中国大陆的强震动观测

第１ １期（ 总第 ３ ３ ５期） ２ ０ ０ ６年 １ １月
国 际 地 震 动 态 Ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎＷｏ ｒ ｌ ｄＳ ｅ ｉ ｓ ｍ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｎ ｏ ． １ １ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ３ ３ ５ ） Ｎ ｏ ｖ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ， ２ ０ ０ ６
４
国 际 地 震 动 态 ２ ０ ０ ６年
“ 九五” 期间，我国大陆的数字强震动观 测取得了一些进展。首都圈建立了地震动强 ０个电话 度（ 烈度） 速报台网。该台网包括 ８ 拨号子台、 ７ ２个卫星和 Ｄ Ｄ Ｎ专线传输子台。 分别由北京地震局、天津地震局和河北省地 震局负责管理。工程力学研究所对响局部 场地影响台阵进行了扩建改造，增设了一个 井下测点和一个地面测点。同时在中国地震 局防灾大楼布设了由 ２ １个测点组成的结构 Ｙ Ｍ 地震反应遥测台阵，该台阵采用美国 Ｓ Ｍ Ｅ Ｔ Ｅ Ｒ Ｉ ＣＲ Ｅ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ Ｃ Ｈ公司生产的 Ｖ ｉ Ｓ ｅ ｉ ｓ Ｄ Ｓ Ｐ Ａ ６ ４多道实时地震数据采集系统，用微 机硬盘作为数据储存介质，通过拨号电话与 位于北京强震观测中心的控制中心通讯，实 现远程控制和数据传送。上海地震局建成了 由２ ４个台站组成的数字强震动观测台网， 云南、甘肃、江苏、广东等省地震局也购置 了少量美国生产的 Ｋ ２和 Ｅ Ｔ Ｎ Ａ型固态存储 强震动仪，用于流动观测。水电部门也在一 些大坝上布设了数字强震动仪。设立在工程 力学研究所的国家强震观测数据中心完成了 数字强震动记录处理方法和程序的研制，初 步建成了强震动观测数据库的建设。自“ 九 五” 以来，中国大陆强震动台网的强震动观 测记录绝大多数是由数字强震动仪获得的， 记录的数量和质量都有了很大的提高。 在数字强震动仪研制方面，２ ０世纪 ９ ０ 年代初，工程力学研究所研制了 Ｓ Ｃ Ｑ １数字 磁带记录强震动仪，但性能不够稳定，只生 产了少量仪器用于流动观测。“ 九五” 期间， 工程力学研究所和港震公司分别研制生产了 Ｇ Ｄ Ｑ Ｊ 、Ｇ Ｓ Ｍ Ａ 两种型号的固态存 储 强 震 动 仪，主要用于首都圈地震动强度（ 烈度） 速报 台网和流动观测。但与国外同类仪器相比， 性能指标和运行可靠性上都有差距。 “ 十五” 期间，国家投入巨资建设中国数 字地震观测网络，作为其中一个重要组成部 分，将在我国大陆建立规模空前的中国数字 强震动台网，我国的强震动观测进入了一个
周雍年
（ 中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 １ ５ ０ ０ ８ ０ ）
强震动观测要测量的是离强烈地震震中二、 三百公里范围内的地面运动过程，尤其是震 中地区的地面运动过程，以及各类工程结构 的地震反应。测量的物理量主要是直接与地 震力相关的加速度。因此，强震动观测台网 主要布设在可能发生强地震地区的自由场地 上，尤其是人口密集的城市地区和重大工程 场地附近的典型场地，包括基岩场地和不同 类型的土 层 场 地，而 且 台 网 要 有 较 高 的 密 度；同时要在各类重要的工程结构上布设地 震反应观 测 系 统。由 于 强 地 震 发 生 几 率 很 小，强震 动 观 测 台 站 普 遍 采 用 无 人 值 守 方 式，要求仪器具有触发运行功能和较高的稳 定性与可靠性。 ４ ０年来，我国大陆的强震动观测经历 了从模拟时代到数字时代的逐步发展过程。 随着经济的迅速发展，强地震对经济和社会 发展造成的危害越来越大，加快我国的强震 动观测事业的发展，已成为地震工程界和政 府有关部门的共识。
檭檭殐
檭檭檭檭檭檭檭殐
引言
我国是世界上地震灾害最严重的国家之 一，建立有效的震灾预防工作体系的关键是 要深入认识强地震动特征和各类工程结构地 震反应特性，研究和发展工程抗震方法与技 术，减轻各类工程结构的地震破坏及其造成 的经济损失和人员伤亡。强震动观测是认识 强地震动特征和各类工程结构地震反应特性 的主要手段。强震动观测的目的就是要针对 各类场地和工程结构布设强震动观测台网， 对强地震动的特性（ 强度、频谱、持续时间） 及各种工程结构的地震反应进行观测，获取 真实可靠的强地面运动记录和工程结构地震 反应数据，为研究强地面运动的特性和工程 结构抗震设计方法与技术、编制地震动参数 区划图和各类建筑结构抗震设计规范提供重 要的基础资料，以达到减轻地震灾害的最终 目标。 强震动观测无论在观测目的和应用目标 上都与一般的测震观测不同。强震动观测注 重的是可能引起工程结构损坏和生命财产损 失的强烈地震动的特性。 所以， 一般来说，
１ 模拟时代的强震动观测
我国地震工程界历来十分重视强震动观 测。早在 １ ９ ５ ６年草拟第一个科学发展纲要
２
国 际 地 震 动 态 ２ ０ ０ ６年
时，我国地震工程的奠基人刘恢先教授就倡 议开展强震动观测工作。他把强震动观测比 喻为支撑地震工程学科这个摩天大厦的 ４大 支柱之一。在他的主持下，工程力学研究所 ０世纪 ６ ０年代初就开展了有关的研究。 从２ １ ９ ６ ２年在新丰江大坝上布设了我国第一个 实验性强震动观测台。 １ ９ ６ ６年邢台大地震发 生后，工程力学所在震区开展了流动观测， 捕捉近场强余震记录。我国第一批定型生产 的Ｒ Ｄ Ｚ Ｉ １ ２ ６ ６多道电流计强震仪也在 １ ９ ６ ６ 年 ９月起陆续投入使用，由此逐步在华北、 西北和西南地区建立了一批强震动观测台 站，观测对象包括地面（ 基岩和土层场地） 、 建筑物和水坝等。其后，中国水利水电科学 研究院、中国建筑科学研究院等单位也陆续 开展了以水坝和建筑物为观测对象的强震动 观测。 ２ ０世纪 ７ ０年代后，除工程力学研究 所外，中国地震局系统有甘肃、云南、广东、 ０个省（ 区） 地震局开展了 江苏、新疆等近 １
２ 数字时代的强震动观测
２ ０世纪 ８ ０年代初，数字磁带记录式强 震动仪开始投入使用。随着数字技术的飞速 发展，在短短几年的时间里，就从数字磁带 记录式强震动仪发展到固态存储式数字强震 动仪。 进入 ９ ０年代后， 固态存储数字强震动 仪的性能不断改进，很快成为世界各国强震 动观测的主流仪器，进一步开拓了强震动观 ２ ３ ］ 测的发展前景 ［ 。 新型数字强震动仪的噪声水平低，很多 ４位高分辨率的 新型数字强震动仪已采用 ２ 模 数转换器，同时传感器普遍采用动态范 围１ ２ ０ｄ Ｂ以上的力平衡式加速度计，使强 震动仪的动态范围进一步增大。因此，数字 强震动仪既能记录大震的近场地震动，也能 记录小地震的近场地震动。力平衡式加速度 计频带的扩展，使数字强震动仪能够记录到 可靠的地震动长周期信息和短周期信息。 由于采用 １ ６位以上的微处理器作为系 统控制的核心硬件，新型数字强震动仪能同 时进行数据采集和询问的多任务操作系统。 系统控制的功能进一步完善，不仅能够自动 识别和触发、自动存储触发记录、自动接通 远程通讯线路、自动校时、显示系统的各种 状态参数，还可以在本地通讯和远程通讯两 种方式下对仪器进行监控、设置和修改各种 参数、显示记录波形、转贮事件文件。固化
第１ １期 周雍年：中国大陆的强震动观测
３
软件还具有更新升级的能力。新型固态存储 数字强震动仪内部时钟的守时精度一般均优 ０ ，并普遍采用 Ｇ Ｐ Ｓ 授时，授时同步精 于１ 度优于 １ｍ ｓ ，高精度的绝对时间服务使数字 强震动仪记录的应用价值大大提高。 随着数字通讯技术的迅速发展，数字强 震动仪的 通 讯 功 能 大 大 增 强。既 可 以 通 过 Ｒ Ｓ ２ ３ ２接口直接与微机通讯， 也可以通过内 置Ｍ Ｏ Ｄ Ａ Ｍ 和市政电话线进行远程通讯。近 年来，有线和无线网络通讯技术也已得到应 用。远程通讯功能使数字强震动仪的监控、 检查和数据回收更为方便。同时，强震动仪 一旦触发，能自动拨号，向观测中心报警和 传输信息。远程通讯技术的发展已使实现近 实时的地震动强度速报成为可能，也为今后 进一步发展大震预警系统建立了基础。 近几年来，以微机为基础的多通道强震 动观测系统得到了迅速发展。这种观测系统 硬件设备采用微机，配以高速、高精度的模 数转换板和力平衡式加速度计。数据采集和 系统控制通过软件来实现，系统管理及后续 数据处理灵活多样，时间服务采用 Ｇ Ｐ Ｓ授 时。系统可进行连续监测，实时显示波形， 并可以通过市政电话线实现远程通讯。这种 多通道强震动观测系统成本低、功能强，特 别适用于高层建筑和大坝、桥梁、核电站等 大型结构的地震反应观测。 随着数字强震动仪性能的不断提高，强 震动观测技术取得了很大发展。数字强震动 仪记录不仅为地震工程研究提供了更加丰富 可靠的基础数据，同时也已经成为近场地震 学研究的重要资料。强震动观测的应用领域 进一步扩展，突出体现在以下几个方面。 ２ ． １ 大震预警技术 大震预警系统的原理是在震源地区布设 强震动台网，强地震发生时通过电话线路或 无线电波将台网记录的强震动信息传送到一 定距离外的大城市或重要设施，以便在强烈 地震波到达前数秒至数十秒内发出警报，使
但是，由于建设强震动观测台网需要巨 额投入，限于国家的经济实力，很长时间内 我国强震动观测发展的速度比较缓慢，远远 不能满足地震工程研究和防震减灾工作的需 要。“ 八五” 末 期，全 国 固 定 台 站 总 数 不 到 ３ ０ ０个，其 中 大 部 分 采 用 国 产 的 Ｒ Ｄ Ｚ Ｉ １ ２ ６ ６ 、Ｇ Ｑ Ｉ Ｉ Ｉ Ａ等模拟记录强震动仪，另有少 量的 Ｓ Ｍ Ａ １ 、Ｓ Ｍ Ａ Ｃ等美国和日本产的模拟 记录强震动仪。由于台网密度低，仪器动态 范围小，获取记录的能力差，导致多次强地 震均未获得近场主震记录，强地震发生后及 时开展流动观测成为获取强震动记录的重要 手段。因此，这一时期我国获取的强震动观 测记录主要是一些强地震的远场记录和强余 震近场记录。另外，由于经费原因，这一时 期布设的强震动台站建台时都不做钻孔和土 层剪切波 速 测 试，台 站 场 地 土 质 资 料 不 完 整，许多台站连土质柱状图都没有。尽管如 此，仍然获得了一些有价值的强震动记录，

檭檭檭檭檭檭檭殐
综述与评述
摘 要 简要综述了强震动观测的目的和意义及我国大陆强震动观测的发展过程，讨
论并展望了我国强震动观测的发展策略和前景。
关键词 强震动观测；数字强震动仪 中图分类号 Ｐ ３ １ ５ ． ６ 文献标识码 Ａ
收稿日期： ２ ０ ０ ６ ０ ６ １ ９ 。
檭檭殐
中来自百度文库大陆的强震动观测
１ ］ 不同规模的强震动观测 ［ 。
有些典型记录在工程抗震设计中得到了广泛 应用。 模拟记录强震动仪因本身性能的限制， 获得的强震动记录的精度受较多因素的影 响。不仅数据处理复杂费时，而且在人工数 字化过程中还会引入低频误差，不能保证获 取可靠的长周期地震动信息。模拟记录还常 存在记录丢头现象，难以获取完整的近场强 地震动记录。目前，国内仍有一定数量的模 拟记录强震动仪在运行，预计其中大部分仪 器将会被逐步淘汰。
－ ６
有关部门 及 时 采 取 紧 急 措 施，减 少 震 害 损 失。例如火车的紧急制动、建筑物主动控制 装置的启动、化工厂和核电站采取紧急防震 措施、高层建筑电梯的地震控制、海啸报警 以及消防部门和医院及时采取应急措施等。 ２ ． ２ 震害快速评估 利用强震动观测记录对震害进行快速评 估，用以指导震后应急反应和修复计划。例 如，日本横浜市建立的实时地震灾害评估系 统Ｒ Ｅ Ａ Ｄ Ｙ由密集强震动监测系统、实时地 震危害评估系统和破坏信息收集系统 ３部分 组成。根据强震动监测系统获得的地面运动 数据，可在震后 ２ ０分钟内计算出地震动危 害、液化危险和房屋结构的破坏分布。 ２ ． ３ 震源特性研究 数字强震动仪可以获取震源附近的高精 度近场加速度记录，这种近场强震动记录已 被广泛用于研究震源破裂过程和震源反演。 ２ ． ４ 结构健康诊断 采用多通道强震动数据采集系统，可以 在建筑结构上布设足够多的测点，获取完整 的结构地震反应记录。同时，结合结构安全 评估专家系统对结构的震后安全性进行快速 评价和损伤检测。 数字强震动仪引入我国始于 ２ ０世纪 ８ ０ 年代初，工程力学所与美国加州理工学院等 单位开展了中美强震动观测合作研究，首次 引进了美国生产的 Ｐ Ｄ Ｒ １数字磁带记录式 强震仪。 ９ ０年代初，工程力学所又先后与澳 大利亚、日本等国的有关部门开展了合作研 究，在唐山地区布设了一批固态存储数字强 震动仪。这一时期，工程力学研究所、上海 地震局等单位还分别购置了少量美国生产的 固态存储强震动仪。“ 八五” 期间，工程力学 研究所采用美国生产的固态存储强震动仪在 唐山响布设了研究局部场地影响的井下台 阵。上述国际合作台网和响井下台阵都获 得了大量高精度的中强地震近场强震动记 录。