丹江口水库地震台网技术系统设计

一、技术系统的测震学指标

根据丹江口水库区的地震监测环境和目前国内外的地震观测技术现状,确定本台网短周期微震观测技术系统的测震学指标如下。

(1)采用全数字地震观测技术。

(2)三分量观测。

(3)数据采集器分辨率为2-23,线性度优于1%。

(4)微震观测系统响应选用速度平坦型,响应频带选择1～40Hz。

图14-3-2 丹江口水库地震监测台网拓扑图

(5)采用大动态24bit数据采集,动态范围不低于100d B。

(6)数字化采样率不低于100SPS。

(7)时间服务误差不大于2ms。

(8)网内发生ML≥0.5级地震后,系统能触发报警和自动测定地震基本参数,并对ML≥2.5级地震能快捷(15min以内)地进行地震速报。

二、技术系统的总体构成

丹江口水库地震监测台网技术系统由遥测地震台、数据传输系统、台网中心三大部分构成,各部分又由硬件和软件组成,其总体构成框图如图14-4-1所示。

图14-4-1 丹江口水库地震监测台网技术系统框图

三、台网中心数据记录方式和地震数据处理

地震信息的记录方式采用连续磁介质记录,事件波形数据文件用光盘长期保存。

地震资料分析处理采用计算机自动处理和人机交互处理两种方式,并且地震分析处理系统还应具备地震事件自动触发报警功能和系统故障报警功能。数据处理流程见图14-4-2。数据处理流程及功能如下。

(1)台网中心实时收集记录各遥测台站传输回的地震数据,并将这些数据送入数据服务器系统进行下一步处理。

(2)以数据服务器系统为核心,分别以连续和事件触发方式记录地震波形数据,供后续实时处理使用。

图14-4-2 台网中心数据处理流程图

(3)对实时波形数据进行自动事件检测和事件报警,并对检测出的事件通过JOPENS在5min内自动分析处理出地震参数。

(4)在计算机自动分析处理地震事件结果的基础上,采用人机结合的方式,对地震事件参数进行精确修定。对于发生在重点监测区内ML≥2.5级地震在15min内向有关单位进行速报。

(5)每天对前一天记录到的实时记录数据进行浏览,在此过程中,截取计算机误判和漏判事件波形,并进行分析处理。

(6)对于记录清晰完整的网内和网缘ML≥2.5级地震,采用人机结合方法,进行震源机制解和波谱分析等研究工作。

(7)自动生成地震观测报告。地震目录和原始地震事件波形建立数据库和刻录成光盘以长期保存,并进行各种数据服务和数据管理工作。

(8)自动监测系统运行时能做出必要的指示或报警。

(9)采用公用通讯(电话和电子邮件)方式向相关单位通报有关地震信息。

四、电源供给与避雷

连续稳定的电源供给是仪器设备正常运行和地震事件完整记录的必要保障;而避雷效果的好坏,又直接关系到人员、设备的安全和工作的连续性。根据《地震及前兆数字观测技术规范》(地震观测)的要求,必须采取稳定可靠的电源供给和行之有效的避雷措施。

(一)供电方式

地震台网常用供电方式主要有交流电浮充供电、太阳能电池—蓄电池供电等。遥测地震台位于农村和偏远山区,如采用单一的交流供电时,可能得不到保证,另外交流供电还存在电源线路长、容易引起雷击等问题。如采用太阳能电池—蓄电池供电时,在遇到较长时间的阴雨或下雪天气时,会产生电源不足的现象。为了确保台网正常运行,遥测地震台拟采用太阳能电池—蓄电池和交流电源两种方式择时供电,即在冬季和非雷电季节使用交流电源供电,其他时间采用太阳能电池—蓄电池供电。

台网中心设备多、耗电量大、用电方便,以交流浮充供电为主,并配以适量的酸性蓄电池和UPS电源为辅。两种电源系统应兼容,并可自动切换。

(二)避雷

由于丹江口地震监测系统的数据传输拟采用光纤通信方式,因此不需安装避雷针,只需埋设避雷环和交直避雷器,避雷装置地线同仪器地线应按不同方向分开埋设,不得共用一个接地体。为确保建筑物避雷地线接地电阻＜10Ω和仪器避雷地线接地电阻＜4Ω的要求,在自然条件下不能满足接地要求的情况下,应在接地体周围增加减阻剂、金属碎屑和石墨粉等。

台网中心,除楼房本身所采取的避雷措施外,机房采用防静电地板和金属天花板,这些设施都应良好接地,使机房具有一定的防电磁感应能力。采用电源避雷器、大功率交流参数稳压器以滤除来自电源线路的雷电干扰。设备尽可能地采用装箱式和装架式,所有设备的外壳、机箱、机架要良好接地。仪器接地和避雷接地要严格分开,以防止雷电干扰。

五、测震系统设备选型

为了确保地震监测系统稳定可靠地运行,完整收集库区地震活动信息,除了合理、科学的台网布局设计外,观测系统仪器设备的选型也极为重要,它关系到台网系统所具备的功能和各项技术指标是否能达到设计要求,以及是否满足工程的需要。为此,在进行系统设备选型设计过程中,应对国内外地震观测仪器和通信设备性能进行必要的调查研究和分析比对工作。

(一)选型原则

丹江口地震监测系统设备选型主要遵循以下原则。

(1)所选设备在技术性能和质量等指标相近的情况下,以国产设备为主,优先选用价格便宜、功耗小、维护方便、利于环保的产品,以降低台网的投资成本和日后的维护费用。

(2)所选设备必须是通过国家正式鉴定和实际运行考核的定型产品,具有高稳定性和可靠性,标准化程度高,配套齐全,技术先进,使用方便,便于运行管理和维护。

(3)所选设备的生产厂家必须具备良好的售后服务和长期供应设备、配件及维护技术的能力。

(二)台网系统设备构成和主要设备选型及技术指标

根据台网观测的需要,确定台网系统设备总体构成,如图14-4-3所示。

图14-4-3 丹江口测震系统设备构成框图

1.地震计

地震计是地震台网建设的主要设备,其短周期地震计的主要技术指标应满足表14-4-1的要求。

2.数据采集器

数据采集器是地震监测的主力设备,根据本台网技术设计要求,数据采集器应选用24位数采,其主要技术指标见表14-4-2。

3.数据记录存储和资料分析处理设备

台网中心数据记录存储和资料分析处理是由若干计算机联网组成的网络系统,系统可分成硬件和软件两大部分。硬件主要由若干台计算机、打印机、网卡、光盘刻录机等组成,这些设备属通用产品,可在市场选择当时档次较高的品牌机,特别是实时机应选用质量好的工控机。

软件系统主要由数据收集、实时处理、交互分析、数据管理等专业软件组成。其主要功能如下。

1)实时处理软件的主要功能

(1)多路地震波形数据收集。

(2)地震波形数据记录。

表14-4-1 地震计的主要技术指标

表14-4-2 地震数据采集器主要技术指标

(3)地震事件检测。

(4)自动地震震相识别、地震定位。

(5)地震台站数据采集器监管。

(6)系统运行状态监控。

(7)支持基于TCP/IP协议的远程系统监视。

(8)自动存储系统管理。

(9)地震事件报警和系统运行状态报警。

(10)通过网络接收客户端发送的实时波形数据、触发信息、定位结果、台站状态信息、网络通信信息、系统运行信息。

(11)根据客户端的请求向客户端发送实时波形数据、触发信息、定位结果、台站状态信息、网络通信信息、系统运行信息。

(12)根据用户名、密码、客户端IP地址、请求数据类型进行客户认证。

2)交互处理软件主要功能

(1)波形数据浏览、数据编辑。

(2)提供基线校正、滤波、仪器仿真等多种地震数据处理方法。

(3)交互震相分析。

(4)地震精确定位。

(5)以震中分布图显示定位结果。

(6)打印波形数据和震中分布图。

(7)提供外挂定位程序接口。

(8)支持SEED格式和多种文件格式转换。

3)地震数据库软件主要功能

(1)保存地震定位结果、地震事件文件信息、台站参数、仪器响应参数、震源机制解结果。

(2)具备自动地名检索功能和多种数据输入方法,便于保存数据到数据库。

(3)提供多种数据检索方法检索数据,以表格、电子地图的方式显示查询结果。

(4)按规范要求的格式打印地震目录、观测报告、台站要素表。

(5)具备信息发布模块,可同时以FTP、电子邮件的方式群发地震目录、观测报告。

(6)通过WWW服务器和FTP服务器实现远程动态数据查询和波形数据文件共享。

4)电源设备

本台网选用的电源设备主要有太阳能电池、蓄电池和浮充电机等,这些设备国内有很多厂家生产,且质量均较好,可满足台网的需要。蓄电池拟采用免维护电池。

六、地震台站和信号传输主要设备及其配置

根据台网技术系统设计和仪器设备选型,数字遥测地震台站和信号传输主要设备配置见图14-4-4～图14-4-7,设备清单见表14-4-3。

七、台网中心设备及其配置

台网中心主要设备配置见图14-4-8,设备清单见表14-4-4。

图14-4-4 遥测地震台站主要设备配置图

图14-4-5 地震台站附近电信机房信号传输主要设备配置图

图14-4-6 仓房电信中继站信号传输主要设备配置图

图14-4-7 石鼓电信中继站信号传输主要设备配置图

表14-4-3 地震台站设备配置表

图14-4-8 台网中心主要设备配置图

表14-4-4 台网中心主要设备配置表

八、辅助设备、备用设备和流动台设备配置

为了确保台网正常运行和进行一般日常仪器设备检查维修,以及在库区出现震情变化后能及时加密地震台站观测,本系统有必要配置部分辅助设备、备用设备和流动台设备。具体设备配置见表14-4-5。

表14-4-5 辅助设备、备用设备和流动台设备配置

续表14-4-5