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全球地震监测台网发展历史及现状和趋势

来源:网络 作者:佚名 日期:2019-04-18 15:19

   引言

 
  强地震发生时会造成大量人员伤亡和巨额财产损失。然而,每一次地震却又为人类征服这种灾难和探索不可见的地球内部结构留下了一份珍贵的数据。现代地震学的创始人之一伽里津有一句名言,“可以把一次地震比作一盏明灯,它点燃的时间虽短,但可照亮地球的内部”。假如我们可以沿用这一比喻,把地震观测系统比作面向地球深处的“望远镜”的话,那么与真正意义上的“望远镜”相比,长期以来,我们的“望远镜”存有两个大的缺点,而直至70年代这两个缺点看上去还几乎是不可克服的。第一个缺点是,借助地震这盏明灯,我们还无法看清楚地球的内部,确切地说,我们对地球内部的地震学观测的详细程度,还无法满足地球科学的其它分支学科的要求;第二个缺点是,当地震这盏明灯点燃的时候,我们还无法看清楚这盏明灯本身的结构以及它的“发光”过程,在某些情况下,甚至要做到很快地“看到”它也是相当困难的。因此,对地震数据的收集、记录、存储、管理、分析和解释,一直是地球科学中根本的内容。所有这些都离不开科学而合理的地震监测系统。观测系统的数量、质量和密度决定了它能揭示地震运动的深刻程度。从这个意义上讲,地震科学水平的提高,首先是地震观测系统水平的提高。
 
  一、模拟地震监测
 
  公元前132年,东汉时期的张衡发明了侯风地动仪,布设在洛阳,138年记录到发生在甘肃省内的一次地震,可以说这是人类历史上第一台地震仪。1875年,意大利人Filippo Cecchi发明了放大倍数仅2倍的两分向地震仪。1881年,日本人John Milne等研制成功了三分向熏烟式记录的三分向摆式地震仪,运行期间记录到1880年11月3日的一次日本地震。1898年维歇尔特研制了了带阻尼的地震仪,记录信号的带宽有了进一步提高。1906年,俄国人B. 伽利津成功地研制出第一台电磁式地震仪,并首次引入了电流计记录。1922年,J. A. Anderson和H. O. Wood设计了伍德.安德森扭力地震仪,摆的自由周期为0.8秒,放大倍数为2800倍。1930年贝尼澳夫研制出变阻地震仪,放大倍数达20万倍。1935年拉科斯特在长周期垂直向地震仪中发明了零长弹簧。
 
  从1875年第一台近代地震仪诞生以来,地震学家便用它来对地震进行观测,并在这个基础上发展起了近代地震学。1875-1974年的100年间,地震学家主要依靠的是模拟记录地震图。运用这些记录,地震学家对于地球内部结构和地震发生的时间、地点、震源机制等方面的了解都取得了堪称辉煌的成绩。
 
  二、数字化地震监测
 
  1.国外数字化地震台网建设
 
  1975年,德国在Grafenberg开始建立Grafenberg台阵,到1980年该台阵完全运行,共有13个数字宽频带地震台。1992年德国新成立的、位于波茨坦的地球科学研究中心开始了一个新的计划,计划用两个三年时间(1993-1995和1996-1998年)在全球建立起一个由30个台站组成的台网,一个宽频带台网中心。
 
  1981-1982年,法国提出了以数字流动台阵为主体的岩石圈透镜计划(GEOSCOPE),建成了全球长周期数字地震台网。迄今为止台网已经发展到近30个数字地震台,包括我国新疆的乌什台。
 
  1986年欧洲地球物理学会和欧洲地震委员会在基尔(Kiel)开会,决定建立ORFEUS资料中心(ODC),负责欧洲数字地震台站宽频带数字地震资料的汇集和发送,以及全球数字资料的交换。这个中心于1987年1月1日开始运作,1988年全面运作。
 
  2.中国数字化地震台网建设
 
  我国数字地震观测技术的开发早开始于70年代后期,“八五”期间,中国地震局承担了国家科技公关项目——“地震和前兆数字化观测实验系统研制”。经过精心组织与实施,完成了预期目标,整个系统达到了国际先进水平,有的达到了国际领先水平。“九五”期间,中国地震局主持实施了“中国数字地震观测系统建设”,我国的地震观测系统发生了根本性的变革,建立起了由47个国家基本数字地震台和全国台网中心组成的国家数字地震台网、近30个区域遥测地震台网中的2/3实施了数字化改造,新建的西安、福建和广州数字遥测地震台网先后于1997年和1999年投入运行,具有国际先进水平的首都圈数字地震遥测台网也即将投入运行。“十五”期间,我国又提出了更加宏伟的台网建设蓝图,分国家数字地震台网建设、区域数字地震台网建设、流动数字地震台网建设。新、扩建国家数字地震台站108个(其中我省改扩建的台站有聊城、菏泽、烟台和郯城),将“九五”期间建设的30个区域数字台的数据采集精度由16位数采提高到24位,同时加强台网中心在线大容量数据接收、处理和存储能力;新建12个区域数字地震台网中心,扩建包括山东台网在内的20个区域数字地震台网中心,新建200个左右的数字地震子台,改建300个模拟地震子台为数字地震子台,同时加强区域台网中心数据处理和存储能力;建设有1000套宽频带流动数字地震仪组成的流动数字地震台网,设立流动数字地震台网观测与数据处理中心,台网中心配置大容量数据存储及服务设备和数据计算处理设备。
 
  3.山东省数字化地震台网建设
 
  1908年德国在青岛观象台建立起了我省第一个地震台,1909年1月23日记录到崂山地区发生的一次有感地震。1966年邢台地震之后,山东开始建立自己的模拟测震台网,至1990年山东省级以上测震台站达到21个。
 
  随着现代通讯技术和观测技术的发展和提高,“八五”期间,我省建立起由五个子台、一个中继站和一个接收中心组成的济南无线遥测地震台网,但建立后的台网孔径较小,只有200公里,监控能力只有ML≥3.0级。
 
  “九五”期间,在对济南无线遥测地震台网进行技术改造的同时,采用DDN方式增加了8个数字地震台(其中6台短周期,1秒~20HZ;2台宽频带,20秒~20Hz),与原济南无线遥测地震台网共同组成了目前的济南数字遥测地震台网。
 
  “十五”期间,根据地震学研究发展的需要,在各种技术进步的促进下,拟建成由3个国家数字地震台、33个区域数字地震台站组成的山东数字化测震台网。青岛、烟台、嘉祥改建为国家数字地震台站。区域数字地震台站中,新建区域数字地震台站15个,改扩建台区域数字地震台站13个,升级台站5个。
 
  三、基于数字化地震监测的研究方向
 
  1.宽频带地震观测台网的数量和规模将成倍扩大,全球地震台网的密度将进一步增加,其分布将更加均匀合理,海洋观测将成为重点。
 
  2.流动宽频带地震观测技术将进一步获得迅速发展,技术性将明显改善,采用卫星传输的连续实时观测系统将在大型流动地震台阵观测中获得广泛应用,从而使流动地震台阵观测系统的整体性获得明显改善,其空间分辨率将大大提高,在关键地区的观测将达到公里级的分辨率。
 
  3.流动宽频带地震观测的作用和重要性将与日俱增,流动宽频带地震观测技术在区域地震观测中将获得日益广泛的作用。
 
  4.全球构造和区域构造的宽频带地震成像质量将大幅度提高,核幔结构和壳幔耦合关系的研究将成为地震成像研究的重点,大陆动力学和全球动力学的研究将取得突破性的进展。

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