德兴矿震监测台网技术系统设计

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　　摘  要：文章阐明了德兴矿震监测台网建设的必要性，围绕德兴矿震监测和研究需求，按照合理布局、有效监控的原则，设置了6个流动测点，与区域地震台网4个固定站点形成了德兴矿震监测台网规模，按照实时监测的要求搭建了监测台网技术系统，实现了对德兴矿区的有效监控。由噪声实测值数据计算了监测台网理论监控能力，数据显示监控核心区监控能力在ML1.0级以上。德兴矿震监测台网累积的基础监测数据，将为开展矿震研究奠定坚实基础。
　　关键词：矿震台网;系统设计;监控能力;基础数据
　　中图分类号：P315.7 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）20-0085-04
　　Abstract： This paper expounds the necessity of the construction of Dexing mine earthquake monitoring network， centering on the needs of Dexing mine earthquake monitoring and research， and according to the principle of rational layout and effective monitoring， 6 mobile measuring points are set up. The scale of the Dexing mine earthquake monitoring network is formed with the 4 fixed stations of the regional earthquake network. According to the requirements of real-time monitoring， the monitoring network technical system is built， and the effective monitoring of Dexing mining area is realized. The theoretical monitoring capability of the monitoring network is calculated from the measured noise data， and the data show that the monitoring capability of the monitoring core area is above the ML1.0 level. The basic monitoring data accumulated by the Dexing mine earthquake monitoring network will lay a solid foundation for the study of mine earthquakes.
　　Keywords： mine earthquake network; system design; monitoring capability; basic data
　　引言
　　德興矿藏资源丰富，其境内的德兴铜矿是亚洲最大、中国第一的露天铜矿，矿区总面积超37平方公里。近年来随着矿产资源的不断开发，德兴地区矿震频发，其活动水平已处于赣东北较为突出的程度，对德兴市经济社会发展和人民生命财产安全构成较大威胁。因此，矿震灾害越来越受到各级政府和应急管理系统的重视，并加大了对矿震的监测研究工作。但由于矿震震级较小，现有区域地震台网监控存在盲区，利用现有固定台站记录矿震的发生地点、震级均有误差较大，再者由于矿震普遍具有发震地点集中、震级较小的特点，因此，建设一个可靠的矿震监测台网对德兴区域进行有效地监控显得十分迫切。
　　1 建设目标与指标
　　1.1 建设目标
　　通过项目实施，建设覆盖德兴铜矿主要开采区和其他核心区的地震监测台网，以便捕捉矿区小震活动和开展矿震研究、地震工程应用。监测台网建设后，将有效监控德兴铜矿矿区小震活动情况，具备地震参数和灾情速报能力，为震后应急救援和科学决策提供依据，提升应急响应能力。
　　1.2 建设指标
　　当矿区有感事件发生后，通过地震监测台网系统，将地震波信息通过实时通信网络系统，传输到地震台网中心，经实时处理系统的自动化处理，在震后通过通信网络1-3分钟内发布地震速报信息，震后1-24小时将发布震源过程的分析结果。
　　2 建设规模与产品选型原则
　　2.1 建设规模
　　项目将建设1个地震台网中心系统和6个流动子台观测系统。
　　（1）在德兴境内，初选6个流动监测点，形成覆盖市区和核心矿区、平均台站间距小于5公里的地震监测台网。
　　（2）新建1个地震台网中心，具备数据汇集、数据处理、信息快速发布的能力。
　　（3）与省、市地震监测网络实时对接，初步形成面向政府、新闻媒体的地震速报网络。
　　2.2 产品选型原则
　　系统配置及软硬件选型需遵从的原则很多，但依据本项目的特点，首先应考虑以下基本原则：
　　（1）实用性原则：首先要满足地震观测的需要，考虑到近场容易限幅的实际，可适当配置强震动观测仪。
　　（2）稳定性原则：整个系统的稳定性是一个必须重视的问题，连续、可靠的资料产出是地震实时监测的基本条件。
　　（3）先进性原则：配置的设备性能要体现先进的技术指标或参数，保证整个系统的高起点。
　　（4）易扩充扩展性原则：随着科学技术的不断发展，该系统配置应容易在规模和性能方面进行扩充和扩展。
　　（5）易维护性原则：系统维护方便、简单。 　　3 建设场址选择
　　地震台网中心设在德兴市内，6个流动子台将覆盖市区和铜矿核心开采区。
　　（1）地震台网中心建设场址在市行政中心，主要建设内容包括：工作环境改造、网络通信平台建设、数据流汇集平台建设、基础数据库平台建设、处理响应平台建设、系统监控平台建设、公共服务平台建设等。
　　（2）流动子台场址位置选择要求：
　　a.均匀分布在市区及矿区周边，并结合地震地质构造条件和现场环境作适当调整。
　　b.场址应避开局部地形变化大的地点，如小山梁、河谷等。
　　c.场址与高大建筑物之间的距离应大于建筑物的高度和长度。
　　d.应选择背景噪声较小的地点，避开有振动源、高大建筑、重要交通要道等设施。
　　e.应选择有稳定的交流电源、交通方便、具备较好通讯条件的地点布设。
　　4 建设方案
　　4.1 系统构成与数据流程
　　4.1.1 系统构成
　　德兴矿震监测台网由6套流动地震仪，辅于4个区域固定台站和1个地震台网中心系统构成，其技术系统应具有便携性和组网方便等特点。流动台网实时监测数据并入江西省地震台网，实现与省级地震台网数据共享和交换功能，协同完成监测任务。地震台网中心具备数据流汇集、实时数据入库、地震快速处理响应、子台系统监控、媒体公共服务等功能。
　　4.1.2 数据流程
　　流动子台数据流利用公用电信网络传输实时观测数据首先传至省级地震台网中心，德兴地震台网中心再通过互联网络从省级地震台网中实时下载数据。其数据流程如图1所示。
　　德兴地震台网中心应建设到省地震台网中心的网络链路，将汇集的流动台站信号传输到省地震台网中心。根据现场情况可选择采用SDH、ADSL、3G、CDMA、GPRS等公共电信网络方式，建设时应考虑配备多种通信设备，以应对地震现场的复杂通信条件。
　　总体网络链路如图2所示，总体数据流程如图3所示。
　　4.2 流动子台
　　4.2.1 系统构成
　　应急流动台技术系统主要由宽频带/短周期地震计、数据采集器、通信传输系统和供电系统组成。
　　按照传感器类型可分为宽频带数字流动观测系统和短周期数字流动观测系统两类。若为了更好地记录强震动数据，可采用6通道数据采集器，增配加速度计。
　　短周期/宽频带流动台技术系统构成如图4所示：
　　4.2.2 通信传输系统
　　通信传输系统的主要功能是实现流动子台与流动中心或区域台网中心之间观测数据的实时传输，通常采用无线传输模式。
　　流动子台传输采用公用电信网络实现数据传输。在公用电信网络（包括SDH、ADSL、3G、CDMA、GPRS等）传输质量满足要求时优先采用此种组网方式进行传输，当公用电信网络不具备时，可自组网络。自组网络可根据传输条件（包括传输路由、传输距离等）采用本地直传、扩频微波、超短波、无线宽带等方式。
　　流动子台实时观测数据采用无线或有线（光纤）等公网模式，首先传至江西省地震台网中心，德兴地震台网中心通过互联网络从江西省地震台网中实时下载台站观测数据，实现实时数据的汇集与处理。
　　4.2.3 供电系统
　　流动子台采用市电+充电控制电源+蓄电池供电模式;此模式主要应用于具备市电供给的观测点，平时以充电控制电源为主要供电设备，蓄电池作为后备电源，以备市电中断的情况下保证观测系统正常运行。
　　采用市电+充电控制电源+蓄电池供电模式的系统连接如图7所示。
　　4.3 地震台网中心
　　地震台网中心具有数据传输、数据汇集、数据展示、数据处理、数据存档和数据交换功能，并能实时和准实时向指挥部提供观测结果数据的能力。
　　地震台网中心技术系统主要由网络设备、服务器、便携式电脑、工作站等设备组成。中心供电系统采用交流电加长延时UPS方式，UPS电池组提供2小时以上冗余电力供应，实际野外工作也可以根据具体情况配用电池组。另外配置发电机作为备用供电方式，用来在没有交流電接入时保证流动台网中心系统的正常运转。
　　流动中心技术系统构成如图8所示：
　　5 监控能力理论值分析
　　地震台网监控能力通常是指对微小地震的监测能力，其主要取决地震计的响应灵敏度、观测动态范围和台基噪声水平。德兴地震台网监控范围为德兴市区和矿区核心区，为了达到这一目的，我们在靠近市中心和矿区核心区选址建设6个流动子台，辅于区域台网4个固定地震台站（上饶台、三清山台、景德镇台、余干台），由台基噪声实测值计算地震台网监控能力，从图9可以看出德兴地震监测台网监控能力ML1.0级覆盖核心区，德兴全市地震监控能力达ML1.5级），较好地覆盖了全市范围。
　　6 结束语
　　德兴矿区微震监测台网采用流动测点与固定站点相结合的方式，利用公用通信网络搭建了实时监测台网技术系统，由台基噪声实测值验算了台网理论监控能力，德兴市区及矿区核心区监控能力达到ML1.0级，德兴全市实现了ML1.5全覆盖。需要说明的是，在地震监控能力计算时，对相关设定条件和地动噪声实测值存在一定差异，同时还受观测环境和人为干扰因素的影响，加上地震计的观测动态影响，因此台网监控能力理论值只能粗略地反映地震台网监测范围，与实际监测效果还略有差异。
　　德兴监测台网的建设在一定程度上弥补了江西省区域地震监测台网密度的不足，德兴监测台网将为开展矿震监测预报和地球物理科学研究提供基础数据，尤其在矿震监测预警上积累震例和经验，将为下一步做好矿震预报研究奠定坚实基础。
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