中国地震观测资料汇集与应用的现状分析

田丰、周来顺、赵仲和

(WDC -D地震学科中心)

我国整个地震系统的许多部门和单位根据地震研究及监测预报的需要,在不断地获取和使用大量的多类型的地震观测、地球物理、地质、地球化学、地下流体、大地形变、地震工程、地震社会学及其他有关方面的数据。这些多学科、多专业的数据资料日积月累、兼收并蓄,其信息极为丰富,它们是具有科学与社会经济价值的国家财富。我国是一个多地震的国家,历史上积累了丰富的地震资料,尤其是地震学和地球物理学研究中的主要依据——地震观测资料,在世界上也是屈指可数的。如何使这些数据在科学研究、地震预报、防灾减灾、服务于国民经济发展、国际合作等方面发挥更大的科学、经济、社会效益是一个值得认真研究的问题。

1 全国地震观测台网的现状和任务

地震学是一门观测性很强的学科,观测数据和资料是地震学发展的基础。我国自本世纪30年代起就开始建立用现代地震仪进行观测的地震台。随着地震工作的不断深入和地震预报研究的更高要求,以及国家经济建设的需要,地震台的数量和观测内容有了相当大的发展。到1990年,全国已建立了459个有人职守的地震台站。其中包括:全国基本地震台网;大地震速报台网;还建立了20余个区域性或地方性遥测地震台网 (其台站全为无人职守)宽频带大动态范围的数字化地震台网以及区域性地震台站等。

1.1 全国基本台网

1.1.1 全国基本台网的任务来源及现状

早在1957年的一次包括中国在内的国际地球物理年会上决定建立全球地震观测系统。当时我国已有16个地震台配备了用于全球地震监测的中长周期地震仪器。这16个地震台就是现在全国基本台网的基础,也就是现在所说的基准地震台(以下简称I类台)。随着地震工作的不断发展,I类台的数量增加至现在的24个,而监测义器也在不断更新和增加。到目前为止,I类台基本都配备有“763”型长周期地震仪器。长周期仪器配备后可拾取大于1000km的远震和极远震(当然要视仪器系统的放大倍率而定)的地震信号。这样就大大提高了我国对全球地震的监测能力和扩大了监测范围,同时为不断加强国内及国境边缘的地震监视,又在其他专业地震台站(以下简称Ⅱ类台)配备了可拾取小于l000km近震的短周期地震仪器。这些Ⅱ类地震台站是对I类台站监测能力的一个补充,从而形成了我国的全国基本地震台网。

由此可见,全国基本台网是由I类和Ⅱ类台站组成。I、Ⅱ类台站的区别在于台站观测手段、仪器类型、监测范围、监测能力等不同,并且I类台站的资料(数据)对外交换。从1978年底开始,国家地震局地球物理研究所九室负责全国I类(24个)台站、Ⅱ类(62个)台站的数据收集、处理、存储、编目、地震记录图纸的缩微、对外 交换、出版地震刊物及技术管理等工作。

1.1.2 全国基本台网的基本任务

I类台站的任务是:

(1) 为地震预报和地球物理研究提供高质量的基础资料。

(2) 速报国内5级以上、国外6级以上地震。

(3) 参加国际地震资料交换;监测全球地震的活动性。

(4) 与S类台一起监测东部地区3.5级以上、西部地区4.5级以上、西藏和青海 5.0级以上的地震。

Ⅱ类台站的任务是:

(1) 与I类台站一起组成全国基本台网,实施I类台站的第4项任务。

(2) 监测全国的地震活动性,参加国内地震资料交换。

(3) 与地方地震台、区域地震台网一起完成区域地震监测预报任务。

1.1.3 全国基本台网的资料(数据)汇集

由86个台站组成的全国基本台网的资料(数据)汇集、处理流程见图1。

图1全国基本台网资料(数据)汇集处理流程图

“临报”————中国地震台临时报告年报;“年报”————中国地震年报;“NEIC”————美国国家地震情报中心; “PDE”————初定震中报告;“EDR”————地震测定报告

全国基本台网中的24个I类台站每5天将台站记录地震的震相数据、结果数据用电报方式发往北京电报大楼,电信部门再用专线传真机传至国家地震局地球物理研究所九室。他们还负责全国I类台和其它30个使用“763”型地震仪器的台站的原始记录图的缩微工作。62个Ⅱ类台站每30天将台站与I类台同样类型的数据通过邮电局用邮寄方式,直接寄往地球物理研究所九室。

全部数据的整理、修正、纠错、编目等均在VAX780计算机上进行。出版的刊物有《中国地震台临时报告》、《中国地震年报》。其中《中国地震台临时报告》一个月发行一期,《中国地震年报》一年发行一期。还与美国地质调查局每5日进行资料交换、《中国地震台临时报告》和缩微胶片的资料交换,与国际地震中心(设在英国)进行《中国地震台临时报告》数据的交换。

1.2 全国大震速报台网

我国的大地震速报台网就任务而言它是一个独立的台网,就观测系统而言它又不是一个独立的台网。因而,可以认为全国大地震速报台网是以地震观测台网(全部I类台 站和部分I类台站)为支撑基础,围绕着一个明确的任务而组成的相对独立专门化任务网。为了完成明确的地震速报任务,它有一整套与之相适应的数据产生方式、数据流通方式、数据传递方式及其起保证作用的技术管理与服务系统。

1.2.1 任务来源及目前的基本任务

1966年邢台地震后,大地震不断袭击我国大陆地区。抗震救灾迫切需要大地震速报。国家地震局在70年代初适时地提出了大地震速报任务,并对指定的地震速报台做出了明确的规定。同时对国家地震局分析预报中心明确了大地震参数速报的任务。

1985年以来,我国又进入了新的地震活跃期,地震形势对大地震速报提出了更高的要求。由于目前地震预报尚未过关,加强大地震速报工作提高大地震速报的精度,缩短大地震速报时间,有利于抗震救灾和%定民心,将会给国家带来很大的经济效益。并要求大地震速报台网数据处理中心(设在国家地震局分析预报中心)及时速报国内大于5级以上;边境(国界200km内)地区大于6级以上和全球大于7级以上的地震。

1.2.2 全国大地震速报台网的点位分布

截止到1989年6月,全国大地震速报台网有速报台站36个和一个数据处理中心。 全国范围内除上海、天津、广西、安徽、江西、河南、台湾7省(区)市外,每一省、 市、自治区均分布有一个以上的速报台站承担大地震速报的数据报送任务。

1.2.3 全国大地震速报台网数据传递及数据产出、流程

目前大地震速报台站与北京数据中心联络的手段是用邮电部门通讯系统的电报与长途电话两种通讯方式进行数据传递。数据经国家地震局分析预报中心通讯总站和震情值班室,录入到计算机进行审核、修正等,最后将处理结果逐级上报。其详情见图2。

图2 全国大地震速报台网数据流程图 →报送;←返回

当一次应该速报的地震事件发生后:

①速报台站必须立即在可见地震记录仪上读取 。本台与速报直接有关的基本震相数据,并报送大地震速报台网数据处理中心; ②数据处理中心收到各台速报的基本数据后,仔细分析,在获得一定量的数据后,利用计算机进 行数据处理,快速测定地震参数,并将产出的最终结果报告有关部门。同时将上述结果及时返回各速报台站。

1.3 遥测地震台网

1.3.1 遥测地震台网概况

将分散的若干无人职守的地震台的地震计拾取的地动信号,用遥测技术通过无线或有线两种方式远距离传输到某地进行集中记录、分析处理、震情通报等称为遥测地震台网。遥测地震台网的建立是池震观测技术中一项重大的技术革新。国外在本世纪年代就进行了这方面的工作。我国自1966年邢台地震后,为了能迅速掌握北京地区地震活动情况,原中国科学院地球物理研究所(现国家地震局地球物理研究所的前身)建起了由8个遥测地震台组成的全国第一个遥测地震台网——北京遥测地震台网。1975年海城地震后,我国又相继完成了上海、昆明、兰州、沈阳、成都遥测地震台网的建设以及北京遥测地震台网的扩建。到1985年初,以上6个以有线传输与无线传输相结合的遥测地震台网宣告建成(称其为区域性遥测地震台网)。在此期间,许多省、市自治区地 震局为了监视某些特定地区的地震活动性,又先后建立了以无线传输为主的遥测地震台网(称其为地方性遥测地震台网)。截止到90年代初,我国已有各类型遥测地震台网20个。1989年山西大同地震后,我国又利用世界银行贷款于1992年完成了华北(10个遥测地震台网组成)、西南(3个遥测地震台网组成)两地区的遥测地震台网通过无线和有线方式结合的联网工程。

1.3.2 遥测地震台网的任务

遥测地震台网同全国地震观测基本台网一起日夜监视本地区及临区的地震活动,其任务是:

(1) 参加全国5级以上大地震和不同地区当地政府要求不同震级地震的速报工作。

(2)产出的地震资料,经分析处理后参加当地省、市、自治区地震局地震目录的编制、出版,供预报使用。

(3)由于遥测地震台网能对地震信号集中记录、统一授时、快速处理,因此能及 时向有关部门提供每月的地震目录。或临时需要的震群目录,以及每旬每月的快报地震目录。所以在地震预报,特别是短期临震地震预报对获取地震征兆,有着独特的作用。

1.3.3 遥测地震台网数据产出、流程现状

全国遥测地震台网绝大部分使用的是模拟记录仪器。各遥测台站将拾取的地动信号通过无线或有线传输设备传至各自的遥测地震台网中心。台网中心通过计算机进行各种数据的审核、处理最后定出地震参数。并将结果上报各自台网所属的省、市、自治区地震局分析预报室,统一编辑地震目录。

全国6个区域性遥测地震台网还担负着全国大地震速报任务。当发生一个属于卒区域速报的地震后各区域台网将结果数据用无线电台或电话迅速上报国家地震局震情值班室或大地震速报数据处理中心(详情见图3)。

图3 遥测地震台网数据流程图

对于遥测台网和联网中心,在每天固定时间用短波电台或专用电话线将规定范围内、规定震级的地震震相数据和结果数据等传至联网中心。该中心利用这些数据产出各种地震数据,每月编辑一本区域地震目录,三个月出版一本地震报告,其流程见图4。

图4 遥测地震台网联网数据流程图

1.4 中国数字地震台网

60年代以来,以数字电路和数字计算机的发展为主体的“数字化革命”几乎冲击了所有的科学领域,它对地震学带来的变化也是根本性的。由于这种变化,使地震学家对地震记录的解释由辨认一个个地震震相,发展到可能对整个波形的解释。整个波形提供的信息比几个震相提供的信息要丰富的多。由数字化地震记录和对这些记录作解释的理论组成的数字地震学为地震学的发展开创了一个新的天地。与模拟地震台网相比,数字台网在动态范围、分辨率和系统精度等方面都有很大提高:一个模拟记录的动态范围不大于50dB,分辨率一般为10-2量级。但是,一个好的数字记录的动态范围可以达到140dB,分辨率可达10-6 —10-7

1.4.1 中国数字地震台网现状

1983年5月中国国家地震局与美国地质调查局签定了建设中国数字地震台网的协议。美方负责设计和开发台网的硬件设备和软件程序;提供4套数据采集系统;数据管理中心、台网维修中心(两中心均设在国家地震局地球物理研究所)的零配件和设备以及中国技术人员的培训等。中方负责购置5套数据采集系统以及数据管理中心的硬件设备;所有台址准备工作以及提供中国数字地震台网运行所需人员等。

中国数字地震台网1987年10月通过验收并正式投入运行。其后又增建了一个地震台。目前该台网是一个全匡范围的台网,由10个数字地震台、一个数据管理中心及一个台网维修中心组成。数字台站主要选择在现有地震台站处。每个台站均使用短周期、中长周期、长周期和宽频带数字记录,并设有模拟记录和模拟监视。

1.4.2 数字地震台网的基本任务

中国数字地震台网是一个全国性的地震观测台网。它在地球物理学、地震学等领域的研究上发挥着重要作用,包括:中国大陆地震的成因及其动力学背景、地震预报、地震震源、地球内部结构与地震层析成象等的研究以及与美国阿尔布开克地震实验室定期 (5天)地震资料交换,并每月出版《中国数字地震台网地震目录》。

1.4.3中国数字地震台网的数据汇集与流程

国内10个数字地震台站每15天将所记录的地动信号通过邮局寄往北京数字台网数据管理中心。经微型拷贝机复制、编辑、删除、格式转换等形成一种可与国外交换的匣式磁带。再经一系列加工处理后,生成一定格式的磁盘,作为存储和提供给国内用户使用,并由此编写数字台网的地震目录。其数据流程见图5。

图5 中国数字地震台网数据流程图

2 讨论

上面仅以地震观测为例描述了不同观测系统的一般情况、所承担的任务和获得的数据。在我国地震系统所属的各单位还进行着与地震活动有关的多种其他观测,诸如磁、电等地球物理场的观测,大地形变测量,地下水动态测量等,也都大抵存在与地震观测类似的情况。因此,对于我国(广义的)地震观测数据汇集与应用情况而言,可作如下分析。

(1)数据内容十分丰富,数据量大,已经初步形成了全国性的观测网和数据汇集网络,形成了若干个以完成特定任务为目标的数据处理中心,并开展了相应的国际国内数据交换。

(2) 由于全体科研人员的努力和有一套行之有效的组织管理和技术管理规程,使得我国在地震观测和其他相关学科观测的许多方面已经达到或接近国际先进水平。例如中国数字地震台网台站的有效观测时间位于国际上同类台站的前列,中国地震台网观测报告的质量受到国际地震界的赞赏等等。

(3) 目前我国地震及相关学科观测系统数据汇集和使用状况尚有若干方面需要调整和改善,一些薄弱环节需要加强。例如: ①数据流通渠道不够畅通。一方面有相当数量的数据没有被充分利用,一方面一些科研人员和实用部门又苦于得不到所需数据,结果造成数据使用效率不高; ②为具体专一的目的提供加工过的数据固然对完成具体任务有利,但多少影响了对原始观测数据的广泛开发利用;③由于历史发展的原因,在不同单位(有的在北京,有的在外地)形成了多个不同目的的数据中心,这些数据中心为完成本单位主要承担的防震减灾任务和科研任务发挥了重要作用,但往往以所在单位为数据的归宿,在促使这些数据为国内和国际更广泛的需要服务方面则显不足。这也是由于这 些中心的特定任务所决定的。④对所获得的原始数据进行重复加工的现象较为普遍。其结果不仅是人力物力的浪费,更重要的是有不同的处理结果公之于众,给使用者造成困难。

(4) 1993年3月正式成立了国家地震局直属的地震数据信息中心。这是为加强我国地震及相关学科观测数据管理、提高数据流通和使用效率的重要措施。我们理解,这个中心应着重在以下几个方面发挥作用: ①以数据信息中心为龙头,以各单位现有数据处理中心(或计算中心或信息中心)为依托,逐步建成全国统一的地震数据汇集与共享网络;②以数据中心为枢纽,在条件具备时加入国际地震数据交换网络,使中国的地震数据有效地为国际上使用,更使中国的科技工作者和有关部门能有效利用国际上丰富的地震观测资料; ③地震数据信息中心配合国家地震局地震监测预报主管部门,依靠地震监 测各学科专家及广大科技人员,逐步制定出不同层次产出数据的内容、质量、格式等标准,合理规划从事数据处理部门的任务,筛选出在不同层次上具有权威性的数据产品作为全国数据汇集与交流及扩大国标交换的基础。

参考文献

[1] 国家地震局科技监测司,中国地震台志,地震出版社,1991。

[2] 中国数字地震台网,中国数字地震台网文集,学术书刊出版社,1990。

[3] 国家地震局中国数字地震观测与研究组,中国数字地震学观测与研究,1990。

[4] 国家地震局科技监测司,全国地震监测系统调整优化方案(分学科方案),1990。