播电视台、神憩山庄、尖山村、上庄村、陆家沟村、儒角岭村、陶家沟村、中庄村、蒋家湾村、乡村公路、西黄公里、Y260公路等,具体信息见表 6。
表 6(Table 6
表 6 B1子台周边近距离噪声源Table 6 Near distance noise sources around B1 sub-station
类型 |
噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(1 604 m)、神憩山庄(1 276 m)、尖山村(1 719 m)、上庄村(338 m)、陆家沟村(1 981 m)、儒角岭村(2 005 m)、陶家沟村(1 912 m)、中庄村(2 370 m)、蒋家湾村(1 109 m) |
乡村道路 |
乡间小路(1 285 m)、乡间小路1(1 406 m)、乡间小路3(164 m) |
公路 |
西黄公路(1 550 m)、Y260公路(2 198 m) |
|
表 6 B1子台周边近距离噪声源
Table 6 Near distance noise sources around B1 sub-station
|
B2子台近距离噪声源有兰州广播电视台、神憩山庄、尖山村、上庄村、王家庄、儒角岭村、草源村、蒋家湾村、何家沟村、小盘道村、Y260公路等,具体信息见表 7。
表 7(Table 7
表 7 B2子台周边近距离噪声源Table 7 Near distance noise sources around B2 sub-station
类型 |
具体噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(1 701 m)、神憩山庄(1 212 m)、尖山村(686 m)、上庄村(1 729 m)、王家庄(1 957 m)、儒角岭村(1 347 m)、草源村(1 930 m)、蒋家湾村(1 768 m)、何家沟村(1 606 m)、小盘道村(1 889 m) |
乡村道路 |
乡间小路1(5 m)、乡间小路(1 257 m) |
公路 |
Y260公路(1 049 m) |
|
表 7 B2子台周边近距离噪声源
Table 7 Near distance noise sources around B2 sub-station
|
B3子台近距离噪声源有兰州广播电视台、神憩山庄、尖山村、大掌村、圈沟村、湖滩村、护林村、云霖寺、腰路村、岘子村、何家沟村、小盘道村、乡间小路、Y260公路等,具体信息见表 8。
表 8(Table 8
表 8 B3子台周边近距离噪声源Table 8 Near distance noise sources around B3 sub-station
类型 |
噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(1 151 m)、神憩山庄(1 215 m)、尖山村(1 122 m)、大掌村(1 598 m)、圈沟村(1 246 m)、湖滩村(1 410 m)、护林村(1 278 m)、云霖寺(494 m)、腰路村(1 781 m)、岘子村(2 038 m)、何家沟村(1 832 m)、小盘道村(1 182 m) |
乡村道路 |
乡间小路(743 m)、乡间小路1(1 031 m) |
公路 |
Y260公路(301 m) |
|
表 8 B3子台周边近距离噪声源
Table 8 Near distance noise sources around B3 sub-station
|
B4子台近距离噪声源有兰州广播电视台、神憩山庄、大掌村、圈沟村、护林村、云霖寺、腰路村、岘子村、温家山村、红山岘村、芦家洼村、乡间小路、Y260公路等,具体信息见表 9。
表 9(Table 9
表 9 B4子台周边近距离噪声源Table 9 Near distance noise sources around B4 sub-station
类型 |
噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(1 207 m)、神憩山庄(1 689 m)、大掌村(405 m)、圈沟村(1 219 m)、湖滩村(1 749 m)、护林村(2 249 m)、云霖寺(1 047 m)、腰路村(1 547 m)、岘子村(2 163 m)、温家山村(1 746 m)、红山(2 002 m)、芦家洼村(1 968 m) |
乡村道路 |
乡间小路(1 152 m)、乡间小路1(338 m)、乡间小路2(790 m) |
公路 |
Y260公路(1 350 m) |
|
表 9 B4子台周边近距离噪声源
Table 9 Near distance noise sources around B4 sub-station
|
B5子台近距离噪声源有兰州广播电视台、神憩山庄、上庄村、腰岘村、赵家洼村、乡间小路、西黄公路等,具体信息见表 10。
表 10(Table 10
表 10 B5子台周边近距离噪声源Table 10 Near distance noise sources around B5 sub-station
类型 |
具体噪声源及距离 |
低建筑 |
兰州广播电视台(1 468 m)、神憩山庄(1 638 m)、上庄村(1 469 m)、腰岘村(1 601 m)、赵家洼村(1 812 m)、李家洼村(2 325 m)、黄峪沟村(1 967 m) |
乡村道路 |
乡间小路(1 456 m)、乡间小路1(1 899 m)、乡间小路2(971 m) |
公路 |
西黄公路(2 113 m) |
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表 10 B5子台周边近距离噪声源
Table 10 Near distance noise sources around B5 sub-station
|
对外圈子台(B1、B2、B3、B4、B5)噪声源调查发现,共有低建筑是兰州广播电视台、神憩山庄。其中,与低建筑最近的子台是B1,距离338 m;与乡村公路最近的子台是B2,距离5 m。外圈子台中环境噪声最小子台是B5,干扰最大子台是B2。
1.4 综合评价
调查发现,9个子台中共有低建筑是广播电视台、神憩山庄。与低建筑最近的是A2子台,与乡村公路最近的是A0子台,其次为B2子台,统计结果见表 11。因此,环境噪声最优子台为B5,其次为B3、B4、A1。
表 11(Table 11
表 11 9个子台与低建筑及乡村道路的最小距离Table 11 List of minimum distances between nine sub-stations and low buildings and rural roads
子台名 |
A0 |
A1 |
A2 |
A3 |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
与低建筑最小距离/m |
235 |
391 |
157 |
348 |
338 |
686 |
494 |
405 |
1 468 |
与乡村道路最小距离/m |
3 |
372 |
177 |
99 |
164 |
5 |
301 |
338 |
971 |
与公路距离/m |
|
|
|
|
1 550 |
1 049 |
301 |
1 350 |
2 113 |
|
表 11 9个子台与低建筑及乡村道路的最小距离
Table 11 List of minimum distances between nine sub-stations and low buildings and rural roads
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现场调研发现,A0子台与乡村道路距离较近,只有3 m,但此路少有车辆通过,而与B1子台相距164 m的乡村道路通行车辆相对较多,故B1子台环境噪声相对较大。需要说明的是,每个子台周围均有高树、矮树、高灌木丛、大岩石等,与子台距离可粗略以零计算,故报告中未一一列出。
根据以上调研结果,结合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第1部分:测震》中规定的达到Ⅰ级环境地噪声水平(Enl<3.116×10-8 m/s)的地震计位置与干扰源之间的最小距离,对兰州地震台阵周围噪声源进行筛选,科学规范地列出台阵环境噪声评价表,具体信息见表 12。由表 12可见:大型输油管道、低建筑、高(矮)树、高灌木丛等影响地震台阵的主要噪声源,与子台间距小于Ⅰ级环境地噪声水平最小距离,未达到规范要求,但各噪声源振动幅度较小或有的处于静止状态,不会对台阵造成较大影响,其他大型噪声源与该台阵距离较远,故判定兰州地震台阵基本达到Ⅰ级台站环境噪声水平。
表 12(Table 12
表 12 兰州地震台阵环境噪声评价Table 12 Environmental noise evaluation of Lanzhou Seismic Array
干扰源 |
Ⅰ级环境地噪声水平最小距离/km |
与兰州地震台阵实际距离/km |
Ⅲ级以上(含级Ⅲ)以上铁路 |
5 |
13.3 |
县级以上(含县级)公路 |
3.4 |
5.4 |
飞机场 |
10 |
60.8 |
大型水库、湖泊 |
45 |
48.8 |
海浪 |
160 |
1 300 |
重型机械厂、岩石破碎机、火力发电厂、水泥厂 |
6 |
12.8 |
一般工厂、较大村落、旅游景点 |
2.4 |
6 |
大河流、江、瀑布 |
12 |
13.9 |
大型输油输气管道 |
20 |
6 |
14层(含)以上的高大建筑物 |
2.2 |
7.4 |
6层楼以下(含6层)低建筑物、高大树木 |
2.04 |
0.235、0.001 |
高围栏、低树木、高灌木 |
2.03 |
0.000 5、0.001 |
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表 12 兰州地震台阵环境噪声评价
Table 12 Environmental noise evaluation of Lanzhou Seismic Array
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2 结论
通过对兰州地震台阵周边当前环境噪声的调研,发现:①9个子台中共有噪声源低建筑是广播电视台、神憩山庄。环境噪声最小的子台是B5,其次为B3、B4、A1,环境噪声最大的子台是B1;②影响兰州地震台阵的主要噪声源有:大型输油管道、低建筑、高(矮)树、高灌木等;③目前,环境噪声对兰州地震台阵产生了一定影响,但未干扰正常观测,故判定该台阵基本达到Ⅰ级台站环境噪声水平。
未雨绸缪,切实做好兰州地震台阵周边监测设施和观测环境的保护工作,密切关注其周边一定范围内的城市规划,及时与兰州市政规划部门沟通,避免周遭规划建设对兰州地震台阵产生较大或重大噪声影响的干扰源。