2) 中国北京 100871 北京大学
2) School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
安宁河—则木河断裂带位于川滇菱形块体与华南块体交界处,是川滇菱形块体的东部重要边界,1480年以来,安宁河—则木河—小江断裂带发生6—7级地震11次,7—8级地震1次,强震发生间隔为30年(冉勇康等,2008)。地震活动性分析表明,则木河断裂西昌—普格段是低应力下的微弱活动段(易桂喜等,2004),则木河断裂北段及大凉山断裂交会区,其中冕宁西昌段和西昌—普格段分别是“安宁河地震空区”和“则木河空段”(闻学泽,2000)。近年来,则木河断裂带中强地震活动相对平静,但小震频发,地震观测资料相对较少,地下速度结构分辨率较低,强震孕育模型尚不明确。
则木河断裂带自西昌起,向南经普格,到达巧家,长度约110 km,整体走向NNW向,为了加强则木河断裂带沿线区域的地震监测,在则木河断裂带布设20套流动宽频带地震仪,针对以往流动台站连续率不高、故障率高等特点,改造传统的供电系统,采用实时数据流监控等措施,开展流动加密观测。在该区建设宽频带流动地震台网,不仅可以获取研究区地震完整性目录,有效提升研究区地震监测水平,而且,连续地震波形数据是开展地震学研究的基础,可就断裂带整体b值与当前应力水平关系开展研究,对于探讨该区发生较大地震危险性具有重要意义,同时可以利用密集台阵观测进行开展高分辨率地震观测、噪声成像(朱元清等,2002;郝春月等,2020)、地球内部精细结构等研究(宋丽莉等,2012)。文中介绍了则木河断裂带宽频带流动地震台网建设措施,台网运行效果表明,该台网建设达到了预期效果。
1 则木河断裂带宽频带流动台网简介依托北京大学重点研发项目“强震危险区三维精细结构成像区地震精定位”,2018年云南省地震局沿则木河断裂带建设安装20套宽频带地震仪,建成具有20个测点的宽频带流动地震台网(下文简称则木河流动台网),测点空间分布见图 1。该台网布设在则木河断裂带附近(图 1),以(26.8°—28°N,101.8°—103°E)范围为观测区域,台网整体呈NS向展布,北起西昌,经普格、宁南,向南至巧家,南北展布长130 km,平均台间距约15 km。观测系统配置如下:Centure型数据采集器、Trillium Compact TC120-SV1地震计(图 2),均使用太阳能板供电。
为了确保仪器记录振动波形真实反映地下岩层运动,摆墩尽可能布设在基岩上,而且为了减小温度、湿度及风力对地震计的影响,在台基位置设计建造简易摆房,以安置地震计(图 3)。
该台网自2018年4月起野外开展野外选址踏勘工作,根据研究区自然条件,利用卫星影像确定台站初始位置,合理布设仪器空间分布,充分考虑台站设置的必要性和可能性,仪器观测环境尽可能安全、安静。为保证仪器安全性,台站位置尽可能选在居民家中或附近,避免仪器被人为破坏,且远离振动干扰源,保证满足观测要求。
2 供电系统设计供电系统在野外流动仪器观测中是重要且薄弱的环节,通常有2个可选方案:①接入附近居民用户生活用交流电,通过220 V电源适配器向蓄电池和负载供电,需考虑电网稳定程度及防雷措施等级;②采用太阳能供电板,接入太阳能控制系统,向设备及蓄电池供电。鉴于观测区域雷雨天气较多,雷击事故可能性较大,而凉山地区阳光充足,日照天数在200 d以上,因此,则木河流动台网建设选择在每个站点部署2个功率85 W的太阳能电池板,配备2个120 A·h铅蓄电瓶作为备用电源。该供电方式有效避免了仪器被交流电干扰及电源适配器被雷击损坏的可能。
在以往观测中,尤其在雨季,雨水易渗入观测基坑,导致观测环境湿度增加,而太阳能充电控制器防水效果差,长期在潮湿环境中运行,仪器和设备易损坏,导致缺数现象发生,观测系统运行率降低(王松等,2017)。因此,设计并制作一套集成化电源防护箱(图 4),具备IP67防水防尘设计,集成4G无线路由器、太阳能控制盒、电源插座等功能。
一些数据采集器制造商在其固件中增加了对SeedLink协议的支持,而项目中使用的Centura数据采集器,作为客户端内部固件也内置了SeedLink协议。SeedLink是一种实时数据采集协议和实现该协议的客户端—服务器软件协议,其命令由一个ASCII字符串及零个或多个以空格分隔的参数组成,并以回车符(<cr>,ASCII代码13)和可选的换行符(<lf>,ASCII代码10)结束。SeedLink协议的优点在于,客户端可以断开和重新连接而不丢失数据,也就是说,只要数据仍存在于服务器缓冲区就可恢复传输。
单台数据流传输示意见图 5,具体如下:在Centuar数据采集器配置SeedLink数据传输协议,通过4G无线路由器端口转发功能,在协议18000端口将数据流传输至远端的JOPENS6.0系统,利用基于ISCSI技术的网络附属存储(NAS)系统,构建大容量、读取高速和安全的地震数据存储模块,实现miniseed文件存储功能。需注意,NAS服务器应尽可能选择具有万兆光纤口的物理硬件,且存储主板内存应尽可能采用固态硬盘(SSD)组建缓存。
在运维过程中配置JOPENS6.0数据监控服务,实现了数据流中断实时报警功能。SeedLink协议支持缓存数据断点续传功能,但是,若通讯出现故障,如:工业路由器故障或4G信号丢失,数据无法传输使得内存数据包累积增大,造成内存数据溢出,即使通讯恢复,数据仍无法正常传输。针对上述现象,利用无线路由器端口远程转发功能,使用ssh命令进入Centura数据采集器内部,输入reboot命令重新启动数采,实现台网的远程维护和数据传输作用。
4 台网运行效果则木河流动台网于2019年5月进行观测,观测数据平均连续率高达98.7%(图 6),显著高于一般流动台站。则木河台网运行以来观测到大量微震事件,波形记录清晰,以2020年4月7日22时06分49.33秒(UTC)一次ML1.4地震记录为例,此次地震事件震中(102.53°E,27.33°N),震源深度10 km,垂直分量波形记录见图 7。由图 7可见,15个测点的波形记录清晰。由运行结果可知,则木河流动台网建设达到了项目的预期效果。
在安宁河—则木河断裂带宽频带地震台建设过程中,通过前期卫星影像图勘、现场勘选,覆盖则木河断裂大部分地区,形成对则木河断裂带平均间隔为15 km的高密度监测台网,提高了研究区地震监测能力。通过自行设计制作电源集成防护箱,提高了供电系统的稳定程度;利用基于SeedLink协议的实时地震数据流传输模式,配合JOPENS6.0系统,实现了波形数据的实时显示及信号通断预警,数据连续率得到保障,同时,记录数据实时传输至中心端服务器,便于随时调用及分析,为今后在则木河断裂带开展地震学研究提供数据支持。
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