周雍年

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

由于建設強震動(dòng)觀(guān)測臺網(wǎng)需要巨額投入，限于國家的經(jīng)濟實(shí)力，很長(cháng)時(shí)間內我國強震動(dòng)觀(guān)測的發(fā)展速度一直比較緩慢，遠遠不能滿(mǎn)足地震工程研究和防震減災工作的需要。到‘八五’末期，我國已布設的固定強震動(dòng)觀(guān)測臺站只有近300個(gè)（包括結構臺陣），獲得的有價(jià)值強震動(dòng)記錄極少。

進(jìn)入上世紀80年代后，固態(tài)存儲的數字強震動(dòng)儀研制成功，在其后的幾年里，固態(tài)存儲數字強震動(dòng)儀的性能不斷提高并開(kāi)始大量布設，強震動(dòng)觀(guān)測進(jìn)入了數字化時(shí)代。固態(tài)存儲數字強震動(dòng)儀的頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、具有預存功能，而且可以通過(guò)電話(huà)或網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程通訊和數據傳輸。強震動(dòng)儀性能的提高不僅大大提高了獲取強震動(dòng)記錄的能力，同時(shí)也擴展了強震動(dòng)觀(guān)測的應用領(lǐng)域，為地震動(dòng)強度（烈度）速報和建立大震預警系統提供了技術(shù)基礎。

‘九五’期間，中國地震局加大了對強震動(dòng)觀(guān)測的投入，強震動(dòng)觀(guān)測臺網(wǎng)有了一定程度的發(fā)展。我所在中國地震局防災大樓布設了有21個(gè)測點(diǎn)的結構地震反應遙測臺陣，擴建了唐山響嘡場(chǎng)地條件影響臺陣。這些臺陣都采用了數字強震動(dòng)儀和電話(huà)撥號遙測方式，在技術(shù)上達到了當時(shí)的國際先進(jìn)水平。

隨著(zhù)經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國已經(jīng)具備了加速發(fā)展強震動(dòng)觀(guān)測臺網(wǎng)的經(jīng)濟實(shí)力和技術(shù)條件。在“十五”到來(lái)之際，中國地震局決定大力加強我國的數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )的建設，采用先進(jìn)的數字化、網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)建設測震臺網(wǎng)、強震動(dòng)觀(guān)測臺網(wǎng)和地震前兆觀(guān)測臺網(wǎng)，提升我國的防災減災能力。我國的強震動(dòng)觀(guān)測工作由此迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機遇。

2001年2月，在中國地震局震防司的直接領(lǐng)導下，主要由李沙白和我完成了《中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )》項目《中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)》分項建議書(shū)的起草工作。大約在11月初，國家發(fā)改委批準了《中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )》立項。為了準備實(shí)施這一重大項目，2002年元旦剛過(guò)，震防司就在哈爾濱召開(kāi)了《強震觀(guān)測發(fā)展研討會(huì )》，中國地震局及有關(guān)研究所與省地震局的領(lǐng)導與專(zhuān)家出席會(huì )議，對我國強震動(dòng)觀(guān)測工作的發(fā)展方向和技術(shù)思路等重要問(wèn)題進(jìn)行了交流研討。我在會(huì )上就我國強震動(dòng)臺網(wǎng)的建設目標、臺網(wǎng)布局和觀(guān)測技術(shù)、以及觀(guān)測隊伍建設等問(wèn)題作了報告，得到了廣泛的贊同。會(huì )議結束前，震防司組建了專(zhuān)家組，著(zhù)手準備項目實(shí)施的前期工作，并任命我擔任專(zhuān)家組組長(cháng)，專(zhuān)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(zhuān)家組的首要任務(wù)是對《中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)》分項進(jìn)行可行性研究，并編寫(xiě)可行性研究報告?！吨袊鴶底謴娬饎?dòng)臺網(wǎng)分項可行性研究報告》在分析我國強震動(dòng)觀(guān)測的現狀和需求的基礎上，明確提出了中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)建設的目標、內容、技術(shù)方案和投資規模。

2002年下半年，為了組織好《中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )》項目的實(shí)施，中國地震局專(zhuān)門(mén)成立了中國地震局地殼運動(dòng)監測工程研究中心，管理各分項的實(shí)施工作。各分項重新成立了項目執行專(zhuān)家組，《中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)》分項執行專(zhuān)家組由我和李小軍任首席專(zhuān)家，成員主要是原來(lái)的專(zhuān)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(dòng)監測工程研究中心召開(kāi)會(huì )議部署各分項的初步設計和前期勘選工作。2003年8月，中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)分項專(zhuān)家組完成了本分項的初步設計、儀器設備招標文件編制等工作。各有關(guān)省局開(kāi)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(huì )下發(fā)了《關(guān)于中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )項目初步設計方案和投資概算的批復》（發(fā)改投資〔2004〕1138號），中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )項目正式啟動(dòng)。強震動(dòng)分項作為中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )項目的六個(gè)分項之一，正式開(kāi)始實(shí)施。到2006年底，各建設單位基本上完成了臺網(wǎng)的建設工作。2007年初，臺網(wǎng)進(jìn)入了試運行階段。2007年4季度，震防司對各建設單位進(jìn)行了數字強震動(dòng)分項建設工程驗收。2007年年底，《中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)》分項通過(guò)了中國地震局的驗收。2008年3月，《中國數字地震觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )》項目通過(guò)了國家發(fā)改委的驗收。

一、臺網(wǎng)設計思路與建設內容

中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)總的設計思路是：

（1）建設一個(gè)具有先進(jìn)技術(shù)和遙測功能的數字強震動(dòng)觀(guān)測臺網(wǎng)。關(guān)鍵設備采用國際和國內最先進(jìn)的、性能穩定的數字強震動(dòng)觀(guān)測儀器，以保證臺網(wǎng)能長(cháng)期可靠運行，獲取高質(zhì)量的強震動(dòng)記錄。

（2）建設具有較高密度的數字強震動(dòng)固定臺網(wǎng)，使臺網(wǎng)建成后能盡快獲取有價(jià)值的近場(chǎng)強震動(dòng)記錄。為此，將臺網(wǎng)集中布設在21個(gè)國家地震重點(diǎn)監視防御區。同時(shí)，根據地震活動(dòng)性、經(jīng)濟發(fā)展程度和人口密度等因素將21個(gè)重點(diǎn)監視防御區分成兩級。一級強震動(dòng)監控區的固定臺網(wǎng)密度達到平均臺距25公里左右，監控區內發(fā)生4級以上地震時(shí)，能有多臺獲取主震地震動(dòng)記錄；二級強震動(dòng)監控區的固定臺網(wǎng)密度達到平均臺距42公里左右，監控區內發(fā)生4級以上地震時(shí)，至少有一臺能獲取主震地震動(dòng)記錄。

（3）選擇高烈度地區的重要大城市建設地震動(dòng)強度（烈度）速報臺網(wǎng)，強地震發(fā)生后能迅速給出儀器確定的地震動(dòng)強度（烈度）的分布，為大城市的震害快速評估和應急救災決策提供可靠依據。

（4）布設具有明確研究目的和工程與科學(xué)意義的專(zhuān)用臺陣，包括研究強地震動(dòng)特性的專(zhuān)用臺陣和典型結構的地震反應觀(guān)測臺陣。

（5）建立有效的強震動(dòng)流動(dòng)觀(guān)測系統，補充固定臺網(wǎng)的不足。能夠根據短臨地震預報或在大震發(fā)生后快速布設流動(dòng)觀(guān)測臺網(wǎng)，增強捕獲主震和強余震記錄的能力。

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

（7）建立統一的強震動(dòng)數據匯集、處理、存儲與管理系統，提供有效、快速的網(wǎng)上數據資料服務(wù)。

根據上述設計思路，確定了《中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)》分項的建設內容和投資規模。分項的總投資達2.87億元， 具體的建設內容包括：

（1）在21個(gè)國家地震重點(diǎn)監視防御區內布設1154個(gè)固定自由場(chǎng)強震動(dòng)觀(guān)測臺。

（2）在北京、天津、蘭州、烏魯木齊、昆明五個(gè)大城市分別建設由80（北京、天津）或50（蘭州、烏魯木齊、昆明）個(gè)速報子臺和1個(gè)速報中心組成的地震動(dòng)強度（烈度）速報臺網(wǎng)。

（3）在國家地震重點(diǎn)監視防御區內新建12個(gè)強震動(dòng)觀(guān)測專(zhuān)用臺陣，包括活斷層影響臺陣1個(gè)，地震動(dòng)衰減臺陣2個(gè)，場(chǎng)地影響臺陣2個(gè)，地形影響臺陣1個(gè)，典型建筑地震反應臺陣4個(gè)，大型橋梁地震反應臺陣1個(gè)，大型水壩地震反應臺陣1個(gè)。改建原有大壩地震反應臺陣2個(gè)。

（4）在北京建立國家強震動(dòng)流動(dòng)觀(guān)測基地，配備80臺數字強震儀。在昆明、蘭州、南京建立西南、西北、東南3個(gè)區域強震動(dòng)流動(dòng)觀(guān)測基地，各配備40臺數字強震儀。布設由75個(gè)臺站組成的8個(gè)存放臺陣。

（5）建立國家強震動(dòng)臺網(wǎng)中心和西南、西北、東南三個(gè)區域強震動(dòng)數據中心。

（6）編制強震動(dòng)臺網(wǎng)技術(shù)規程、強震動(dòng)數據規范和研制9套專(zhuān)用軟件。

上述建設任務(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。其中，我所主要承擔國家強震動(dòng)臺網(wǎng)中心和專(zhuān)用臺陣的建設。國家強震動(dòng)臺網(wǎng)中心的主要任務(wù)是匯集、處理和管理臺網(wǎng)獲取的強震動(dòng)記錄；建立強震動(dòng)觀(guān)測數據庫，及時(shí)發(fā)布強震動(dòng)記錄和有關(guān)信息。中心還建立了強震動(dòng)儀器檢定實(shí)驗室，可以對臺網(wǎng)所用強震動(dòng)觀(guān)測儀器進(jìn)行檢定測試。同時(shí)，國家強震動(dòng)臺網(wǎng)中心也是國家強震動(dòng)流動(dòng)觀(guān)測基地，配備了80套三分量數字強震動(dòng)儀。其中一部分流動(dòng)觀(guān)測儀器平時(shí)布設在兩個(gè)存放臺陣內。

二、建設成果與效益

到2007年底，除幾個(gè)邊遠地區臺站外，中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)完成了預定的建設任務(wù)。圖1為臺網(wǎng)臺站的分布。

中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)的建設達到了預定的目標和要求。實(shí)際布設的臺站和測點(diǎn)總數達1800多個(gè)。絕大多數臺站的選址符合要求。對布設在土層場(chǎng)地上的臺站，包括固定臺站和專(zhuān)用臺陣的臺站，按要求做了臺址場(chǎng)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(guān)測室主要采用兩種形式。一種是按當地設防標準建造的磚混結構的單間平房。另一種是玻璃鋼制作的罩型觀(guān)測室。臺站儀器的安裝嚴格按照儀器使用說(shuō)明書(shū)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(huà)網(wǎng)）、互聯(lián)網(wǎng)（中國地震行業(yè)SDH信息專(zhuān)網(wǎng)、CDMA1x和GPRS無(wú)線(xiàn)VPDN專(zhuān)網(wǎng)）以及DDN（數字數據網(wǎng)）等三種。

在臺網(wǎng)試運行期間，固定臺網(wǎng)和流動(dòng)觀(guān)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用價(jià)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，中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)布設在四川、甘肅、陜西、云南、寧夏、青海、山西、山東、河南、河北、北京、天津、內蒙古、江蘇、上海、福建、廣東、湖北、安徽等19個(gè)省市的455個(gè)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(mén)山斷裂帶周?chē)貐^布設的許多臺站，獲得了一批極具價(jià)值的近場(chǎng)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震動(dòng)記錄數據庫，填補了我國缺乏近場(chǎng)強地震記錄的空白。

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，中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)的許多臺站又獲得了大批強震動(dòng)記錄。臺網(wǎng)的運行情況表明， 中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)的總體建設質(zhì)量是良好的。臺網(wǎng)的建成改變了我國強震動(dòng)觀(guān)測長(cháng)期落后的面貌，極大地加快了我國強震動(dòng)觀(guān)測記錄的積累速度。

另一方面，通過(guò)中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)的建設，也培養了一批年青的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，壯大了強震動(dòng)觀(guān)測技術(shù)隊伍。為強震動(dòng)觀(guān)測事業(yè)今后的進(jìn)一步發(fā)展打下了人才基礎。

三、經(jīng)驗體會(huì )

中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)建設是我國強震動(dòng)觀(guān)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)導對自己的信任和支持，使我能有機會(huì )參與這項工程建設工作。這項工程的順利完成為我們今后開(kāi)展大規模強震動(dòng)臺網(wǎng)建設積累了許多經(jīng)驗和教訓。

要高質(zhì)量完成這一重大建設項目，除了需要各級領(lǐng)導的重視和支持外，必須要有一支專(zhuān)門(mén)的技術(shù)隊伍。而由于大部分省局從未開(kāi)展過(guò)強震動(dòng)觀(guān)測工作，沒(méi)有強震動(dòng)觀(guān)測的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，大多數參與中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)建設的觀(guān)測技術(shù)人員對強震動(dòng)觀(guān)測的目的和臺網(wǎng)建設的基本技術(shù)要求了解甚少。因此，一方面要建立一個(gè)專(zhuān)家團隊，充分發(fā)揮專(zhuān)家的作用。另一方面， 必須結合工程建設進(jìn)展及時(shí)開(kāi)展技術(shù)培訓，培養一支專(zhuān)業(yè)技術(shù)隊伍。

分項專(zhuān)家組承擔著(zhù)項目的技術(shù)指導任務(wù)。從項目啟動(dòng)開(kāi)始，專(zhuān)家組先后完成了可行性研究、初步設計、儀器設備招標技術(shù)文件編寫(xiě)、臺網(wǎng)技術(shù)規程編制、強震動(dòng)數據規范編制等工作，并承擔了多次技術(shù)培訓任務(wù)。專(zhuān)家組成員還直接參加了現場(chǎng)建設工作，并多次到各省局建設現場(chǎng)進(jìn)行檢查指導。通過(guò)實(shí)際建設過(guò)程的磨煉，專(zhuān)家組成員本身的專(zhuān)業(yè)水準和能力也得到了很大提高。

在整個(gè)建設過(guò)程中，不同階段舉辦了多次技術(shù)培訓。這些培訓工作對保證臺網(wǎng)建設的順利進(jìn)行和建設質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

另一方面，在中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)的建設過(guò)程中，也還存在一些不足和問(wèn)題。例如，主要儀器設備的招標采購問(wèn)題?？煽康母哔|(zhì)量數字強震動(dòng)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(gè)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)的維護管理。但由于主要儀器的招標分兩次進(jìn)行，每個(gè)招標項目又規定可有三個(gè)產(chǎn)品中標，采購時(shí)又由各建設單位從中標產(chǎn)品中自行選擇，這就不可避免地造成了臺網(wǎng)所用儀器不統一。中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)所用的三分量數字強震動(dòng)記錄器型號多達5種，給臺網(wǎng)的維護管理帶來(lái)了不少麻煩。

另外，在做項目設計時(shí)，沒(méi)有考慮到配置必要的備用儀器。強震動(dòng)臺站布設在各種不同環(huán)境狀況下，記錄器和加速度計在長(cháng)期運行過(guò)程中不可避免地會(huì )發(fā)生一些故障和損壞。要保證臺網(wǎng)長(cháng)期正常運行，應該配備一定數量的備用儀器。

專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員不固定也是強震動(dòng)臺網(wǎng)建設和管理方面的一個(gè)問(wèn)題。特別是一些臺站數量較少的省局，負責強震動(dòng)臺網(wǎng)建設和管理的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員經(jīng)常變動(dòng)，導致不少專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對臺網(wǎng)建設要求不夠明確，不能完全按照技術(shù)規程的要求建設和維護臺站。臺網(wǎng)建設與科學(xué)研究一樣，要有嚴格的科學(xué)精神，各種基礎資料和數據必須真實(shí)可靠。但也有個(gè)別技術(shù)人員缺乏責任心，急功近利，不嚴格按照技術(shù)規程的要求進(jìn)行臺站建設和場(chǎng)地測試，甚至搞虛假數據。這是值得引以為戒的。

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

作者系工力所研究員

曾任“中國數字強震動(dòng)臺網(wǎng)建設”首席專(zhuān)家