周雍年

強(qiáng)震動觀測是地震工程研究和防震減災(zāi)工作的重要基礎(chǔ)。早在1956年草擬我國第一個科學(xué)發(fā)展規(guī)劃時，我國地震工程研究的奠基人劉恢先所長就倡議開展強(qiáng)震觀測工作。1962年，我所在廣東新豐江大壩上布設(shè)了我國第一個試驗性強(qiáng)震臺。1966年8月，工程力學(xué)所和北京地質(zhì)儀器廠合作研制的RDZ1型模擬式強(qiáng)震動儀正式定型生產(chǎn)。其后幾年內(nèi)，我所先后在華北、西北、西南、華南和華東的一些地震區(qū)的地面、建筑物和大壩上布設(shè)了100多臺強(qiáng)震儀，由此開啟了我國強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)的建設(shè)。

由于建設(shè)強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)需要巨額投入，限于國家的經(jīng)濟(jì)實力，很長時間內(nèi)我國強(qiáng)震動觀測的發(fā)展速度一直比較緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足地震工程研究和防震減災(zāi)工作的需要。到‘八五’末期，我國已布設(shè)的固定強(qiáng)震動觀測臺站只有近300個（包括結(jié)構(gòu)臺陣），獲得的有價值強(qiáng)震動記錄極少。

進(jìn)入上世紀(jì)80年代后，固態(tài)存儲的數(shù)字強(qiáng)震動儀研制成功，在其后的幾年里，固態(tài)存儲數(shù)字強(qiáng)震動儀的性能不斷提高并開始大量布設(shè)，強(qiáng)震動觀測進(jìn)入了數(shù)字化時代。固態(tài)存儲數(shù)字強(qiáng)震動儀的頻帶寬、動態(tài)范圍大、具有預(yù)存功能，而且可以通過電話或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊和數(shù)據(jù)傳輸。強(qiáng)震動儀性能的提高不僅大大提高了獲取強(qiáng)震動記錄的能力，同時也擴(kuò)展了強(qiáng)震動觀測的應(yīng)用領(lǐng)域，為地震動強(qiáng)度（烈度）速報和建立大震預(yù)警系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

‘九五’期間，中國地震局加大了對強(qiáng)震動觀測的投入，強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)有了一定程度的發(fā)展。我所在中國地震局防災(zāi)大樓布設(shè)了有21個測點的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)遙測臺陣，擴(kuò)建了唐山響嘡場地條件影響臺陣。這些臺陣都采用了數(shù)字強(qiáng)震動儀和電話撥號遙測方式，在技術(shù)上達(dá)到了當(dāng)時的國際先進(jìn)水平。

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國已經(jīng)具備了加速發(fā)展強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)實力和技術(shù)條件。在“十五”到來之際，中國地震局決定大力加強(qiáng)我國的數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，采用先進(jìn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)建設(shè)測震臺網(wǎng)、強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)和地震前兆觀測臺網(wǎng)，提升我國的防災(zāi)減災(zāi)能力。我國的強(qiáng)震動觀測工作由此迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

2001年2月，在中國地震局震防司的直接領(lǐng)導(dǎo)下，主要由李沙白和我完成了《中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)》項目《中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)》分項建議書的起草工作。大約在11月初，國家發(fā)改委批準(zhǔn)了《中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)》立項。為了準(zhǔn)備實施這一重大項目，2002年元旦剛過，震防司就在哈爾濱召開了《強(qiáng)震觀測發(fā)展研討會》，中國地震局及有關(guān)研究所與省地震局的領(lǐng)導(dǎo)與專家出席會議，對我國強(qiáng)震動觀測工作的發(fā)展方向和技術(shù)思路等重要問題進(jìn)行了交流研討。我在會上就我國強(qiáng)震動臺網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)、臺網(wǎng)布局和觀測技術(shù)、以及觀測隊伍建設(shè)等問題作了報告，得到了廣泛的贊同。會議結(jié)束前，震防司組建了專家組，著手準(zhǔn)備項目實施的前期工作，并任命我擔(dān)任專家組組長，專家組成員主要有李山有、周正華、崔建文、葉春明、王湘南、唐忠良等。專家組的首要任務(wù)是對《中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)》分項進(jìn)行可行性研究，并編寫可行性研究報告。《中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)分項可行性研究報告》在分析我國強(qiáng)震動觀測的現(xiàn)狀和需求的基礎(chǔ)上，明確提出了中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)、內(nèi)容、技術(shù)方案和投資規(guī)模。

2002年下半年，為了組織好《中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)》項目的實施，中國地震局專門成立了中國地震局地殼運動監(jiān)測工程研究中心，管理各分項的實施工作。各分項重新成立了項目執(zhí)行專家組，《中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)》分項執(zhí)行專家組由我和李小軍任首席專家，成員主要是原來的專家組成員（后又增加了于海英和閔祥儀兩人）。2002年12月中旬，地殼運動監(jiān)測工程研究中心召開會議部署各分項的初步設(shè)計和前期勘選工作。2003年8月，中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)分項專家組完成了本分項的初步設(shè)計、儀器設(shè)備招標(biāo)文件編制等工作。各有關(guān)省局開始對臺網(wǎng)臺址進(jìn)行勘選。2004年，國家發(fā)展和改革委員會下發(fā)了《關(guān)于中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目初步設(shè)計方案和投資概算的批復(fù)》（發(fā)改投資〔2004〕1138號），中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目正式啟動。強(qiáng)震動分項作為中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目的六個分項之一，正式開始實施。到2006年底，各建設(shè)單位基本上完成了臺網(wǎng)的建設(shè)工作。2007年初，臺網(wǎng)進(jìn)入了試運行階段。2007年4季度，震防司對各建設(shè)單位進(jìn)行了數(shù)字強(qiáng)震動分項建設(shè)工程驗收。2007年年底，《中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)》分項通過了中國地震局的驗收。2008年3月，《中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)》項目通過了國家發(fā)改委的驗收。

一、臺網(wǎng)設(shè)計思路與建設(shè)內(nèi)容

中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)總的設(shè)計思路是：

（1）建設(shè)一個具有先進(jìn)技術(shù)和遙測功能的數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)。關(guān)鍵設(shè)備采用國際和國內(nèi)最先進(jìn)的、性能穩(wěn)定的數(shù)字強(qiáng)震動觀測儀器，以保證臺網(wǎng)能長期可靠運行，獲取高質(zhì)量的強(qiáng)震動記錄。

（2）建設(shè)具有較高密度的數(shù)字強(qiáng)震動固定臺網(wǎng)，使臺網(wǎng)建成后能盡快獲取有價值的近場強(qiáng)震動記錄。為此，將臺網(wǎng)集中布設(shè)在21個國家地震重點監(jiān)視防御區(qū)。同時，根據(jù)地震活動性、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和人口密度等因素將21個重點監(jiān)視防御區(qū)分成兩級。一級強(qiáng)震動監(jiān)控區(qū)的固定臺網(wǎng)密度達(dá)到平均臺距25公里左右，監(jiān)控區(qū)內(nèi)發(fā)生4級以上地震時，能有多臺獲取主震地震動記錄；二級強(qiáng)震動監(jiān)控區(qū)的固定臺網(wǎng)密度達(dá)到平均臺距42公里左右，監(jiān)控區(qū)內(nèi)發(fā)生4級以上地震時，至少有一臺能獲取主震地震動記錄。

（3）選擇高烈度地區(qū)的重要大城市建設(shè)地震動強(qiáng)度（烈度）速報臺網(wǎng)，強(qiáng)地震發(fā)生后能迅速給出儀器確定的地震動強(qiáng)度（烈度）的分布，為大城市的震害快速評估和應(yīng)急救災(zāi)決策提供可靠依據(jù)。

（4）布設(shè)具有明確研究目的和工程與科學(xué)意義的專用臺陣，包括研究強(qiáng)地震動特性的專用臺陣和典型結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)觀測臺陣。

（5）建立有效的強(qiáng)震動流動觀測系統(tǒng)，補(bǔ)充固定臺網(wǎng)的不足。能夠根據(jù)短臨地震預(yù)報或在大震發(fā)生后快速布設(shè)流動觀測臺網(wǎng)，增強(qiáng)捕獲主震和強(qiáng)余震記錄的能力。

（6）對臺址場地進(jìn)行詳細(xì)的勘探測試，建立完整的臺站場地資料。

（7）建立統(tǒng)一的強(qiáng)震動數(shù)據(jù)匯集、處理、存儲與管理系統(tǒng)，提供有效、快速的網(wǎng)上數(shù)據(jù)資料服務(wù)。

根據(jù)上述設(shè)計思路，確定了《中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)》分項的建設(shè)內(nèi)容和投資規(guī)模。分項的總投資達(dá)2.87億元， 具體的建設(shè)內(nèi)容包括：

（1）在21個國家地震重點監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)布設(shè)1154個固定自由場強(qiáng)震動觀測臺。

（2）在北京、天津、蘭州、烏魯木齊、昆明五個大城市分別建設(shè)由80（北京、天津）或50（蘭州、烏魯木齊、昆明）個速報子臺和1個速報中心組成的地震動強(qiáng)度（烈度）速報臺網(wǎng)。

（3）在國家地震重點監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)新建12個強(qiáng)震動觀測專用臺陣，包括活斷層影響臺陣1個，地震動衰減臺陣2個，場地影響臺陣2個，地形影響臺陣1個，典型建筑地震反應(yīng)臺陣4個，大型橋梁地震反應(yīng)臺陣1個，大型水壩地震反應(yīng)臺陣1個。改建原有大壩地震反應(yīng)臺陣2個。

（4）在北京建立國家強(qiáng)震動流動觀測基地，配備80臺數(shù)字強(qiáng)震儀。在昆明、蘭州、南京建立西南、西北、東南3個區(qū)域強(qiáng)震動流動觀測基地，各配備40臺數(shù)字強(qiáng)震儀。布設(shè)由75個臺站組成的8個存放臺陣。

（5）建立國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心和西南、西北、東南三個區(qū)域強(qiáng)震動數(shù)據(jù)中心。

（6）編制強(qiáng)震動臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程、強(qiáng)震動數(shù)據(jù)規(guī)范和研制9套專用軟件。

上述建設(shè)任務(wù)分別由各省市地震局和工程力學(xué)所、地球物理所等單位承擔(dān)。其中，我所主要承擔(dān)國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心和專用臺陣的建設(shè)。國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心的主要任務(wù)是匯集、處理和管理臺網(wǎng)獲取的強(qiáng)震動記錄；建立強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)庫，及時發(fā)布強(qiáng)震動記錄和有關(guān)信息。中心還建立了強(qiáng)震動儀器檢定實驗室，可以對臺網(wǎng)所用強(qiáng)震動觀測儀器進(jìn)行檢定測試。同時，國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心也是國家強(qiáng)震動流動觀測基地，配備了80套三分量數(shù)字強(qiáng)震動儀。其中一部分流動觀測儀器平時布設(shè)在兩個存放臺陣內(nèi)。

二、建設(shè)成果與效益

到2007年底，除幾個邊遠(yuǎn)地區(qū)臺站外，中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)完成了預(yù)定的建設(shè)任務(wù)。圖1為臺網(wǎng)臺站的分布。

中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)的建設(shè)達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)和要求。實際布設(shè)的臺站和測點總數(shù)達(dá)1800多個。絕大多數(shù)臺站的選址符合要求。對布設(shè)在土層場地上的臺站，包括固定臺站和專用臺陣的臺站，按要求做了臺址場地測試，包括鉆孔和剪切波速測試，許多臺站還做了土樣試驗。臺站觀測室主要采用兩種形式。一種是按當(dāng)?shù)卦O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)建造的磚混結(jié)構(gòu)的單間平房。另一種是玻璃鋼制作的罩型觀測室。臺站儀器的安裝嚴(yán)格按照儀器使用說明書中的安裝要求和步驟進(jìn)行。臺網(wǎng)采用的通訊方式主要有PSTN（公共電話網(wǎng)）、互聯(lián)網(wǎng)（中國地震行業(yè)SDH信息專網(wǎng)、CDMA1x和GPRS無線VPDN專網(wǎng)）以及DDN（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)）等三種。

在臺網(wǎng)試運行期間，固定臺網(wǎng)和流動觀測就獲得了3000多條加速度記錄，其中許多記錄具有很好的應(yīng)用價值。

臺網(wǎng)建成后不到半年，就發(fā)生了2008年5月12日汶川8.0級大地震。在這次特大地震中，中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)布設(shè)在四川、甘肅、陜西、云南、寧夏、青海、山西、山東、河南、河北、北京、天津、內(nèi)蒙古、江蘇、上海、福建、廣東、湖北、安徽等19個省市的455個臺站獲得了主震加速度記錄。尤其是在發(fā)生這次地震的龍門山斷裂帶周圍地區(qū)布設(shè)的許多臺站，獲得了一批極具價值的近場主震加速度記錄。其中，水平向峰值加速度最大的記錄是汶川臥龍臺的EW向記錄，峰值加速度為957.7Gal， 豎向峰值加速度最大的記錄是該臺的UD向記錄，峰值加速度為948.1Gal。這些記錄大大豐富了我國的強(qiáng)震動記錄數(shù)據(jù)庫，填補(bǔ)了我國缺乏近場強(qiáng)地震記錄的空白。

在汶川大地震后的幾年里，我國又發(fā)生了多次強(qiáng)地震，包括2013年4月20日的蘆山7級地震。在這些地震中，中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)的許多臺站又獲得了大批強(qiáng)震動記錄。臺網(wǎng)的運行情況表明， 中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)的總體建設(shè)質(zhì)量是良好的。臺網(wǎng)的建成改變了我國強(qiáng)震動觀測長期落后的面貌，極大地加快了我國強(qiáng)震動觀測記錄的積累速度。

另一方面，通過中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)的建設(shè)，也培養(yǎng)了一批年青的專業(yè)技術(shù)人才，壯大了強(qiáng)震動觀測技術(shù)隊伍。為強(qiáng)震動觀測事業(yè)今后的進(jìn)一步發(fā)展打下了人才基礎(chǔ)。

三、經(jīng)驗體會

中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)是我國強(qiáng)震動觀測史上前所未有的一項大型科學(xué)工程。我十分感謝中國地震局震害防御司領(lǐng)導(dǎo)對自己的信任和支持，使我能有機(jī)會參與這項工程建設(shè)工作。這項工程的順利完成為我們今后開展大規(guī)模強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)積累了許多經(jīng)驗和教訓(xùn)。

要高質(zhì)量完成這一重大建設(shè)項目，除了需要各級領(lǐng)導(dǎo)的重視和支持外，必須要有一支專門的技術(shù)隊伍。而由于大部分省局從未開展過強(qiáng)震動觀測工作，沒有強(qiáng)震動觀測的專業(yè)技術(shù)人員，大多數(shù)參與中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)的觀測技術(shù)人員對強(qiáng)震動觀測的目的和臺網(wǎng)建設(shè)的基本技術(shù)要求了解甚少。因此，一方面要建立一個專家團(tuán)隊，充分發(fā)揮專家的作用。另一方面， 必須結(jié)合工程建設(shè)進(jìn)展及時開展技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)一支專業(yè)技術(shù)隊伍。

分項專家組承擔(dān)著項目的技術(shù)指導(dǎo)任務(wù)。從項目啟動開始，專家組先后完成了可行性研究、初步設(shè)計、儀器設(shè)備招標(biāo)技術(shù)文件編寫、臺網(wǎng)技術(shù)規(guī)程編制、強(qiáng)震動數(shù)據(jù)規(guī)范編制等工作，并承擔(dān)了多次技術(shù)培訓(xùn)任務(wù)。專家組成員還直接參加了現(xiàn)場建設(shè)工作，并多次到各省局建設(shè)現(xiàn)場進(jìn)行檢查指導(dǎo)。通過實際建設(shè)過程的磨煉，專家組成員本身的專業(yè)水準(zhǔn)和能力也得到了很大提高。

在整個建設(shè)過程中，不同階段舉辦了多次技術(shù)培訓(xùn)。這些培訓(xùn)工作對保證臺網(wǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行和建設(shè)質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

另一方面，在中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)的建設(shè)過程中，也還存在一些不足和問題。例如，主要儀器設(shè)備的招標(biāo)采購問題。可靠的高質(zhì)量數(shù)字強(qiáng)震動儀，包括記錄器和加速度計，是保證臺網(wǎng)正常運行和獲取可靠的加速度記錄的前提。一個臺網(wǎng)最好采用同一種型號的儀器，不僅可以保證記錄的質(zhì)量，也便于臺網(wǎng)的維護(hù)管理。但由于主要儀器的招標(biāo)分兩次進(jìn)行，每個招標(biāo)項目又規(guī)定可有三個產(chǎn)品中標(biāo)，采購時又由各建設(shè)單位從中標(biāo)產(chǎn)品中自行選擇，這就不可避免地造成了臺網(wǎng)所用儀器不統(tǒng)一。中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)所用的三分量數(shù)字強(qiáng)震動記錄器型號多達(dá)5種，給臺網(wǎng)的維護(hù)管理帶來了不少麻煩。

另外，在做項目設(shè)計時，沒有考慮到配置必要的備用儀器。強(qiáng)震動臺站布設(shè)在各種不同環(huán)境狀況下，記錄器和加速度計在長期運行過程中不可避免地會發(fā)生一些故障和損壞。要保證臺網(wǎng)長期正常運行，應(yīng)該配備一定數(shù)量的備用儀器。

專業(yè)技術(shù)人員不固定也是強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)和管理方面的一個問題。特別是一些臺站數(shù)量較少的省局，負(fù)責(zé)強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)和管理的專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)常變動，導(dǎo)致不少專業(yè)技術(shù)人員對臺網(wǎng)建設(shè)要求不夠明確，不能完全按照技術(shù)規(guī)程的要求建設(shè)和維護(hù)臺站。臺網(wǎng)建設(shè)與科學(xué)研究一樣，要有嚴(yán)格的科學(xué)精神，各種基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)必須真實可靠。但也有個別技術(shù)人員缺乏責(zé)任心，急功近利，不嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)程的要求進(jìn)行臺站建設(shè)和場地測試，甚至搞虛假數(shù)據(jù)。這是值得引以為戒的。

長期以來，工程力學(xué)所一直是強(qiáng)震動觀測工作的牽頭單位，在發(fā)展我國的強(qiáng)震動觀測事業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)的建成，我所擔(dān)負(fù)的任務(wù)也已發(fā)生了變化，臺站建設(shè)和維護(hù)管理已不再是我所強(qiáng)震動觀測工作的重點。作為國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心的所在單位和中國地震局強(qiáng)震動觀測學(xué)科組的掛靠單位，除了要完成全國強(qiáng)震動臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)匯集處理與管理、信息發(fā)布和出版工作外，還要進(jìn)一步加強(qiáng)觀測技術(shù)和觀測記錄應(yīng)用的研究，更好地為我國的強(qiáng)震動臺網(wǎng)提供技術(shù)指導(dǎo)和服務(wù)，推動我國的強(qiáng)震動觀測事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

作者系工力所研究員

曾任“中國數(shù)字強(qiáng)震動臺網(wǎng)建設(shè)”首席專家