0 引言

包头地处河套地震带，位于全国地震重点监视防御区，具有发生破坏性地震的构造背景。长期以来，辖区内仅分布百灵庙和包头2个地震观测台站，台站间距大于100 km，地震监测能力偏低，不能满足国家对地震重点监视防御区地震监测能力建设的要求。2017年起，为了解决该区地震监测能力偏低的问题，满足城市防震减灾和地震科学研究的需求，包头市地震局陆续建设色气湾、梅力更、大仙山3个地震台站，台站背景噪声水平均达到Ⅰ类台标准，安装GL-S60型速度地震计和GL-A4加速度计进行地震记录，波形数据质量良好。通过技术手段，将单个地震台站组建成地震台网，形成由16个子台组成的包头地震台网，地震监测范围覆盖了河套地震带，台网对包头及周边地区的理论监测能力达M_L 1.0。为进一步验证包头地震台网实际地震监测能力，用台网运行以来记录的实际震例进行检验。

本文介绍了包头地震台网的组网技术架构及组网前后的地震监测能力评估方法，通过该地方地震台网的建设，为其他地市级地震部门组建地震台网提供借鉴和技术支持。

1 组网技术路线及系统架构

采用基于NetSeis/IP协议的网络组网技术，依托地震行业网SDH，通过SSS流服务器提供实时地震波形数据流、地震速报信息、编目信息等服务（韩成成等，2014），将13个区域地震台站和3个自建地震台波形数据组合到一起，实现实时波形数据的接收与分发，建成内蒙古自治区首个盟市级地震台网——包头地震台网（图 1），提高了包头地区地震监测能力。

包头地震台网由台站观测系统、数据处理系统、监控系统和网络通信系统组成。实时波形数据以2种传输方式汇集于包头地震台网中心（图 2），其中：①区域台数据传输：乌海、东升庙、乌加河、西山咀、东胜、百灵庙、满都拉、察素齐、呼和浩特、乌兰花、和林格尔、清水河、凉城13个地震台的实时地震数据，通过内蒙古地震台网中心数据流服务引入包头市地震局数据流服务器，实现数据的共享与汇集；②自建台数据传输：色气湾、梅力更、大仙山地震台的实时地震数据，通过20M专用通信链路接入包头市地震局数据流服务器，实现数据的汇集和存储（图 2）。

2 技术系统部署 2.1 软件部署

包头地震台网软件系统基于中国地震局地震业务系统JOPENS系统搭建。JOPENS软件系统是由广东省地震局开发的一套地震台网专业应用软件，目前在全国省级地震台网中心广泛使用，实现了地震参数测定从单台网分立式模式到全国组网统一模式、从人工到自动化的历史性跨越（黄文辉等，2014）。该系统使用Mysql数据库实现数据的汇集、存储和分类，依托RTS实时数据处理模块和人机交互模块，实现对监测区域地震事件的自动定位和人机交互处理（梁向军等，2012）。

包头地震台网基于实时处理模块RTS，从包头市地震台数据流服务器获取实时数据，实现地震事件的判别和自动定位，处理结果实时保存至数据库。基于人机交互模块，可对实时波形和指定时间段的数据进行人工分析，为地震编目提供更加可靠的地震参数。

2.2 服务器部署

按照系统总体架构设计及统一监控、统一管理、互为备份的设计原则，部署2台服务器，分别用于波形数据流服务和组网软件部署。其中：①波形数据流服务：实现波形交换管理、消息交换与参数管理、共享、直连区域子台和本地子台实时波形数据；②组网软件部署：连续波形与事件波形归档。

基于以上部署，可根据工作任务有效配置服务器的使用范围，便于维护和管理。面对不同工作需求和业务部署，只需调整和维护一台服务器系统，不影响整体业务系统运行，同时，当一台服务器出现故障，另一台服务器可立即替换并接管工作，确保数据的连续性和稳定性。

3 包头地震台网监测能力评估

台网地震监测能力通常指该台网对特定地区所能监测到的最小地震，主要取决于台网密度、技术系统的仪器响应灵敏度、仪器观测动态范围和台址的地脉动噪声平均水平。通常所说的一个地震台网对某一地区监测能力为某一震级，是指当这个地区发生该震级以上的地震时，至少有4个台站能记录到完整且清晰可辨的P波、S波震相，监测能力用不同震级控制范围等值线图的方式表达（王保太等，2001）。

数字地震台网速度型记录测定近震震级计算公式如下

$M_{\mathrm{L}}=\log \left(\frac{V_{\mathrm{S}}}{2 \pi f}\right)+R(\varDelta)$

(1)

式中，V_S为S波最大传播速度，f为频率，R(Δ)为震级量规函数。当信躁比V_S/V_n≥2时，认为地震信号是可辨认的。近震频率f一般取为2—5 Hz，此时地震台站对震级为M_L的地震最远控制距离Δ_max可由式（1）计算得到。

地震台站能够记录的最大地动速度计算公式如下

$V_{\max }=\frac{N_{\max } \cdot k_{\mathrm{a}}}{G_{\mathrm{m}} \cdot S_0}$

(2)

式中，N_max为数据采集器能够输出的最大数字数（counts），取决于数据采集器的字长；k_ad为数据采集器的AD转换因子（V/counts）；G_m为数据采集器的前放增益；S₀为地震计电压灵敏度（V·s/m）。若V_S＞V_max，则记录限幅，将V_max代入式（1），可求得对震级为M_L的地震的最小控制距离Δ_min。

单台控制范围为Δ_min＜震中距＜Δ_max，采用空间逐点扫描方法，若以Δ_min为半径的空间范围内任意点有4个以上地震台站共同控制，则地震台网对该点具有监测能力。

收集包头地震台网各子台（内蒙古自治区区域地震台和包头自建地震台）基础数据（表 1），包括台站经纬度、背景噪声地动有效速度值RMS等基本参数，使用目前通用的jcnl.exe评估程序，导入台站噪声水平、经纬度坐标进行计算，得到包头主城区及周边地区地震监测能力。计算结果表明，包头地震台网建成前，呼和浩特—包头地震重点监视防御区仅首府呼和浩特的地震监测能力达到M_L 1.0，包头主城区及周边地区未达到M_L 1.0，见图 3(a)；该台网建成后，地震监测能力明显提升，包头主城区及周边部分地区监测能力达到M_L 1.0，见图 3(b)。

4 震例检验

包头地震台网组网完成后，于2021年正式投入运行。为了直观检验该台网的地震监测能力，选取台网运行以来包头主城区及周边部分地区（40°—42°N，109°—111°E）地震编目结果，同时参考全国地震月报目录，进行震例统计分析。2021年1月—2022年11月，包头地震台网记录并进行编目的地震共计51个（图 4），其中M_L 0.5—1.0地震11个，M_L 1.1—3.0地震40个。这些地震均位于包头地震台网监控范围内，且至少有4个台站记录的震相是可辨认的。采用广东省地震局研发的JOPENS分析处理系统，基于HypoSat定位方法进行地震定位（图 5），将定位结果与全国地震月报目录进行对比，M_L≥1.0地震二者一致性较好。再将M_L≤1.0地震定位结果列于表 2，从表可见定位残差较小，说明包头地震台网的建立对M_L≤1.0地震的监测能力有提高。

震例检验结果表明，包头地震台网对包头主城区及周边部分地区的地震监测能力优于M_L 1.0，与理论计算结果相符，表明包头地震台网建设达到预期目标。

5 结论及建议

包头地震台网建成后，通过理论计算和震例检验，对包头主城区及其周边部分地区的地震监测能力达到M_L 1.0，且优于M_L 1.0，实现了国家对地震重点监视防御区地震监测能力的目标要求。

包头自建地震台站目前未纳入内蒙古数字地震台网。由于空隙角、台站分布方位均匀度、最小震中距、参与定位台站数等的差异（赵艳红等，2022），内蒙自治区地震局和包头市地震局的地震定位结果存在一定系统性偏差，建议尽快将包头自建地震台纳入区域地震台网。研究发现，包头市土默特右旗、石拐区等位于地震高烈度区（0.3g），边远地区的地震监测台站数量不足，地震监测能力偏低，尚不能满足地震监控要求，建议“十四五”期间继续加密台网，全面提升本地区地震监测能力。

本文撰写过程中，河北省地震局高景春研究员提供jcnl.exe评估程序，内蒙古地震台高级工程师王鑫、工程师安全提供区域地震台网13个子台的基础数据，在此一并表示感谢。