基本介紹
- 中文名：國際強震觀測
- 外文名：The strong motion observation
- 發展趨勢：大震預警和反應系統發展迅速
- 強震儀：1500多台
簡要介紹,發展趨勢,
簡要介紹
強震觀測台網迅速擴大 發展強震觀測台網需要巨額投資，經費不足制約了許多國家和地區強震觀測的發展。但是，隨著經濟的不斷發展，強地震造成的經濟損失越來越嚴重。1994年1月美國北嶺6.7級地震造成了300億美元的經濟損失。I年後的日本阪神大地震造成的經濟損失更高達1000億美元。這使許多國家和地區的政府和研究機構迫切感到，作為減輕地震災害的一項重要基礎工作，必須進一步加強強震觀測台網建設。因而大幅度地增加了經費投人，提高台網的布設密度，擴大台網的覆蓋面積。
日本政府在1995年阪神地震後，迅速制定並實施了在全國增設由1000台寬頻帶、大動態範圍數字強震儀組成的有線遙測台網(K-NET)計畫。總投資超過4千萬美元。該台網台站平均間距為25km，全部布設在自由場地上。每個台站都確定了上層柱狀圖、測定了波速。每台強震儀有兩個RS-232通訊口，分別與當地政府和設在筑波的控制中心相連。一方面地方政府可以根據強震記錄迅速進行震害評估和應急管理。另一方面控制中心在對記錄進行處理和彙編後即向網際網路傳送強震記錄。K-NET台網獲取的記錄將作為日本內務省規劃設計的地震烈度信息網的一部分，同時可用於研究強地震動特性、制訂抗震設計規範和城市防災規劃。台灣集集大地震後，日本感到現有的強震台網密度仍應進一步提高，於是又開始制定新的計畫，在全國再增設2000台數字強震儀。
美國加州理工大學、加州礦產地質局和美國地質調查局制訂了建立南加州數字強震儀台網(TriNet)的合作計畫。在南加州布設700台數字強震儀。其中部分台站進行實時遙測，其餘台站採用近實時遙測方式。加上原有的台網，以及建築物業主按規範要求布設的大量台站(僅在洛杉磯地區就有800台以上)，估計加州布設的強震儀總數將超過4000台。
我國台灣地區的強震儀台站也增加很快，已布設強震儀1500多台。1999年9月21門集集大地震及其餘震中。台灣的強震台網獲得了1萬多條記錄，在世界各國引起了極大關注。墨西哥在1960年布設第一個強震台，到1995年已增至430台。伊朗的強震台數量已超過1000台。即使如冰島和澳大利亞這些很少發生強地震的國家，近幾年來強震台網也已形成了一定的規模。
日本政府在1995年阪神地震後，迅速制定並實施了在全國增設由1000台寬頻帶、大動態範圍數字強震儀組成的有線遙測台網(K-NET)計畫。總投資超過4千萬美元。該台網台站平均間距為25km，全部布設在自由場地上。每個台站都確定了上層柱狀圖、測定了波速。每台強震儀有兩個RS-232通訊口，分別與當地政府和設在筑波的控制中心相連。一方面地方政府可以根據強震記錄迅速進行震害評估和應急管理。另一方面控制中心在對記錄進行處理和彙編後即向網際網路傳送強震記錄。K-NET台網獲取的記錄將作為日本內務省規劃設計的地震烈度信息網的一部分，同時可用於研究強地震動特性、制訂抗震設計規範和城市防災規劃。台灣集集大地震後，日本感到現有的強震台網密度仍應進一步提高，於是又開始制定新的計畫，在全國再增設2000台數字強震儀。
美國加州理工大學、加州礦產地質局和美國地質調查局制訂了建立南加州數字強震儀台網(TriNet)的合作計畫。在南加州布設700台數字強震儀。其中部分台站進行實時遙測，其餘台站採用近實時遙測方式。加上原有的台網，以及建築物業主按規範要求布設的大量台站(僅在洛杉磯地區就有800台以上)，估計加州布設的強震儀總數將超過4000台。
我國台灣地區的強震儀台站也增加很快，已布設強震儀1500多台。1999年9月21門集集大地震及其餘震中。台灣的強震台網獲得了1萬多條記錄，在世界各國引起了極大關注。墨西哥在1960年布設第一個強震台，到1995年已增至430台。伊朗的強震台數量已超過1000台。即使如冰島和澳大利亞這些很少發生強地震的國家，近幾年來強震台網也已形成了一定的規模。
發展趨勢
大震預警系統和快速反應系統發展迅速
將布設在震源區的密集強震台網記錄的強震信息通過電話線或無線電傳送到一定距離外的大城市。就可以在大地震到達前數秒至數10秒內發出地震警報，及時採取緊急措施，減輕生命財產損失。除了這種進行實時監測的大震預警系統外，還有一種近實時監測系統，一般通過撥號電話傳送地震信息，可在地震發生後數分鐘或稍長一些葉間內很快確定地震震中和震級等，以便有關部門採取應急行動。數字強震儀技術的迅速發展為建立大震預 警系統和快速反應系統提供了技術基礎。許多國家和地區已制定和實施了建立這種系統的計畫，並取得了一些初步結果。
日本是最早建立實時地震警報系統的國家。1984年日本鐵道技術研究所就在宮古地區進行了試驗。1988年以後陸續在東京地區、青函海底隧道、東海道新幹線沿線、山陽新幹線沿線等地區布設了許多緊急地震檢測和警報系統UrEDAS。1992年日本鐵道技術研究所還與美國加州理工學院合作，在Kresge地震實驗室布設了一個UrEDAS系統。這種系統一般採用單台信號報警，檢測到P波後在3秒鐘內估算出震中方位、震級、震中距和震源深度等，發布第一次警報。在S波到達後再發出第二次警報。採用多個台時，由中心台接收各台發布的警報進行綜合處理，在第一個台檢測到P波後2分鐘內自動發出警報。這種系統主要用於火車的緊急制動、建築物主動控制裝置的啟動、化工廠和核電站採取緊急防震措施、高層建築電梯的地震控制、海嘯報警以及消防部門和醫院及時採取應急措施等。
墨西哥的地震警報系統SAS由四部分組成：
(1)地震檢測系統，在Guerrero沿漁地區300km長的範圍內布設了間距為25km的12台數字強震儀，每個台站有一台微機，可在10秒鐘內確定震級，如M>6或5≤M≤6即發布警報，如有2台以上確定地震的發生，就向公眾發布警報。
(2)通訊系統，有一個VHF中繼站和3個UHF中繼站，可在2秒鐘內將地震信息傳至墨西哥市；
(3)中央控制系統，設在距Guerrero海岸地區約320km的墨西哥市，可連續接收地震信號自動處理，確定震級後決定是否發布警報；
(4)警報發布系統，通過商業電台發布警報，有關部門配有專用接收機，由專人負責接收並協調防災活動。1995年9月14日Guerrero地區發生7.3級地震，在地震波到達墨西哥市前2秒鐘發布了警報，86台接收機中除12台外部收到了警報，及時採取了防震措施。
台灣氣象局與美國USGS合作在1995年布設了一個地震預警系統。該系統在花蓮地區有12個遙測三分量加速度儀和3台寬頻帶地震儀進行實時監測，用電話線將地震數位訊號轉送至花蓮氣象站作實時處理，然後再轉送至位於台北市的氣象局本部。目的是在強地震波到達台北市以前提前發布警報。另外，台灣氣象局還與美國南加州地震中心合作，計畫布設1000台三分量數字加速度儀，利用電話線傳送數位化地震數據，用兩台微機進行數據處理，4分鐘內完成自動定位報告。該系統在經過改造後將在接收到信號後1分鐘內完成初步報告，2分鐘內完成最終報告。然後向媒介發布警報。
美國的TriNet台網計畫也具有實時或近實時地震監測和報警功能，可在大震發生後數分鐘內由分析中心發布警報信息。澳大利亞的地震快速反應系統已布設了75台數字強震儀和數字地震儀，用電話線將地震數據傳送至分析中心，在數分鐘內確定震中位置、震級和烈度等，然後向有關部門傳送，以便及時採取應急行動。
立陶宛Ignalina核電站的地震預警系統由一個中心台和位於離電站約30km的圓周上的6個台站組成。每個台站有3個相距500m的子台。每個台站上有一台地震儀和3台加速度計連續運行。加速度計的記錄輸入地震開關，當加速度超過置定的閥值時，地震開關發出警報信號，警報信號經數字編碼後用無線電傳送到控制中心。為避免誤發警報，採用2/3表決權法，即3台中有兩台的加速度超過置定的閥值時才發出警報信號。
建立震害快速評估系統
利用強震觀測記錄對建築物和結構物的震後安全狀況進行快速評估，用以指導震後應急反應和修復計畫，是強震觀測的又一發展方向。
日本東京煤氣公司建立了一個用於評估煤氣管道系統震後破壞狀況的SIGNAL系統。該系統於1994年投人 運行。它由地震動測量系統、震中估算系統和破壞評估系統3部分組成。地震動測量系統包括3部分：
(1)在東京地區布設了331個譜烈度計，可以測定地震動的譜烈度值和最大加速度值；
(2)在東京地區20個最易發生液化的場地布設了液化感測器(地下水位測量儀)；
(3)在5個基岩場地上布設了加速度儀，記錄地震波形，用以確定地震震中和震級等參數。
該地震動測量系統的實時檢測數據用微波傳送至分析中心，震中評估系統根據P波和S波到時以及與理論值的比較，確定震中位置，並利用經驗公式估算震級。破壞評估系統內建有東京地區煤氣管道分布和場地條件資料庫，可以根據測得的譜烈度值和地下水位以及管道震害經驗公式，在震後10分鐘內計算出各個場地的標準破壞比，以供煤氣公同決定關閉震害嚴重地區的管道，並及時制定修復計畫。1998年1月，東京煤氣公司又開始建立高密度實時地震監測系統SUPREME。要在約3100kmz的範圍內布設約3600台新地震計(新的譜烈度計)。這種地震儀能測定譜烈度和加速度時程，並能進一步根據最大加速度、譜烈度、估計位移和估計周期判斷是否發生液化，目的是能夠高精度地估計地震破壞和實時判定液化。
橫濱市建立的實時地震災害評估系統READY由3個子系統組成：
(1)密集強震監測系統；
(2)實時地震危害評估系統；
(3)破壞信息收集系統。該系統根據強震監測系統獲得的地面運動數據，在震後20分鐘內計算出地震動危害、液化危險和木結構房屋的破壞。
密集強震監測系統於1997年建成。在150個自由場地布設了數字強震儀，在9個台站布設了井下擺，觀測數據由高速高優先權的電話線路傳送至3個觀測中心。每個台站在地震觸發後即計算出地震烈度、峰值加速度、反應譜值和持續時間等參數並自動向中心報告。震後幾分鐘內就可以畫出全市的烈度分布，並通過電視和網際網路向公眾發布。實時地震危害評估系統於1998年投人運行。該系統匯集該市不同部門建立的GIS數據進行評估。全市劃分為170000個單元(每個單元面積為50m×50m)，場地條件劃分為268類，用等效線性法計算出每類場地的放大係數，最後給出詳細的地面震動分布圖。根據地面記錄和井下擺記錄估計出土的動荷載，用公路橋規定中採用的方法計算出液化阻抗。最後將液化阻抗與動荷載作比較，確定每個單元的液化可能性分布圖。地震危害評估系統還建立了全市450000棟木結構房的GIS資料庫，根據其結構、用途、屋頂的類型和年代確定每棟房屋的振動特性，利用地面運動反應譜計算其變位，最後確定出破壞程度，給出木房屋的破壞分布圖。破壞信息收集系統是從1999年4月開始運行的。市政府與約500個土木工程公司簽訂了協定，規定一旦地震烈度大於5度(日本氣象廳烈度表)，這些公司就立即調查93條主要道路的破壞情況，並向市政府報告，這些數據由網上GIS系統傳送到市政府的GIS系統上。電話、煤氣和電力公司以及供水部門也將生命線系統的破壞和修復情況報告市政府，這些數據將在市政府和18個區政府的監視器上顯示。
美國科學家開發了一種基於微機的地震記錄系統，用於進行震後快速安全評估。這種系統已在台灣的許多建築物上布設。強地震發生後即使專家能迅速到達現場調查震害，也不可能完全正確地對建築物震後安全性作出判斷，因為有些損傷難以被肉眼發現。這種震後安全快速評估系統則可以利用強震儀記錄的建築物反應和己有的專家知識對建築物震後安全性進行快速評估。該系統包括布設在建築物內的多台強震儀和兩台微機。一台微機對地震反應記錄自動進行處理，另一台則作進一步分析，根據系統識別結果確定建築物性狀「進而根據對特定建築規定的標準進行破壞評估。在震後1小時內就可以自動完成對建築物的安全評估。
建立地震工程試驗場
選擇地震活動性高的合適場地，進行詳細的場地地質勘探，建造典型的試驗結構和模型，布設各種強震觀測台陣，以求最大可能地獲取不同場地的地震動觀測數據和結構地震反應觀測數據，檢驗和改進現有的各種理論分析方法，這是推動和加快地震工程進一步發展的有效措施。
日本研究者早在70年代就建立了小型的試驗場。東京大學生產技術研究所在千葉實驗所內建造了兩棟結構模型，觀測地震時模型的實際反應。在周圍場地上還布設了強震加速度儀台陣和地形變觀測儀器。
90年代初，歐洲科學家在希臘的Thessaloniki東北30km處的一個沉積穀地建立了歐洲第一個工程地震和地震工程試驗場。試驗場內布設了強震觀測台陣，建造了一個五層建築的模型，對試驗場的地震、地質和場地土質等進行了詳細的調查勘測。目的在於在一個長時期內獲取高質量的地震記錄，以完成各種試驗，檢驗和改進有關地震動衰減規律、場地上層放大作用、土的非線性和液化、建築物反應、土與結構的相互作用等方面的各種新理論新方法。
