中國強震動觀測臺網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展

編者按 李小軍研究員長期從事地震工程、工程震動等研究工作，為中國強震動觀測臺網(wǎng)建設(shè)做出了突出的成績。

強震動觀測利用儀器測量和記錄地震現(xiàn)象和效應(yīng)，即地球地表和近地表介質(zhì)的地震運動以及工程結(jié)構(gòu)反應(yīng)，其目的是借助于觀測記錄資料研究地震地面運動及工程結(jié)構(gòu)的反應(yīng)和破損特點與規(guī)律，為認識地震過程及進行工程抗震設(shè)防與減災(zāi)提供依據(jù)。

1932年美國研制出世界上第1臺強震動觀測儀，即USCGS型加速度儀。1933年在美國南加州地區(qū)布設(shè)第1批USCGS型加速度儀，同年3月在加州長灘地震中取得世界上第1條地震動加速度記錄，開啟了世界強震動觀測歷史。目前，美國擁有超過2 600個地面強震動觀測臺站和約180個結(jié)構(gòu)反應(yīng)觀測臺陣（超過3 200個通道）。日本于1952年研制成SMAC型強震動觀測儀，從1953年開始強震動觀測，現(xiàn)在擁有超過5 000套觀測儀的場地和結(jié)構(gòu)強震動觀測臺網(wǎng)，主要是遍布日本的K-NET和KiK-net強震動觀測臺網(wǎng)，其觀測臺站平均間距約25km，K-NET由超過1 000個地面觀測臺站組成，KiK-net由約700個包括地面和對應(yīng)井下觀測點的臺站組成。伊朗、墨西哥、新西蘭和澳大利亞等國家也建設(shè)了較大規(guī)模的強震動觀測臺網(wǎng)。

1956年，中國地震工程奠基人劉恢先院士倡議開展強震動觀測工作，1962年在新豐江大壩建設(shè)第一個強震動觀測臺站，開啟中國強震動觀測歷史。1966年邢臺地震和1976年唐山大地震后，中國強震動觀測臺網(wǎng)有了一定程度發(fā)展，但是至20世紀90年代中期，僅擁有約300個固定臺站（包括結(jié)構(gòu)臺陣）和數(shù)十臺強震動儀用于流動觀測?！熬盼濉逼陂g，中國強震動觀測有了較大程度的發(fā)展，增設(shè)400多個數(shù)字強震動觀測臺站，包括固定和流動場地地面臺站、結(jié)構(gòu)觀測臺陣和首都圈地區(qū)的地震動強度（烈度）速報臺陣，初步形成數(shù)字強震動觀測臺網(wǎng)。而大規(guī)模強震動觀測臺網(wǎng)建設(shè)是在21世紀初“十五”期間，建設(shè)形成覆蓋大陸地區(qū)的國家數(shù)字強震動臺網(wǎng)，主要包括：在地震活動較強區(qū)域布設(shè)的1 154個固定自由場臺站，北京、天津、蘭州、烏魯木齊、昆明5個城市地震動強度（烈度）速報臺陣的310個觀測子臺，12個強震動觀測專用臺陣（活斷層影響、地震動衰減、場地和地形影響及典型工程結(jié)構(gòu)等）的319個觀測子臺。2014年國家強震動臺網(wǎng)又建設(shè)完成240個觀測臺站，包括首都圈地區(qū)和蘭州地區(qū)地震預警臺網(wǎng)的240個子臺。近20年來，地方政府和企業(yè)也投入資金建設(shè)了近1 000個強震動觀測臺站（臺陣子臺），特別是橋梁、水電站、核電站等結(jié)構(gòu)反應(yīng)觀測臺，充實了國家強震動觀測臺網(wǎng)。

目前，中國大陸強震動觀測臺網(wǎng)的觀測臺站主要集中于24個局部區(qū)域和5個大中城市，區(qū)域臺站間距25—50km，城市臺站間距5—10km，設(shè)有1個國家、4個區(qū)域和各省市強震動臺網(wǎng)中心、分中心和省級中心，以實施全國強震動觀測運行和管理。中國強震動臺網(wǎng)在汶川地震時獲得主震記錄約1 400條、余震記錄超過20 000條，此次大范圍臺站記錄豐富了世界強震動記錄資料庫，填補了特大地震近斷層強震動記錄的空白，引起世界關(guān)注。另外，中國臺灣地區(qū)，1972年開始強震動觀測臺網(wǎng)建設(shè)，目前擁有超過1 500臺強震動儀組成的自由場地、井下和結(jié)構(gòu)觀測臺站（臺陣），其中SMART-1（1980）臺陣是世界上最早布設(shè)的場地地震動觀測臺陣，在1999年集集7.6級地震及余震時，獲得1萬多條記錄，是國際上首次對同一地震（主余震）獲得如此巨量的強震動記錄。

中國強震動觀測由早期地震地面運動和工程結(jié)構(gòu)反應(yīng)的觀測與應(yīng)用，發(fā)展到進一步利用強震動臺網(wǎng)開展地震災(zāi)害速報和地震預警的工作，該工作始于20世紀90年代末，現(xiàn)形成近10個城市的地震烈度速報系統(tǒng)、2個國家層面的區(qū)域地震預警系統(tǒng)以及多個針對高速鐵路和輸氣管道的工程地震報警系統(tǒng)、多個針對社會公眾服務(wù)的局域性地震預警試驗系統(tǒng)。中國地震局目前正在開展“國家地震烈度速報與預警工程”這一覆蓋全國的重大建設(shè)項目的規(guī)劃和立項工作，提出了初步建設(shè)方案。該項目的建設(shè)將進一步推進中國強震動觀測的發(fā)展，使得強震動觀測能無空白高密度覆蓋中國大陸地區(qū)。

李小軍

2015年8月