廖一帆，勞 謙，黃元敏，楊 選，丁莉莎，譚爭光，廖桂金

（廣東省地震局，廣州 510070）

0 引言

廣東省位于中國東南沿海地區(qū)，地處華南塊體東南邊界的東南沿海地震帶，受菲律賓海板塊、印度板塊和歐亞板塊共同作用影響，廣東省內(nèi)發(fā)育有一系列NE 向構造以及與之垂直相交的NW 向次級構造。晚第四紀以來，濱海斷裂帶構造活動強烈，是華南強震活動的主體地區(qū)[1]。有歷史記錄以來，廣東省陸區(qū)發(fā)生5 級以上地震45 次，其中5～5.9 級31 次，6 級以上地震14 次，占整個東南沿海地震帶的48%，潮汕、河源、陽江和雷瓊地區(qū)為強震多發(fā)地區(qū)。近年來，廣東省周邊先后發(fā)生了2016 年蒼梧5.4 級地震、2018 年臺灣海峽6.2 級地震和2019年廣西北流——廣東化州5.2級地震等顯著地震，地震活動趨于活躍。

地震科學是以觀測為基礎的科學，地震觀測的手段、質(zhì)量和密度等直接影響到地震科學研究的水平。通過高密度、多手段的地表觀測，監(jiān)測和提取與地震孕育、發(fā)生及成災整個過程相伴隨的各種地球物理場和地球化學場的變化特征，是認識地震災害本質(zhì)、減輕地震災害和實現(xiàn)地震預報的必經(jīng)之路。

廣東省地震監(jiān)測歷史悠久，并一直處于全國領先地位。無論從測震臺站建設、地震臺網(wǎng)分析處理軟件，還是從強震動監(jiān)測臺網(wǎng)和結(jié)構物監(jiān)測臺陣，以及地球物理場觀測等，廣東省地震局始終走在全國前列。

目前，廣東已基本建成涵蓋測震、強震、地球物理場和GNSS 的立體地震觀測網(wǎng)絡。本文分別對廣東測震臺網(wǎng)、強震動臺網(wǎng)、地球物理臺網(wǎng)和GNSS 觀測臺網(wǎng)建設歷史進行了回顧，對臺網(wǎng)現(xiàn)狀和未來觀測進行了描述和展望。

1 測震臺網(wǎng)

廣東最早的地震觀測始于1929 年中國自主創(chuàng)辦的中山大學天文臺內(nèi)安裝的地震儀[2-3]。1956年，中國科學院地球物理研究所建立的廣州觀象臺開始使用熏煙記錄短周期地震儀監(jiān)測區(qū)域微小地震活動，成為全國最早開展地震觀測的8個地震臺之一。1960年5月，廣州觀象臺首次記錄到新豐江水庫3.1級地震，1960年7月，新豐江水庫發(fā)生4.3級地震后，引起了政府和有關部門的高度重視，1960 年10 月，中國科學院地球物理研究所設立雙下地震臺，采用有人值守、人工測量和熏煙記錄短周期地震儀開展庫區(qū)微震監(jiān)測，至1961 年7 月初步建成由4個地震臺組成的水庫區(qū)域地震監(jiān)測臺網(wǎng)，成為我國第一個區(qū)域綜合地震監(jiān)測臺網(wǎng)，正式開啟了我國水庫誘發(fā)地震研究[2，4]。1978 年1月，廣東省地震局成立后，陸續(xù)在全省建立了19個有人值守模擬記錄地震臺，地震參數(shù)由臺站人工測量后電話報送到省局值班室，省局分析室匯總后測定地震參數(shù)。1978—1980年，又建成了由8個子臺、1 個中繼站和1 個采用PC-1500 微機處理地震參數(shù)的臺網(wǎng)中心組成的新豐江水庫遙測地震臺網(wǎng)，成為全國率先使用無線遙測模式觀測水庫誘發(fā)地震的臺網(wǎng)[4]。隨后，廣東省地震局又抓住全國數(shù)字地震臺網(wǎng)建設的契機，于1985 年開始，率先全套引進了美國Teledyne Geotech 公司的24 位DTS 系列數(shù)據(jù)采集器、S-13 單分量短周期地震計、BB-13 寬頻帶地震計、無線傳輸和地震處理系統(tǒng)，至1993 年12 月建成12 個遙測地震臺、1 個中繼站和1個臺網(wǎng)中心的珠江臺網(wǎng)，并投入正式運行，成為我國第一個采用24 位采集的區(qū)域數(shù)字化無線遙測臺網(wǎng)，能監(jiān)測珠江三角洲地區(qū)ML1.5 級地震[5]。“九五”期間，國家開始了大規(guī)模數(shù)字地震臺網(wǎng)建設，觀測設備也開始國產(chǎn)化，如：JCZ-1超寬頻帶地震計、CTS-1 甚寬頻帶地震計、FBS-1 寬頻帶地震計和EDAS 系列數(shù)據(jù)采集器等一系列國產(chǎn)專業(yè)設備用于臺網(wǎng)觀測[6]。1996年開始，通過《廣東省地震臺網(wǎng)數(shù)字化改造及聯(lián)網(wǎng)》項目，建成由5個寬頻臺、1個甚寬頻和10個短周期組成的廣東省數(shù)字遙測臺網(wǎng)，1999 年12 月開始運行，成為我國第一個采用國產(chǎn)24 位數(shù)據(jù)采集器和反饋式地震計的省級區(qū)域數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)[7]，實現(xiàn)了全省ML3.0 級地震的5 分鐘自動速報?！笆濉逼陂g，又通過《廣東省數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡工程》項目，于2007 年完成了全省44 個測震臺站的全面數(shù)字化、網(wǎng)絡化改造，使用IP/VPN 技術，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時網(wǎng)絡傳輸和共享[8-9]。特別是自主研發(fā)的JOPENS-MSDP區(qū)域測震軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時波形接收、自動觸發(fā)檢測與定位、地震速報、編目和數(shù)據(jù)產(chǎn)出管理等功能，2007年6月正式運行至今，已在全國省級臺網(wǎng)中心和援外臺網(wǎng)普遍使用[10]?！笆晃濉逼陂g，圍繞建成廣東立體地震觀測網(wǎng)絡的新目標，不但使參與速報的臺站增至70 個，還建成了由10個井下臺組成的陽江地震海嘯監(jiān)測預警臺陣[11]，而且在2008 年10 月率先開始了新地震目錄參數(shù)產(chǎn)出工作。2010 年以來，廣東省地震局瞄準國際前沿，實施了一系列重大項目，如：2016 年底建成的81 個預警臺組成的珠江三角洲地震預警臺網(wǎng)，成為廣東省第一個地震預警和烈度速報網(wǎng)[12]；2016年9月建成的國家地震速報備份中心，成為全國第二個地震實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心；即將完成的《國家烈度速報與預警工程》廣東子項目使廣東省測震臺間距減小到10～15 km（圖1），為地震預警和烈度速報提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎。

目前，廣東省參與地震速報和編目分析的臺站達114 個，可監(jiān)測全省ML1.5 級、大部分地區(qū)ML1.0 級、重點監(jiān)視區(qū)ML0.5 級，臺網(wǎng)密集區(qū)ML0.0級地震（圖2），大部分地區(qū)水平定位精度小于5 km，臺網(wǎng)密集區(qū)水平定位精度小于1 km[13]，并通過實時臺基環(huán)境噪聲分析對臺站環(huán)境和儀器質(zhì)量進行實時跟蹤（圖3）。單地震事件參與定位的臺站數(shù)可達20 個左右，產(chǎn)出目錄完備震級達ML0.2 級，1970 年以來，已記錄到ML1.0 級以上地震59 898次，年均記錄地震1152次（圖4），其中，河源地區(qū)占54.6%，陽江地區(qū)占19.7%，粵閩交界及近海地區(qū)占9.3%，臺網(wǎng)運維和編目質(zhì)量穩(wěn)居全國前列。

圖1 珠江三角洲地震預警臺網(wǎng)和國家烈度速報與預警工程廣東子項目站點分布圖Fig.1 Site distribution map of earthquake early warning network in the Pearl River Delta and Guangdong sub project of national intensity quick report and early warning project

圖2 廣東數(shù)字地震臺網(wǎng)臺站分布及監(jiān)測能力圖Fig.2 Distribution of stations and monitoring capacity of Guangdong Digital Seismic Network

圖3 新豐江中心臺臺基噪聲PSD跟蹤圖Fig.3 PSD tracking diagram of noise at Xinfengjiang central station

圖4 廣東數(shù)字地震臺網(wǎng)產(chǎn)出的地震目錄Fig.4 Catalogue of earthquakes produced by Guangdong Digital Seismic Network

2 強震動臺網(wǎng)

廣東省強震觀測工作始于1962 年新豐江6.1 級地震，自中國科學院工程力學研究所在新豐江主壩上建立我國第一個實驗性強震臺站始，廣東強震動監(jiān)測臺網(wǎng)建設主要經(jīng)歷了五個階段，記錄儀器也從模擬光記錄、模擬磁帶記錄、數(shù)字磁帶記錄逐步發(fā)展為現(xiàn)代數(shù)字化記錄[14]。1962—1985 年間，以觀測建筑結(jié)構的強震反應為目的，先后完成新豐江大壩、廣州賓館、汕頭臺、?？谌A僑大廈和白云賓館強震臺陣建設，觀測儀器使用國產(chǎn)RDZ-1 型模擬光記錄強震儀，單個臺陣儀器數(shù)量在1～21 個不等[15]。1986—2000 年，強震觀測以固定臺陣和流動觀測相結(jié)合的形式發(fā)展，分別在河源、廣州、汕頭、深圳、陽江和?？谑?個地區(qū)的建筑物上建成13 個固定臺，其中新豐江地區(qū)建成由6 個強震臺組成的小區(qū)域無線遙測臺網(wǎng)[16-17]。同時使用SCQ-1 型數(shù)字磁帶強震系統(tǒng)作為流動觀測使用，以捕捉強余震觀測數(shù)據(jù)。2001—2008 年，跟隨世界強震觀測的數(shù)字化、網(wǎng)絡化浪潮，“十五”《廣東省數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡》項目于2007年建成由55 個自由場臺站組成的數(shù)字強震動臺網(wǎng)，布局側(cè)重高烈度地區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，其中粵東4個，粵西7 個，珠三角44 個，記錄器使用美國Kinemetrics 公司生產(chǎn)的ETNA 和瑞士SYSCOM 公司的MR2002-20，加速度計使用中國地震局工程力學研究所的SLJ-100[18]，最后用IP/VPN GPRS 網(wǎng)絡接入數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了觸發(fā)事件的準實時傳輸[19]。在地震反應專用臺陣方面，使用MCMS48/64 通道數(shù)字強震數(shù)據(jù)采集器和SLJ-100加速度計，于2006年將新豐江大壩強震臺陣改造為由13個結(jié)構臺、1個基巖臺和2 個自由場臺組成的數(shù)字化觀測臺陣[20]，于2007 年建成由22 個結(jié)構臺和1 個自由場臺組成的礐石大橋地震反應臺陣[21]，于2007 年建成由17 個測點、36 通道組成的虎門大橋地震反應臺陣[22]，自此廣東省強震觀測進入全數(shù)字時代[19]。2009—2013 年，為提高廣東省的地震烈度速報能力，通過“十一五”《廣東省強震動臺網(wǎng)建設》工程于2013 年在粵東、珠三角、陽江和河源地區(qū)建成50 個固定強震臺，記錄器開始使用具有實時記錄功能的港震、泰德等公司的國產(chǎn)數(shù)據(jù)采集器，最后用IP/VPN CDMA 傳輸方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時匯集、處理和服務。在特大橋梁安全性在線監(jiān)測與評估方面也取得了較大進展，廣東省交通廳2008年決定按“統(tǒng)籌實施，分步推進”，在特大橋梁上設置強震動監(jiān)測。于2009 年分別建成九江大橋、黃埔大橋強震觀測臺陣[23-24]，并通過橋梁地震安全性在線監(jiān)測與評估系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時地震報警、快速仿真和安全評估等功能[25-26]。2014—2016 年，又通過“十二五”《珠江三角洲地震預警臺網(wǎng)》項目于2016 年建成30 個與井下測震臺并址觀測的強震臺，且數(shù)據(jù)傳輸使用SDH 專線，至此，廣東省強震臺網(wǎng)和測震臺網(wǎng)走向融合發(fā)展之路（圖5）。60年來，廣東省強震觀測立足國內(nèi)需求、緊跟世界前沿，獲得了大量高質(zhì)量強震記錄（圖6），為地震工程和近場地震學研究提供了重要基礎資料。

3 地球物理臺網(wǎng)

廣東省地球物理臺網(wǎng)觀測始于50 年代的石榴崗地磁臺，其前身為廣東省地震前兆臺網(wǎng)，目的是監(jiān)測與地震孕育、發(fā)生過程相關的地球物理場和地球化學場變化，捕捉地震前兆異常。60 年代前觀測測項較少，1961 年為監(jiān)測新豐江水庫震情，在庫區(qū)開展了形變、磁法、重力等探測，1964 年又在庫區(qū)建立了地應力、地形變、地電阻率和水化學觀測為主的地震前兆監(jiān)測臺網(wǎng)。1966 年邢臺地震后的60～70年代群測群防階段，觀測數(shù)量獲得較大提高，但主要觀測土地電、土地應力、土地磁和井水位等[27]。80 年代初，國家對前兆觀測手段進行了清理整頓，撤掉了三土觀測手段，加強了井水位、動物異常、水氡和深井水動態(tài)等定點觀測手段和重力等流動觀測手段。隨后，一批符合地震前兆觀測要求的地形變、電磁和流體專用儀器開始觀測，如信宜和汕頭的地傾斜、黃子洞和汕頭的水氡、豐順和三元里的水化、仁化和遂溪的水位、黃子洞的地電等[28]，但數(shù)據(jù)采集主要通過人工讀數(shù)和模擬記錄進行。廣東省地震局物探隊也于1980 年開始分別在粵東和粵西，1987 年在珠江三角洲建立流動重力監(jiān)測網(wǎng)，并開展每年1～2期的復測工作[29]?！熬盼濉薄兜卣鹎罢着_站（網(wǎng)）的技術改造》項目以數(shù)字化、綜合化改造為重點，完成了廣州、汕頭、河源和梅州4個臺站的地形變、電磁和地下流體3個學科，29個測項的改造，前兆觀測進入數(shù)字化、多手段綜合化和全國聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)的時代[30-32]?！笆濉薄吨袊鴶?shù)字地震觀測網(wǎng)絡項目》又進一步進行了網(wǎng)絡化改造，至此，覆蓋重力、地磁、形變、地電、地下流體5 個觀測學科，由62 個臺站、109 個測項、400 個流動重力測點組成的廣東地球物理臺網(wǎng)正式建成（表1，圖7）。其中，模擬觀測37 項，數(shù)字觀測72 項，使用CG-6型重力儀測量各測點相對重力。

2014 年6 月開始，為加強觀測資料分析應用，正式開展每日數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，第一時間對數(shù)據(jù)和異常事件進行匯集、分析標注和報送，同時對各測項觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和預報效能進行了定級評價[33-35]。觀測臺網(wǎng)整體平穩(wěn)，形變、地傾斜、地應變、連續(xù)重力、地磁、地下流體等測項潮汐變化明顯，能穩(wěn)定呈現(xiàn)不同周期成分的變化特征，部分測項映震效果較好[36]。如黃子洞水氡的突跳與河源地區(qū)4 級左右地震具有很好的相關性（圖8a），2019 年10 月12 日北流——化州5.2 級地震前肇慶地磁出現(xiàn)了明顯的突跳變化（圖8b），汕頭DSQ 水管傾斜在2018 年臺灣海峽6.2 級地震前出現(xiàn)趨勢下降現(xiàn)象（圖8c、8d）。通過平差處理后的重力場變化圖像，已成為年度震情跟蹤的重要物理依據(jù)[37]。

圖5 廣東省強震動監(jiān)測臺網(wǎng)分布圖Fig.5 Distribution map of strong motion monitoring network in Guangdong Province

圖6 典型震例的速度和加速度記錄圖Fig.6 Velocity and acceleration records of typical earthquake cases

表1 廣東省地球物理觀測臺項數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of geophysical observatory items in Guangdong Province

圖7 廣東省地球物理臺網(wǎng)監(jiān)測臺站分布圖Fig.7 Distribution map of monitoring stations of geophysical network in Guangdong Province

圖8 典型震例的地球物理觀測異常特征Fig.8 Geophysical observation anomaly characteristics of typical earthquake cases

圖9 廣東流動重力測點分布和重力場空間變化圖Fig.9 Distribution of mobile gravity survey points and spatial variation of gravity field in Guangdong

4 GNSS觀測臺網(wǎng)

廣東省GNSS 臺網(wǎng)主要以監(jiān)測地表形變?yōu)槟康?，采用連續(xù)基準站和流動站觀測相結(jié)合，并聯(lián)測周邊省份和IGS 共享站點，為震情跟蹤大形勢研判提供動力學依據(jù)。廣東GNSS 站網(wǎng)建設始于“十一五”期間，國家重大科技基礎設施《中國大陸構造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡》項目在廣東建設5 個連續(xù)基準站，同時，按照《中國地殼運動觀測技術規(guī)程》的技術要求，《廣東省地殼運動觀測網(wǎng)絡》也陸續(xù)建設了8 個省級連續(xù)運行基準站[38]。“十三五”期間，又在陽江、河源和粵閩交界三個老震區(qū)建設了區(qū)域流動觀測站，進行不定期流動觀測。GNSS 觀測數(shù)據(jù)每周進行解算，并使用站間基線變化對區(qū)域動力學背景進行連續(xù)跟蹤，取得了較好效果（圖10）。

圖10 廣東省GNSS連續(xù)站點和流動站點分布及速度場Fig.10 Distribution and velocity field of GNSS continuous stations and mobile stations in Guangdong Province

5 共享、服務和展望

廣東省地震局近年來積極推進中國與東盟國家間的地震監(jiān)測與預警合作，共同提高中國—東盟地區(qū)地震海嘯監(jiān)測預警與防災減災技術水平。通過《中國——東盟地震海嘯監(jiān)測預警系統(tǒng)》項目，分別在印度尼西亞、泰國和柬埔寨建設了測震、強震和GNSS 綜合觀測臺站和海嘯預警中心，并舉辦了東盟國家地震監(jiān)測技術培訓班，增進與東盟各國的交流、學習，共同打造一個高水平的防災減災合作架構，實現(xiàn)中國—東盟地區(qū)地震海嘯監(jiān)測預警。

在觀測數(shù)據(jù)服務方面，通過對硬件系統(tǒng)的升級改造，具備了海量數(shù)據(jù)存儲和快速分發(fā)能力，實現(xiàn)了地震目錄、觀測報告、連續(xù)波形和各種定點和流動地球物理場觀測數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)快速共享，并完善了系統(tǒng)外數(shù)據(jù)申請和下載等一整套數(shù)據(jù)共享與服務機制。

作為防震減災現(xiàn)代化試點省之一，廣東省地震局積極開拓監(jiān)測手段，先后在密集臺陣探測、超密集臺陣探測、密集臺陣流動觀測、深井綜合觀測、海洋地震、分布式光纖傳感器、大容量水庫氣槍主動震源和人工智能地震分析及發(fā)布等方面開展了一系列探索工作，部分工作甚至是國內(nèi)首創(chuàng)，在偉大的新時代，力爭在地震預測、預警、烈度、災情速報以及地震科學研究取得突破，助力我國防震減災事業(yè)發(fā)展和地震科學基礎研究。

6 總結(jié)

從人工模擬記錄到現(xiàn)代網(wǎng)絡化的數(shù)字地震臺網(wǎng)，以及密集地震觀測體系，廣東省地震監(jiān)測臺網(wǎng)經(jīng)歷了近90 年的發(fā)展，始終走在全國前列，取得了一系列優(yōu)異成績。本文詳細回顧了廣東測震臺網(wǎng)、強震動臺網(wǎng)、地球物理臺網(wǎng)和GNSS 觀測臺網(wǎng)的建設歷程，并對臺網(wǎng)現(xiàn)狀進行了分析描述。百年歷程艱苦卓越，廣東省內(nèi)已基本建成覆蓋測震、強震、地球物理場和GNSS 的立體地震觀測網(wǎng)絡，為區(qū)域防震減災和地球科學研究積累了大量寶貴數(shù)據(jù)。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和科學技術進步，“解剖地震”、“透明地殼”等一系列目標已指日可待。