国际强震观测

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强震观测台网迅速扩大 发展强震观测台网需要巨额投资,经费不足制约了许多国家和地区强震观测的发展。
中文名
国际强震观测
外文名
The strong motion observation
发展趋势
大震预警和反应系统发展迅速 
强震仪
1500多台

国际强震观测简要介绍

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强震观测台网迅速扩大 [1]   发展强震观测台网需要巨额投资,经费不足制约了许多国家和地区强震观测的发展。但是,随着经济的不断发展,强地震造成的经济损失越来越严重。1994年1月美国北岭6.7级地震造成了300亿美元的经济损失。I年后的日本阪神大地震造成的经济损失更高达1000亿美元。这使许多国家和地区的政府和研究机构迫切感到,作为减轻地震灾害的一项重要基础工作,必须进一步加强强震观测台网建设。因而大幅度地增加了经费投人,提高台网的布设密度,扩大台网的覆盖面积。
  日本政府在1995年阪神地震后,迅速制定并实施了在全国增设由1000台宽频带、大动态范围数字强震仪组成的有线遥测台网(K-NET)计划。总投资超过4千万美元。该台网台站平均间距为25km,全部布设在自由场地上。每个台站都确定了上层柱状图、测定了波速。每台强震仪有两个RS-232通讯口,分别与当地政府和设在筑波的控制中心相连。一方面地方政府可以根据强震记录迅速进行震害评估和应急管理。另一方面控制中心在对记录进行处理和汇编后即向互联网发送强震记录。K-NET台网获取的记录将作为日本内务省规划设计的地震烈度信息网的一部分,同时可用于研究强地震动特性、制订抗震设计规范和城市防灾规划。台湾集集大地震后,日本感到现有的强震台网密度仍应进一步提高,于是又开始制定新的计划,在全国再增设2000台数字强震仪。
  美国加州理工大学、加州矿产地质局和美国地质调查局制订了建立南加州数字强震仪台网(TriNet)的合作计划。在南加州布设700台数字强震仪。其中部分台站进行实时遥测,其余台站采用近实时遥测方式。加上原有的台网,以及建筑物业主按规范要求布设的大量台站(仅在洛杉矶地区就有800台以上),估计加州布设的强震仪总数将超过4000台。
  我国台湾地区的强震仪台站也增加很快,已布设强震仪1500多台。1999年9月21门集集大地震及其余震中。台湾的强震台网获得了1万多条记录,在世界各国引起了极大关注。墨西哥在1960年布设第一个强震台,到1995年已增至430台。伊朗的强震台数量已超过1000台。即使如冰岛和澳大利亚这些很少发生强地震的国家,近几年来强震台网也已形成了一定的规模。

国际强震观测发展趋势

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  大震预警系统和快速反应系统发展迅速
  将布设在震源区的密集强震台网记录的强震信息通过电话线或无线电传送到一定距离外的大城市。就可以在大地震到达前数秒至数10秒内发出地震警报,及时采取紧急措施,减轻生命财产损失。除了这种进行实时监测的大震预警系统外,还有一种近实时监测系统,一般通过拨号电话传送地震信息,可在地震发生后数分钟或稍长一些叶间内很快确定地震震中和震级等,以便有关部门采取应急行动。数字强震仪技术的迅速发展为建立大震预 警系统和快速反应系统提供了技术基础。许多国家和地区已制定和实施了建立这种系统的计划,并取得了一些初步结果。
  日本是最早建立实时地震警报系统的国家。1984年日本铁道技术研究所就在宫古地区进行了试验。1988年以后陆续在东京地区、青函海底隧道、东海道新干线沿线、山阳新干线沿线等地区布设了许多紧急地震检测和警报系统UrEDAS。1992年日本铁道技术研究所还与美国加州理工学院合作,在Kresge地震实验室布设了一个UrEDAS系统。这种系统一般采用单台信号报警,检测到P波后在3秒钟内估算出震中方位、震级、震中距和震源深度等,发布第一次警报。在S波到达后再发出第二次警报。采用多个台时,由中心台接收各台发布的警报进行综合处理,在第一个台检测到P波后2分钟内自动发出警报。这种系统主要用于火车的紧急制动、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。
  墨西哥的地震警报系统SAS由四部分组成:
  (1)地震检测系统,在Guerrero沿渔地区300km长的范围内布设了间距为25km的12台数字强震仪,每个台站有一台微机,可在10秒钟内确定震级,如M>6或5≤M≤6即发布警报,如有2台以上确定地震的发生,就向公众发布警报。
  (2)通讯系统,有一个VHF中继站和3个UHF中继站,可在2秒钟内将地震信息传至墨西哥市;
  (3)中央控制系统,设在距Guerrero海岸地区约320km的墨西哥市,可连续接收地震信号自动处理,确定震级后决定是否发布警报;
  (4)警报发布系统,通过商业电台发布警报,有关部门配有专用接收机,由专人负责接收并协调防灾活动。1995年9月14日Guerrero地区发生7.3级地震,在地震波到达墨西哥市前2秒钟发布了警报,86台接收机中除12台外部收到了警报,及时采取了防震措施。
  台湾气象局与美国USGS合作在1995年布设了一个地震预警系统。该系统在花莲地区有12个遥测三分量加速度仪和3台宽频带地震仪进行实时监测,用电话线将地震数字信号转送至花莲气象站作实时处理,然后再转送至位于台北市的气象局本部。目的是在强地震波到达台北市以前提前发布警报。另外,台湾气象局还与美国南加州地震中心合作,计划布设1000台三分量数字加速度仪,利用电话线传送数字化地震数据,用两台微机进行数据处理,4分钟内完成自动定位报告。该系统在经过改造后将在接收到信号后1分钟内完成初步报告,2分钟内完成最终报告。然后向媒介发布警报。
  美国的TriNet台网计划也具有实时或近实时地震监测和报警功能,可在大震发生后数分钟内由分析中心发布警报信息。澳大利亚的地震快速反应系统已布设了75台数字强震仪和数字地震仪,用电话线将地震数据传送至分析中心,在数分钟内确定震中位置、震级和烈度等,然后向有关部门传送,以便及时采取应急行动。
  立陶宛Ignalina核电站的地震预警系统由一个中心台和位于离电站约30km的圆周上的6个台站组成。每个台站有3个相距500m的子台。每个台站上有一台地震仪和3台加速度计连续运行。加速度计的记录输入地震开关,当加速度超过置定的阀值时,地震开关发出警报信号,警报信号经数字编码后用无线电发送到控制中心。为避免误发警报,采用2/3表决权法,即3台中有两台的加速度超过置定的阀值时才发出警报信号。
  建立震害快速评估系统
  利用强震观测记录对建筑物和结构物的震后安全状况进行快速评估,用以指导震后应急反应和修复计划,是强震观测的又一发展方向。
  日本东京煤气公司建立了一个用于评估煤气管道系统震后破坏状况的SIGNAL系统。该系统于1994年投人 运行。它由地震动测量系统、震中估算系统和破坏评估系统3部分组成。地震动测量系统包括3部分:
  (1)在东京地区布设了331个谱烈度计,可以测定地震动的谱烈度值和最大加速度值;
  (2)在东京地区20个最易发生液化的场地布设了液化传感器(地下水位测量仪);
  (3)在5个基岩场地上布设了加速度仪,记录地震波形,用以确定地震震中和震级等参数。
  该地震动测量系统的实时检测数据用微波传送至分析中心,震中评估系统根据P波和S波到时以及与理论值的比较,确定震中位置,并利用经验公式估算震级。破坏评估系统内建有东京地区煤气管道分布和场地条件数据库,可以根据测得的谱烈度值和地下水位以及管道震害经验公式,在震后10分钟内计算出各个场地的标准破坏比,以供煤气公同决定关闭震害严重地区的管道,并及时制定修复计划。1998年1月,东京煤气公司又开始建立高密度实时地震监测系统SUPREME。要在约3100kmz的范围内布设约3600台新地震计(新的谱烈度计)。这种地震仪能测定谱烈度和加速度时程,并能进一步根据最大加速度、谱烈度、估计位移和估计周期判断是否发生液化,目的是能够高精度地估计地震破坏和实时判定液化。
  横滨市建立的实时地震灾害评估系统READY由3个子系统组成:
  (1)密集强震监测系统;
  (2)实时地震危害评估系统;
  (3)破坏信息收集系统。该系统根据强震监测系统获得的地面运动数据,在震后20分钟内计算出地震动危害、液化危险和木结构房屋的破坏。
  密集强震监测系统于1997年建成。在150个自由场地布设了数字强震仪,在9个台站布设了井下摆,观测数据由高速高优先权的电话线路传送至3个观测中心。每个台站在地震触发后即计算出地震烈度、峰值加速度、反应谱值和持续时间等参数并自动向中心报告。震后几分钟内就可以画出全市的烈度分布,并通过电视和互联网向公众发布。实时地震危害评估系统于1998年投人运行。该系统汇集该市不同部门建立的GIS数据进行评估。全市划分为170000个单元(每个单元面积为50m×50m),场地条件划分为268类,用等效线性法计算出每类场地的放大系数,最后给出详细的地面震动分布图。根据地面记录和井下摆记录估计出土的动荷载,用公路桥规定中采用的方法计算出液化阻抗。最后将液化阻抗与动荷载作比较,确定每个单元的液化可能性分布图。地震危害评估系统还建立了全市450000栋木结构房的GIS数据库,根据其结构、用途、屋顶的类型和年代确定每栋房屋的振动特性,利用地面运动反应谱计算其变位,最后确定出破坏程度,给出木房屋的破坏分布图。破坏信息收集系统是从1999年4月开始运行的。市政府与约500个土木工程公司签订了协议,规定一旦地震烈度大于5度(日本气象厅烈度表),这些公司就立即调查93条主要道路的破坏情况,并向市政府报告,这些数据由网上GIS系统传送到市政府的GIS系统上。电话、煤气和电力公司以及供水部门也将生命线系统的破坏和修复情况报告市政府,这些数据将在市政府和18个区政府的监视器上显示。
  美国科学家开发了一种基于微机的地震记录系统,用于进行震后快速安全评估。这种系统已在台湾的许多建筑物上布设。强地震发生后即使专家能迅速到达现场调查震害,也不可能完全正确地对建筑物震后安全性作出判断,因为有些损伤难以被肉眼发现。这种震后安全快速评估系统则可以利用强震仪记录的建筑物反应和己有的专家知识对建筑物震后安全性进行快速评估。该系统包括布设在建筑物内的多台强震仪和两台微机。一台微机对地震反应记录自动进行处理,另一台则作进一步分析,根据系统识别结果确定建筑物性状「进而根据对特定建筑规定的标准进行破坏评估。在震后1小时内就可以自动完成对建筑物的安全评估。
  建立地震工程试验场
  选择地震活动性高的合适场地,进行详细的场地地质勘探,建造典型的试验结构和模型,布设各种强震观测台阵,以求最大可能地获取不同场地的地震动观测数据和结构地震反应观测数据,检验和改进现有的各种理论分析方法,这是推动和加快地震工程进一步发展的有效措施。
  日本研究者早在70年代就建立了小型的试验场。东京大学生产技术研究所在千叶实验所内建造了两栋结构模型,观测地震时模型的实际反应。在周围场地上还布设了强震加速度仪台阵和地形变观测仪器。
  90年代初,欧洲科学家在希腊的Thessaloniki东北30km处的一个沉积谷地建立了欧洲第一个工程地震和地震工程试验场。试验场内布设了强震观测台阵,建造了一个五层建筑的模型,对试验场的地震、地质和场地土质等进行了详细的调查勘测。目的在于在一个长时期内获取高质量的地震记录,以完成各种试验,检验和改进有关地震动衰减规律、场地上层放大作用、土的非线性和液化、建筑物反应、土与结构的相互作用等方面的各种新理论新方法。
参考资料
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非社会 社会