文章快速检索    
  地震地磁观测与研究  2020, Vol. 41 Issue (6): 69-74  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2020.06.009
0

引用本文  

张洪艳, 陈俊杰, 卢燕红, 等. 吉林龙井地震台阵勘选[J]. 地震地磁观测与研究, 2020, 41(6): 69-74. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2020.06.009.
ZHANG Hongyan, CHEN Junjie, LU Yanhong, et al. The site survey of the seismic array in Longjing, Jilin Province[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2020, 41(6): 69-74. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2020.06.009.

作者简介

张洪艳(1979-), 女, 研究生学历, 高级工程师, 主要从事地震编目和地震研究工作
吉林龙井地震台阵勘选
张洪艳 , 陈俊杰 , 卢燕红 , 郑国栋 , 高金哲 , 蔡宏雷     
中国长春 130117 吉林省地震局
摘要:吉林省地震监测台网自数字化观测以来,地震监测能力和速报速度明显提高,但东部的延边地区测震台网密度仍相对偏低。为了进一步提升该区地震监测能力,中国地震局拟在吉林省延边州龙井市建设1个地震台阵,采用圆形阵列方式布设,孔径设为3 km,由9个子台组成。通过图上勘选、宏观勘选、仪器勘选,最终确定9个台点的具体位置,并给出布台方案,为今后实地建设台站打下坚实基础。
关键词吉林龙井    地震台阵    监测能力    台站勘选    
The site survey of the seismic array in Longjing, Jilin Province
ZHANG Hongyan , CHEN Junjie , LU Yanhong , ZHENG Guodong , GAO Jinzhe , CAI Honglei     
Jilin Earthquake Agency, Changchun 130117, China
Abstract: The seismic monitoring capability and the earthquake quick-report have increased significantly since the digitization of the Jilin seismic monitoring network. However,the network density in the eastern Yanbian area is relatively low. In order to further improve the seismic monitoring capability of the eastern region,China Earthquake Administration plans to build a seismic array in Longjing City,Yanbian Prefecture,Jilin Province. The seismic array consists of 9 sub-stations that are distributed in a circular shape with a diameter of about 3 km. After the selection on the map,site survey,and instrument observation survey,the specific locations of 9 stations are finally determined and the layout scheme of each site is given. These make a solid foundation for the future field construction of the array stations.
Key words: Jilin Longjing    seismic array    monitoring ability    station survey    
0 引言

地震台阵是在与所观测地震波波长相当的孔径范围内有规则(直线、圆形或三角等)排列安装若干地震计(子台)的地震观测系统,从而获得比单个地震台更强的地震监测能力,特别是提取微弱地震信号的能力(张爽,2016)。

20世纪60年代,台阵地震学开始逐步发展(郝春月等,2007),美国、德国、加拿大等国开始建设地震台阵监测全球地震、核爆等动态,我国上海、兰州、和田等地区于20世纪90年代起陆续开展台阵建设(朱元清等,2002;许健生等,2005;段天山等,2009)。地震台阵的建设,使得在较远处监测低震级事件及在环境恶劣、不适宜架设固定台站地区提高地震监测能力成为可能,而且地震台阵记录可提供高质量数据集,为解释地球内部精细结构提供了可能(于海英,1999)。

吉林省地震监测台网2008年建设完成,由5个国家数字测震台、20个区域数字测震台及2个火山监测台网(包含14个子台)共39个台站组成,同时与辽宁、黑龙江、内蒙古3个邻省的13个台站进行共享,地震监测能力明显提高,地震速报速度得到较大提升。但目前测震台网分布仍不均匀,东部的延边地区台站密度较低,严重影响地震监测能力。

为了进一步提升东部地区的地震监测能力,中国地震局拟在吉林省延边州龙井市建设1个地震台阵。台阵建设技术方案如下:采用圆形阵列方式,孔径3 km,由9个子台组成,分为阵心(1个台)、内环(3个台)、外环(5个台),呈近均匀几何分布,内环半径约500 m,外环半径约1 500 m。

子台建设应满足地震观测所需地质、台基岩性等自然条件,尽量避开各种振动干扰源,保障台站正常工作的电力、通讯、交通和生活等条件(中国地震局,2001),可见台阵勘选是台阵建设的一项重要工作。本文主要介绍龙井地震台阵勘选的相关工作,从以下3个阶段进行台阵勘选:图上勘选、宏观勘选、仪器勘选,最终确定各个台点的布设方案。

1 台阵概况

根据项目建设需求,拟在吉林省延边州龙井市建设地震台阵(图 1)。台阵位于延边朝鲜族自治州龙井市长白山东麓(图 1中红色框),东南隔图们江与朝鲜相望,边境线长142.5 km,东北与延吉市、图们市接壤,西南与和龙市毗邻,西北与安图县相接。

图 1 龙井地震台阵区域卫星影像 Fig.1 Regional satellite images of Longjing Seismic Array

地震台阵采用圆形阵列方式(阵心1个台、内环3个台、外环5个台)布设,孔径3 km,呈近均匀几何分布,内环半径约500 m,外环半径约1 500 m。

根据地震台阵勘选要求,此次台阵勘选分图上作业、宏观勘选和仪器勘选3个阶段。要求每个子台台基噪声低于台阵背景噪声水平,满足Ⅱ类及以上台站建设要求。对拟定台站进行勘选,每个台站需连续记录一个月,数据有效率应达95%以上,核实站址背景噪声是否满足相关技术要求,以便为台阵建设及施工设计提供依据。

2 图上勘选

图上作业的主要任务是,依据地震台阵布局需求和大比例尺地图,初步确定宏观勘选的大致方位和范围,根据地质、气象、交通、通信、经济社会发展等地理人文环境,对建台的可行性进行初步分析,为下一步宏观勘选作准备。

台阵拟建于延边州东部,龙井、和龙一带。图上勘选初步选定龙井市的怀庆村、智新镇、德新乡及和龙市的八家子镇(图 2)。对卫星影像图上的4处地点进行初步分析,可见台阵观测场址位于谷地,地形相对平坦,交通较为便利,与人类活动密集城市距离相对较远,人口稀疏,以农耕为主,附近干扰源少,较适合地震台阵观测。

图 2 图上作业拟建台阵位置 Fig.2 The analogue station of the seismic array on the map
3 宏观勘选

宏观勘选是根据图上勘选结果进行实地踏勘,详细调查台基地质环境、气象、交通、供电、通信、土地权属、经济社会发展规划等地理人文情况,分别从观测场地环境、建设条件、施工可行性、建成后运行条件等方面进行勘察,分析该场址是否适于台阵建设,确定下一步仪器勘选的具体点位。

实地踏勘发现,德新乡各自然村(屯)之间相对高差小,村(屯)人口稀疏,相对宁静; 当地以农耕为主,全乡境内未见大的噪声干扰源,具备需求的电力条件,所选测点附近有通讯塔,可实现光纤通讯; 在当地政府调研获悉,该乡未来以农业耕种为主,无工程建设用地、占地规划。初步判断,龙井市德新乡较适合地震台阵观测,确定为拟建台阵场址。

在现场踏勘中,对德新乡每个候选台址进行连续24小时的地震数据记录,利用收集的数据计算台基噪声水平,最终确认9个子台位置,除7#站在粮库、8#站台址选在德新乡山野外,地震计采用填埋方式,其余子台均布设在德新乡老乡家院内。台阵勘选参数见表 1。初步确认台阵的9个台址,后期将进行仪器勘选。

表 1 地震台阵台站参数 Table 1 The station parameters of seismic array

图 3是子台分布卫星影像示意图。1号站作为台阵中心站,2号站、4号站、7号站为台阵内环站,距1号站约500 m,3号站、5号站、6号站、8号站、9号站为台阵外环站,距1号站均在1.5 km左右。

图 3 台阵站点分布 Fig.3 The station distribution of seismic array
4 仪器勘选

对前期宏观勘选确定的9个点位进行仪器勘选,技术系统构成见图 4

图 4 勘选技术系统构成 Fig.4 The system composition of survey technology system

使用TMD-40TDE一体化短周期地震计进行现场连续观测,同时进行通信信道测试,所选测点附近存在通讯运营商2G、3G、4G信号,可实现光纤通讯和无线通讯。拟建测点附近无基岩出露,拟采取井下或地下室方式进行观测。拟建测点附近有220 V电源和通讯运营商的通讯塔,采用地埋220 V供电线进行供电,采用SDH光纤进行通讯。

个别点位布在野外,仪器安放选择填埋方式。步骤如下:挖坑(图 5,左上),坑深约1 m,铺垫并铺平细沙,沙上放置石板、踩实,用罗盘确定方位,安置并调平地震计、接线、加电测试、调整参数,系统正常运行后加盖地震计罩,用土填埋,电源尽量远离地震计。其余点位布在老百姓家院内,仪器安置在菜窖和仓房内。

图 5 设备安装及调试 Fig.5 Equipment installation and test

8月5日下午至12日为台基噪声测试阶段,提取数采存储卡内记录数据,调整确认设备状态,检查24小时存储数据是否正常,同时检查GPS时钟是否正常。

采用港震仪器设备有限公司童汪练提出的背景噪声测定方法,对数据进行处理。通过对9个台点记录数据进行计算分析,获取台基噪声平均值、台基噪声PSD曲线、台站观测动态范围,结果见图 6,评估监测台点附近的台基噪声水平,判断是否符合相关规定,同时,结合该台点附近的通信条件,综合判断勘选点是否可以作为台阵子台站点。符合台阵勘选台基噪声水平要求的,即确认为勘选台址,不符合要求的,调整台址,直至符合要求。按此操作流程,陆续确认9个子台的台址。

图 6 台阵勘选仪器记录背景噪声处理结果 (a)4号站点台基噪声PSD曲线;(b)台站观测动态范围;(c)4号站点不同时段台基噪声PSD曲线 Fig.6 The processing result of the station survey for the background noise recorded by the instrument

8月13日至9月18日选定台阵的9个站点进行连续记录,期间于8月中旬受9号台风“利奇马”影响,几个地窖台站出现渗水现象。为此,将设备转移并暂停监测,台风过后,于8月17日陆续恢复监测(表 2)。

表 2 地震台阵勘选记录 Table 2 The record table of seismic array survey

通过现场勘查、设备安装调试、波形标定、台基噪声测试及分析、通信条件检查、建台建议等流程,历时一个月,记录数据有效率达95%以上,初步完成仪器勘选工作,并最终给出9个子台站点布设的具体实施方案。综合分析认为,选定的9个台址在背景噪声水平、台基噪声、干扰源、通信、地质等方面,均满足建台相关要求。

5 小结

经图上勘选、宏观勘选、仪器勘选,根据对9个子台站点地震监测数据的分析处理,得出以下结论。

(1) 9个最终站点台址背景噪声水平低于台阵监测要求的背景噪声水平,地面活动干扰源较少时段测得的台基噪声符合Ⅱ类及以上台站噪声水平,适合作为地震台阵的监测台站。

(2) 根据9个站点的位置情况,在实际台阵站点建设中,尽可能在勘选台址周边,远离道路,采用浅井监测设备,提高监测数据质量。

台站勘选过程中得到相关部门及德新乡政府工作人员的协助,现场勘选得到当地居民积极配合,在此表示衷心的感谢。

参考文献
段天山, 范广超. 和田台阵子台相关性分析与布局设计[J]. 地震研究, 2009, 32(4): 409-414. DOI:10.3969/j.issn.1000-0666.2009.04.014
郝春月, 边银菊. 地震台阵、台阵地震学在中国的现状与发展[J]. 国际地震动态, 2007(9): 36-43. DOI:10.3969/j.issn.0253-4975.2007.09.006
许健生, 李建, 刘旭, 等. 兰州大尖山地震台阵建设[J]. 西北地震学报, 2005, 27(Z1): 27-30.
于海英. 地震台阵的应用及最新进展[J]. 地震地磁观测与研究, 1999, 20(6): 68-73. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.1999.06.012
张爽. 核查台阵、美国台阵与科学探测台阵现状综述[J]. 国际地震动态, 2016(12): 24-33. DOI:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.12.007
中国地震局. 地震及前兆数字观测技术规范:地震信息网络[M]. 北京: 地震出版社, 2001: 3-6.
朱元清, 宋俊高. 上海地震台阵观测系统的建立[J]. 地震地磁观测与研究, 2002, 23(2): 1-12. DOI:10.3969/j.issn.1003-3246.2002.02.001