周雍年

強震動觀測是地震工程研究和防震減災工作的重要基礎。早在1956年草擬我國第一個科學發(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震觀測工作。1962年，我所在廣東新豐江大壩上布設了我國第一個試驗性強震臺。1966年8月，工程力學所和北京地質儀器廠合作研制的RDZ1型模擬式強震動儀正式定型生產。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(qū)的地面、建筑物和大壩上布設了100多臺強震儀，由此開啟了我國強震動觀測臺網的建設。

由于建設強震動觀測臺網需要巨額投入，限于國家的經濟實力，很長時間內我國強震動觀測的發(fā)展速度一直比較緩慢，遠遠不能滿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觀測臺站只有近300個（包括結構臺陣），獲得的有價值強震動記錄極少。

進入上世紀80年代后，固態(tài)存儲的數(shù)字強震動儀研制成功，在其后的幾年里，固態(tài)存儲數(shù)字強震動儀的性能不斷提高并開始大量布設，強震動觀測進入了數(shù)字化時代。固態(tài)存儲數(shù)字強震動儀的頻帶寬、動態(tài)范圍大、具有預存功能，而且可以通過電話或網絡進行遠程通訊和數(shù)據傳輸。強震動儀性能的提高不僅大大提高了獲取強震動記錄的能力，同時也擴展了強震動觀測的應用領域，為地震動強度（烈度）速報和建立大震預警系統(tǒng)提供了技術基礎。

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

隨著經濟和科學技術的快速發(fā)展，我國已經具備了加速發(fā)展強震動觀測臺網的經濟實力和技術條件。在“十五”到來之際，中國地震局決定大力加強我國的數(shù)字地震觀測網絡的建設，采用先進的數(shù)字化、網絡化技術建設測震臺網、強震動觀測臺網和地震前兆觀測臺網，提升我國的防災減災能力。我國的強震動觀測工作由此迎來了前所未有的發(fā)展機遇。

2001年2月，在中國地震局震防司的直接領導下，主要由李沙白和我完成了《中國數(shù)字地震觀測網絡》項目《中國數(shù)字強震動臺網》分項建議書的起草工作。大約在11月初，國家發(fā)改委批準了《中國數(shù)字地震觀測網絡》立項。為了準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《強震觀測發(fā)展研討會》，中國地震局及有關研究所與省地震局的領導與專家出席會議，對我國強震動觀測工作的發(fā)展方向和技術思路等重要問題進行了交流研討。我在會上就我國強震動臺網的建設目標、臺網布局和觀測技術、以及觀測隊伍建設等問題作了報告，得到了廣泛的贊同。會議結束前，震防司組建了專家組，著手準備項目實施的前期工作，并任命我擔任專家組組長，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。專家組的首要任務是對《中國數(shù)字強震動臺網》分項進行可行性研究，并編寫可行性研究報告。《中國數(shù)字強震動臺網分項可行性研究報告》在分析我國強震動觀測的現(xiàn)狀和需求的基礎上，明確提出了中國數(shù)字強震動臺網建設的目標、內容、技術方案和投資規(guī)模。

2002年下半年，為了組織好《中國數(shù)字地震觀測網絡》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)字強震動臺網》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計和前期勘選工作。2003年8月，中國數(shù)字強震動臺網分項專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。各有關省局開始對臺網臺址進行勘選。2004年，國家發(fā)展和改革委員會下發(fā)了《關于中國數(shù)字地震觀測網絡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(shù)字地震觀測網絡項目正式啟動。強震動分項作為中國數(shù)字地震觀測網絡項目的六個分項之一，正式開始實施。到2006年底，各建設單位基本上完成了臺網的建設工作。2007年初，臺網進入了試運行階段。2007年4季度，震防司對各建設單位進行了數(shù)字強震動分項建設工程驗收。2007年年底，《中國數(shù)字強震動臺網》分項通過了中國地震局的驗收。2008年3月，《中國數(shù)字地震觀測網絡》項目通過了國家發(fā)改委的驗收。

一、臺網設計思路與建設內容

中國數(shù)字強震動臺網總的設計思路是：

（1）建設一個具有先進技術和遙測功能的數(shù)字強震動觀測臺網。關鍵設備采用國際和國內最先進的、性能穩(wěn)定的數(shù)字強震動觀測儀器，以保證臺網能長期可靠運行，獲取高質量的強震動記錄。

（2）建設具有較高密度的數(shù)字強震動固定臺網，使臺網建成后能盡快獲取有價值的近場強震動記錄。為此，將臺網集中布設在21個國家地震重點監(jiān)視防御區(qū)。同時，根據地震活動性、經濟發(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。一級強震動監(jiān)控區(qū)的固定臺網密度達到平均臺距25公里左右，監(jiān)控區(qū)內發(fā)生4級以上地震時，能有多臺獲取主震地震動記錄；二級強震動監(jiān)控區(qū)的固定臺網密度達到平均臺距42公里左右，監(jiān)控區(qū)內發(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)的重要大城市建設地震動強度（烈度）速報臺網，強地震發(fā)生后能迅速給出儀器確定的地震動強度（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意義的專用臺陣，包括研究強地震動特性的專用臺陣和典型結構的地震反應觀測臺陣。

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

（6）對臺址場地進行詳細的勘探測試，建立完整的臺站場地資料。

（7）建立統(tǒng)一的強震動數(shù)據匯集、處理、存儲與管理系統(tǒng)，提供有效、快速的網上數(shù)據資料服務。

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

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

（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度（烈度）速報臺網。

（3）在國家地震重點監(jiān)視防御區(qū)內新建12個強震動觀測專用臺陣，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，典型建筑地震反應臺陣4個，大型橋梁地震反應臺陣1個，大型水壩地震反應臺陣1個。改建原有大壩地震反應臺陣2個。

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

（5）建立國家強震動臺網中心和西南、西北、東南三個區(qū)域強震動數(shù)據中心。

（6）編制強震動臺網技術規(guī)程、強震動數(shù)據規(guī)范和研制9套專用軟件。

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

二、建設成果與效益

到2007年底，除幾個邊遠地區(qū)臺站外，中國數(shù)字強震動臺網完成了預定的建設任務。圖1為臺網臺站的分布。

中國數(shù)字強震動臺網的建設達到了預定的目標和要求。實際布設的臺站和測點總數(shù)達1800多個。絕大多數(shù)臺站的選址符合要求。對布設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?shù)卦O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測室。臺站儀器的安裝嚴格按照儀器使用說明書中的安裝要求和步驟進行。臺網采用的通訊方式主要有PSTN（公共電話網）、互聯(lián)網（中國地震行業(yè)SDH信息專網、CDMA1x和GPRS無線VPDN專網）以及DDN（數(shù)字數(shù)據網）等三種。

在臺網試運行期間，固定臺網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用價值。

臺網建成后不到半年，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)字強震動臺網布設在四川、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震動記錄數(shù)據庫，填補了我國缺乏近場強地震記錄的空白。

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

另一方面，通過中國數(shù)字強震動臺網的建設，也培養(yǎng)了一批年青的專業(yè)技術人才，壯大了強震動觀測技術隊伍。為強震動觀測事業(yè)今后的進一步發(fā)展打下了人才基礎。

三、經驗體會

中國數(shù)字強震動臺網建設是我國強震動觀測史上前所未有的一項大型科學工程。我十分感謝中國地震局震害防御司領導對自己的信任和支持，使我能有機會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展大規(guī)模強震動臺網建設積累了許多經驗和教訓。

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

分項專家組承擔著項目的技術指導任務。從項目啟動開始，專家組先后完成了可行性研究、初步設計、儀器設備招標技術文件編寫、臺網技術規(guī)程編制、強震動數(shù)據規(guī)范編制等工作，并承擔了多次技術培訓任務。專家組成員還直接參加了現(xiàn)場建設工作，并多次到各省局建設現(xiàn)場進行檢查指導。通過實際建設過程的磨煉，專家組成員本身的專業(yè)水準和能力也得到了很大提高。

在整個建設過程中，不同階段舉辦了多次技術培訓。這些培訓工作對保證臺網建設的順利進行和建設質量發(fā)揮了重要作用。

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

另外，在做項目設計時，沒有考慮到配置必要的備用儀器。強震動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。要保證臺網長期正常運行，應該配備一定數(shù)量的備用儀器。

專業(yè)技術人員不固定也是強震動臺網建設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，負責強震動臺網建設和管理的專業(yè)技術人員經常變動，導致不少專業(yè)技術人員對臺網建設要求不夠明確，不能完全按照技術規(guī)程的要求建設和維護臺站。臺網建設與科學研究一樣，要有嚴格的科學精神，各種基礎資料和數(shù)據必須真實可靠。但也有個別技術人員缺乏責任心，急功近利，不嚴格按照技術規(guī)程的要求進行臺站建設和場地測試，甚至搞虛假數(shù)據。這是值得引以為戒的。

長期以來，工程力學所一直是強震動觀測工作的牽頭單位，在發(fā)展我國的強震動觀測事業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著中國數(shù)字強震動臺網的建成，我所擔負的任務也已發(fā)生了變化，臺站建設和維護管理已不再是我所強震動觀測工作的重點。作為國家強震動臺網中心的所在單位和中國地震局強震動觀測學科組的掛靠單位，除了要完成全國強震動臺網的數(shù)據匯集處理與管理、信息發(fā)布和出版工作外，還要進一步加強觀測技術和觀測記錄應用的研究，更好地為我國的強震動臺網提供技術指導和服務，推動我國的強震動觀測事業(yè)進一步發(fā)展。

作者系工力所研究員

曾任“中國數(shù)字強震動臺網建設”首席專家