西藏地震监测台网的建设与发展.pdf

SEISMOLOGICAL AND GEOMAGNETICOBSERVATION AND RESEARCH第 44 卷 第 2 期2023 年 4 月Vol.44 No.2Apr.2023地 震 地 磁 观 测 与 研 究doi:10.3969/j.issn.1003-3246.2023.02.009第一作者简介：多布拉（1984），男，藏族，西藏拉萨市人，本科学历，主要从事地震观测、台网维护等工作。E-mail：本文收到日期：2022-09-09西藏地震监测台网的建设与发展多布拉1）普穷1）洛桑罗布1）索朗占堆1）欧文东1）殷 翔2）1）中国拉萨 850000 西藏自治区地震局 2）中国南京 210014 江苏省地震局 摘要 回顾西藏自治区地震监测台网发展历程，介绍西藏测震台网、地球物理台网和GNSS 台网的建设与发展现状，并对西藏地区测震台网、地球物理台网和 GNSS 台网的未来发展提出建议，建议进一步优化各类台网布局，提升西藏地区地震监测能力和地球物理参数获取能力，为防震减灾工作和地球科学研究提供高质量观测数据。关键词 地震监测；测震台网；地球物理台网；GNSS 台网0 引言 西藏自治区全区面积 120 多万平方千米，约占全国总面积的 1/8，是现今地球上最年轻、最高的高原，平均海拔约 4 500 m，地壳厚度较厚，在雅鲁藏布江两侧地壳厚度可达70 km。西藏地震多为浅源地震，地震分布主要具有成带状特征，喜马拉雅地区和雅鲁藏布江两侧为强震多发地带，近年来多个地区连续被确定为年度地震危险区。自 2015 年尼泊尔 MS 8.1 地震发生后，西藏地区地震活动明显增强，6.0 级及以上地震频发，有 2017 年11 月 19 日米林 MS 6.9 地震、2019 年 4 月 24 日墨脱 MS 6.3 地震、2020 年 7 月 23 日尼玛MS 6.6 地震以及 2021 年 3 月 16 日比如 MS 6.1 地震。近年以来，在全国地震趋势会商会确定的年度地震重点危险区，涉及西藏地区的每年度有 2 3 个，震情形势复杂、严峻。地震科学以观测为基础，地震观测的手段、质量和密度等直接影响到地震科学研究的水平。通过高密度、多手段的地表观测，监测并提取与地震孕育、发生及成灾整个过程相伴随的各种地球物理场和地球化学场的变化特征，是认识地震灾害本质、减轻地震灾害和实现地震预报的必经之路。西藏地区地处全国地震监测能力薄弱区，虽然 20 世纪 50 年代即已经开展地震监测，截至目前基本建成涵盖测震、地球物理场和 GNSS 的立体地震观测网络，但无论从测震台站建设、地震台网分析处理软件，还是从强震动监测台网和结构物监测台阵以及地球物理场观测等，当前地震监测能力仍较弱。本文对西藏测震台网、地球物理台网和 GNSS 观测台网的建设历史进行回顾，并对台网现状、建设及发展进行描述和展望。地震地磁观测与研究44 卷 741 西藏测震台网根据 1956 1967 年科学技术发展远景规划 的要求，结合国际地球物理年（IGY）的工作，1956 年中国科学院地球物理研究所派专家到西藏选址建设地球物理观象台，选定台址位于拉萨西郊的“七一”农场内，台基为拉萨河冲击层地带，于 1956 年 10 月 13 日开工建设，1957 年 7 月 1 日建成并投入正式观测，即为拉萨地震台，后因台基不佳，测震部分于 1960 年 1 月 1 日搬迁至拉萨市北郊 103 单位新址，采用有人值守、人工测量方式开展地震监测工作，成为全国最早开展地震观测的 8 个地震台之一。1.1 测震台站建设1987 年西藏自治区地震局成立，后在全区陆续建立 6 个有人值守模拟记录地震台，地震参数由人工测量电话报送至本地震局值班室，局分析室汇总并测定地震参数。1983 年，中国地震局与美国地质调查局（USGS）规划设计中美合作的中国数字地震台网（CDSN）。目前，CDSN 是全球地震台网（GSN）的一个重要组成分（周公威等，1997）。在中美合作中，我国引进美国 Teledyne Geotech 公司的 24 位 DTS 系列数据采集器、S-13单分量短周期地震计、BB-13 宽频带地震计，于 1991 年建成拉萨数字地震台站。1993 2001 年，基于美国地震学联合研究协会（IRIS）在全球建立的数字地震台网（GSN）的技术规范，中美双方对 CDSN 进行二期改造，使台网的硬件、软件系统符合该规范。1996 年以后，国家数字地震台网开始大规模建设，观测设备逐步国产化，如：JCZ-1超宽频带地震计、CTS-1 甚宽频带地震计、FBS-1 宽频带地震计和 EDAS 系列数据采集器等一系列国产专业设备用于台网观测（宋彦云，2009）。西藏自治区地震局抓住此次契机，在藏北建设那曲地震台，在藏东建设昌都地震台，在藏西北高原建设阿里地震台。“十五”期间，在中央财政的大力支持下，西藏地震监测工作得到迅速发展。通过“西藏数字地震观测网络工程”项目建设，完成由模拟记录向数字化转变的技术革命，2007 年错那、日土、仲巴、尼玛、双湖、珠峰等 18 个测震台站完成全面数字化、网络化改造，使用 IP/VPN 技术，实现了数据的实时网络传输和共享。通过“青藏高原地震监测能力提升项目”，于 2020 年建成 30 个测震站，着重填补了青藏高原地震监测空白区，缩小了地震监测空区范围，提高了青藏地区测震台站密度。为进一步提升西藏地区地震监测能力，针对西藏、青海、新疆地区地震监测能力薄弱的西藏西北部、青海西南部、新疆阿尔金山等地区，新建 72 个测震（其中西藏 30 个、青海 28 个、新疆 14 个）、强震同址地震台，使西藏除羌塘无人区外的其他地区、青海除可可西里自然保护区外的其他地区、新疆阿尔金山地区的地震监测能力，从原来的基本 ML 3.0 4.0 之间提升到 ML 2.5 及以上。2016 2022 年，“国家烈度速报与预警工程”西藏子项目的建设，使得区内测震台间距减小到40 75 km，为地震预警和烈度速报提供了坚实的数据基础。目前，西藏参与地震速报和编目分析的测震台达 61 个（图 1），平均地震监测能力为 4.0级，其中拉萨地区监测能力最佳，为 2.5 级，人烟稀少的藏北地区仅能达到 4.0 级，其他地区为 3.0 级。1.2 小孔径地震台阵建设 为加强西藏地震监测能力，于“十五”项目期间建成那曲小孔径地震台阵，并于“中国地震背景场探测项目”建成山南小孔径地震台阵（图 2）。每个地震台阵均采用圆形阵列方式75第 2 期设计技术方案，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（刘瑞丰等，2008）。2 个台阵中心台站均配备 CTS-1 甚宽频带地震计，其中那曲台阵其他子台配备 DS-4D 短周期地震计，山南台阵其他子台配备 CMG-40T-1 短周期地震计，2 种短周期地震计均采用速度平坦型设计，其频带宽度均为 2 s 50 Hz。各子台均配备 24 位数据采集器，实现 IP 数据传输和本地存储功能。台阵子台实时波形数据分别汇集到西藏地震台网中心和新疆地震台网中心，并转发到中国地震台网中心。图 1 西藏地区现有测震台网分布Fig.1 Distribution of current seismic network in Tibet80859095100 E35 N30现有测震台站（61）拉萨图 2 地震台阵子台布局(a)那曲地震台阵；(b)曲松地震台阵Fig.2 The layout of seismic array sub-stations光缆光缆光缆光缆光缆光缆光缆拉萨中心站NVB3NVB4NVA3NVA0NVA1NVA2NVB2NVB1NVB5光缆光缆光缆光缆光缆光缆光缆光缆光缆光纤发送至拉萨中心站那曲台NVB3NVB4NVA3NVA0NVA1NVA2NVB2NVB1NVB592 044831 3000N31 292431 284892 0524 92 0600 92 0636E光缆光缆(a)92 044831 3000N31 292431 284892 0524 92 0600 92 0636E(b)2 西藏地球物理台站（1）拉萨地磁台建设。拉萨观象台是我国较早建台的 8 个地磁台之一，是中国科学院在西藏高原建立的第一个永久性观测研究机构。拉萨地磁台的建设历程，见证了我国对科学研究、地震预测预报研究工作的重视（周锦屏，2013）。该地磁台于 1956 年秋破土动工，1957 年 7 月 1 日正式投入观测记录，建设速度快、效率高。该台配备完整的地磁观测系统，采用产自德国的 Askania 地磁经纬仪（1 套 3 件）进行绝对观测，可独立测量磁偏角（D）、磁倾角（I）、水平强度（H）的绝对值；采用 57 型地磁记录仪（我国科学家首次研制成功）进行相对观测，可完整记录 D、H、垂直强度（Z）的相对变化。此后，逐步增加 Schmidt 标准地磁经纬仪 Askania 地磁感应仪、GSI 等磁力仪、质子旋进磁力仪等在当时处于世界一流水平的绝对观测仪器进行地磁观测。21世纪初，拉萨地磁台已实现数字化、自动化记录地磁场的相对变化。拉萨地磁台建立的科学意义在于：地磁数据是地球物理资料中最为重要的基础资多布拉等：西藏地震监测台网的建设与发展地震地磁观测与研究44 卷 76料之一，长期积累连续、完整、可靠的地磁数据是地磁台的基本任务。几十年来，拉萨地磁台积累了大量可靠的地磁数据，这些珍贵资料对地磁学和空间物理学的研究及在国民经济和国防建设中作出了重要贡献。1957 1959 年是太阳活动强烈峰年，发生了 50个 Dst-100 nT 的大磁暴，地磁活动强烈，拉萨地磁台完整记录了这些强烈的地磁扰动。为地磁学和空间科学等研究领域，以及野外地磁测量、中国地磁图编制及西藏自治区地震活动监测等应用领域，提供了大量可靠数据，在相关研究中发挥了重要作用。1978年，拉萨地磁台参与国际地磁资料交换，对我国地球科学发展起到重要作用。观测报告数据的全球共享，为全球地磁学研究及国际地磁参考场模型的建立提供了大量可靠数据。（2）地球物理台网建设。“十五”期间，通过“中国数字地震观测网络项目”的实施，建成 4 个台站、27 个测项组成的西藏地球物理台网，覆盖重力、地磁、形变、地电、地下流体 5 个观测学科，共 17 套仪器，其中地磁 5 套、地电场 1 套、形变 6 套、流体 2 套（1 口井）、重力 3 套。地球物理观测仪器少、监测手段单一，大部分台站观测环境差、受干扰较为严重，震前异常信息捕捉能力较弱，无法达到强震监测要求。3 GNSS 观测台网西藏 GNSS 观测台网主要以监测地表形变为目的，采用连续基准站和流动站观测相结合，并联测周边省份和 IGS 共享站点，为震情跟踪大形势研判提供动力学依据。西藏GNSS 站网建设始于“十一五”期间，国家重大科技基础设施“中国大陆构造环境监测网络”项目建设 16 个连续基准站，同时全区建设区域流动观测站进行不定期流动观测。GNSS站网观测数据每周进行解算，并使用站间基线变化对区域动力学背景进行连续跟踪，取得了较好效果。4 未来发展建议西藏地区地理位置特殊，加强建设并优化全区测震站网、地球物理观测站网，应用先进的科学技术来完成西藏地震监测预报体系建设，使地震监测预报与信息汇集处理等技术系统，向高要求、高标准化迈进，对于研究地球深部构造、地球动力学、地壳运动特征等，提升重点地区地震监测能力和地球物理地壳形变参数获取能力，具有重要意义。西藏地震台网建设，可以为地震灾害综合防御能力、有效减轻地震灾害提供详实的基础数据，并可为相关科学研究提供高标准的基础技术平台与高质量数据。（1）全面提升西藏地区地震监测和震情监视跟踪能力，进一步优化观测台网布局，填补空白监测区域，扩大观测试验，构建布局更为合理、覆盖西藏及周边区域的地震监测系统，形成覆盖该区及邻省的地震活动图像、地球物理基本场、地下物性结构等地震背景场的监测和探测能力。在重点区，按 30 50 km 台间距设计台站密度（主要布设在地震活动水平高的断层带上）；一般区，按 100 km 左右台间距设计台站密度。拉萨市、昌都市、日喀则市、山南市、林芝市地震监测能力达到 1.5 级，那曲市、阿里地区以及可可西里无人区外达到 2.0 级，地震定位精度平均小于 10 km（图 3）。拉萨市、昌都市、日喀则市、山南市、林芝市及周边地区：3 min 实现 3.0 级以上地震基本参数的自动速报；那曲市、阿里地区（人烟稀少地区除外）：4 min 实现 3.0 级以上地震基本参数的自动速报。77第 2 期（2）高精度地球物理观测系统可以有效提高震情监视跟踪与应急准备工作能力。加强建设地球物理站网，为有人值守台站新增地球物理观测手段，为地震大形势、地震危险区的圈定和演化跟踪提供服务，研究和把握较大范围内地震地质的中长期背景及地震危险性的整体格局，为防震减灾、城乡规划、国防建设、资源开发和地球科学研究等提供重要科学依据和基础支撑，更可以跟踪寻觅震源区和形变应变场微动态的图像动力学变化。（3）加强建设 GNSS 观测站，重点在断裂带两侧布设，同时组成监测三角网（图 4），有效监测断裂带形变变化。结合已有观测站，整体站网密度达到 70 150 km，从根本上改善该地区地球表层的动态监测方式和功能。产出的大范围和时空密集的地壳运动高精度观测数据，其观测成果已在地震监测预报、地球动力学研究、国防建设和大地测量等方面产生重要影响。图 3 西藏地区未来测震台网分布Fig.3 Distribution of future seismic network in Tibet图 4 西藏地区未来 GNSS 观测站分布Fig.4 Distribution of future GNSS observation stations in Tibet80859095100 E35 N30现有测震台站（61）未来新建测震台站（95）拉萨80859095100 E35 N30现有GNSS站（16）未来新建GNSS站（25）5 总结自西藏地震监测工作开展以来，为我国防震减灾工作和地球科学研究提供了大量观测数据。特别是近 20 年来，通过“西藏数字地震观测网络工程”“青藏高原监测能力提升”“国家烈度速报与预警工程西藏子项目”等项目的实施，西藏地震观测系统实现数字化、网络化，建成了由测震台网、地球物理台网和 GNSS 观测台网构成的地震观测网络。在未来发展中，需要进一步优化测震台网布局，填补空白监测区域，构建布局更为合理、覆盖西藏及周边区域的地震监测系统，全面提升西藏地区地震监测和震情监视跟踪能力，形成覆盖西藏及邻省的地震活动图像、地球物理基本场、地下物性结构等地震背景场的监测和探测能力。进一步加密建设地球物理台站，为现有人值守台站新增地球物理观测手段，为地震大形势以及地震危险区的圈定和演化跟踪提供服务，有效提高震情监视跟踪与应急准备工作能力。进一步优化 GNSS 观测站布局，重点布设断裂带两侧，同时组成监测三角网，有效监测断裂带形变变化，产出大范围和时空密集的地壳运动高精度观测数据。参考文献刘瑞丰，高景春，陈运泰，等.中国数字地震台网的建设与发展 J.地震学报，2008，30（5）：533-539.宋彦云.中国地震观测简要回顾与展望 J.地震地磁观测与研究，2009，30（5）：1-4.周公威，陈运泰，吴忠良.中国数字地震台网的数据在中国地震学研究中的应用 J.地震地磁观测与研究，1997，18（5）：68-79.周锦屏.忆拉萨地磁台 J.国际地震动态，2013，（1）：34-36.多布拉等：西藏地震监测台网的建设与发展地震地磁观测与研究44 卷 78The construction and development of seismic monitoring network in TibetDuobula1)，Puqiong1)，Luosangluobu1)，Suolangzhandui1)，OU Wendong1)and YIN Xiang2)1)Earthquake Agency of Tibet Autonomous Region,Lhasa 850000,China2)Jiangsu Earthquake Agency,Nanjing 210014,ChinaAbstractThis paper reviews the development history of the seismic monitoring network in the Tibet Autonomous Region,introduces the construction and development status of the Tibetan seismic network,geophysical network,and GNSS network,and puts forward suggestions for the future development of the Tibetan seismic network,geophysical network,and GNSS network.It is suggested to further optimize the distribution of various networks,in order to enhance the ability of Tibet to monitor earthquakes and obtain geophysical parameters,to provide high-quality observation data for earthquake prevention and disaster reduction and geoscience research.Keywords:earthquake monitoring，seismic network，geophysical network，GNSS network