中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展

編者按 李小軍研究員長(zhǎng)期從事地震工程、工程震動(dòng)等研究工作，為中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)做出了突出的成績(jī)。

強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)利用儀器測(cè)量和記錄地震現(xiàn)象和效應(yīng)，即地球地表和近地表介質(zhì)的地震運(yùn)動(dòng)以及工程結(jié)構(gòu)反應(yīng)，其目的是借助于觀測(cè)記錄資料研究地震地面運(yùn)動(dòng)及工程結(jié)構(gòu)的反應(yīng)和破損特點(diǎn)與規(guī)律，為認(rèn)識(shí)地震過程及進(jìn)行工程抗震設(shè)防與減災(zāi)提供依據(jù)。

1932年美國(guó)研制出世界上第1臺(tái)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)儀，即USCGS型加速度儀。1933年在美國(guó)南加州地區(qū)布設(shè)第1批USCGS型加速度儀，同年3月在加州長(zhǎng)灘地震中取得世界上第1條地震動(dòng)加速度記錄，開啟了世界強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)歷史。目前，美國(guó)擁有超過2 600個(gè)地面強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站和約180個(gè)結(jié)構(gòu)反應(yīng)觀測(cè)臺(tái)陣（超過3 200個(gè)通道）。日本于1952年研制成SMAC型強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)儀，從1953年開始強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)，現(xiàn)在擁有超過5 000套觀測(cè)儀的場(chǎng)地和結(jié)構(gòu)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)，主要是遍布日本的K-NET和KiK-net強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)，其觀測(cè)臺(tái)站平均間距約25km，K-NET由超過1 000個(gè)地面觀測(cè)臺(tái)站組成，KiK-net由約700個(gè)包括地面和對(duì)應(yīng)井下觀測(cè)點(diǎn)的臺(tái)站組成。伊朗、墨西哥、新西蘭和澳大利亞等國(guó)家也建設(shè)了較大規(guī)模的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。

1956年，中國(guó)地震工程奠基人劉恢先院士倡議開展強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)工作，1962年在新豐江大壩建設(shè)第一個(gè)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站，開啟中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)歷史。1966年邢臺(tái)地震和1976年唐山大地震后，中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)有了一定程度發(fā)展，但是至20世紀(jì)90年代中期，僅擁有約300個(gè)固定臺(tái)站（包括結(jié)構(gòu)臺(tái)陣）和數(shù)十臺(tái)強(qiáng)震動(dòng)儀用于流動(dòng)觀測(cè)?！熬盼濉逼陂g，中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)有了較大程度的發(fā)展，增設(shè)400多個(gè)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站，包括固定和流動(dòng)場(chǎng)地地面臺(tái)站、結(jié)構(gòu)觀測(cè)臺(tái)陣和首都圈地區(qū)的地震動(dòng)強(qiáng)度（烈度）速報(bào)臺(tái)陣，初步形成數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。而大規(guī)模強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)是在21世紀(jì)初“十五”期間，建設(shè)形成覆蓋大陸地區(qū)的國(guó)家數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)，主要包括：在地震活動(dòng)較強(qiáng)區(qū)域布設(shè)的1 154個(gè)固定自由場(chǎng)臺(tái)站，北京、天津、蘭州、烏魯木齊、昆明5個(gè)城市地震動(dòng)強(qiáng)度（烈度）速報(bào)臺(tái)陣的310個(gè)觀測(cè)子臺(tái)，12個(gè)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)專用臺(tái)陣（活斷層影響、地震動(dòng)衰減、場(chǎng)地和地形影響及典型工程結(jié)構(gòu)等）的319個(gè)觀測(cè)子臺(tái)。2014年國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)又建設(shè)完成240個(gè)觀測(cè)臺(tái)站，包括首都圈地區(qū)和蘭州地區(qū)地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)的240個(gè)子臺(tái)。近20年來，地方政府和企業(yè)也投入資金建設(shè)了近1 000個(gè)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站（臺(tái)陣子臺(tái)），特別是橋梁、水電站、核電站等結(jié)構(gòu)反應(yīng)觀測(cè)臺(tái)，充實(shí)了國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。

目前，中國(guó)大陸強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)臺(tái)站主要集中于24個(gè)局部區(qū)域和5個(gè)大中城市，區(qū)域臺(tái)站間距25—50km，城市臺(tái)站間距5—10km，設(shè)有1個(gè)國(guó)家、4個(gè)區(qū)域和各省市強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心、分中心和省級(jí)中心，以實(shí)施全國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)運(yùn)行和管理。中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)在汶川地震時(shí)獲得主震記錄約1 400條、余震記錄超過20 000條，此次大范圍臺(tái)站記錄豐富了世界強(qiáng)震動(dòng)記錄資料庫(kù)，填補(bǔ)了特大地震近斷層強(qiáng)震動(dòng)記錄的空白，引起世界關(guān)注。另外，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，1972年開始強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)，目前擁有超過1 500臺(tái)強(qiáng)震動(dòng)儀組成的自由場(chǎng)地、井下和結(jié)構(gòu)觀測(cè)臺(tái)站（臺(tái)陣），其中SMART-1（1980）臺(tái)陣是世界上最早布設(shè)的場(chǎng)地地震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)陣，在1999年集集7.6級(jí)地震及余震時(shí)，獲得1萬多條記錄，是國(guó)際上首次對(duì)同一地震（主余震）獲得如此巨量的強(qiáng)震動(dòng)記錄。

中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)由早期地震地面運(yùn)動(dòng)和工程結(jié)構(gòu)反應(yīng)的觀測(cè)與應(yīng)用，發(fā)展到進(jìn)一步利用強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)開展地震災(zāi)害速報(bào)和地震預(yù)警的工作，該工作始于20世紀(jì)90年代末，現(xiàn)形成近10個(gè)城市的地震烈度速報(bào)系統(tǒng)、2個(gè)國(guó)家層面的區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)以及多個(gè)針對(duì)高速鐵路和輸氣管道的工程地震報(bào)警系統(tǒng)、多個(gè)針對(duì)社會(huì)公眾服務(wù)的局域性地震預(yù)警試驗(yàn)系統(tǒng)。中國(guó)地震局目前正在開展“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”這一覆蓋全國(guó)的重大建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃和立項(xiàng)工作，提出了初步建設(shè)方案。該項(xiàng)目的建設(shè)將進(jìn)一步推進(jìn)中國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)的發(fā)展，使得強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)能無空白高密度覆蓋中國(guó)大陸地區(qū)。

李小軍

2015年8月