地震台网数字化改造的思考

　　 摘要：地震以其破坏性大、突发性强等特点，成为自然灾害之首，自古以来，人类就如何更准确地预报地震不懈地努力着，从张衡发明地动仪，到现在最尖端的数字化仪器的研制，都是为了这一个目的。我国现代地震台网建设自1966年邢台地震后建设至今，逐渐由模拟观测发展到数字化观测，数据精确度、存储、处理等方面能力均得到大幅度的提高，但在地震监测台网数字化改造的过程中，也出现了较多问题，如何认识和对待这些问题，就成为在数字化发展道路上不能不思考的事情。本文希望通过对数字化台网发展的历史和存在的问题的探讨，能够提出一点解决的思路。 　　 　　引言 　　地震是一种给人类带来巨大破坏的自然灾害，强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给灾区的社会些经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。据《减灾必读》（地震出版社，1990）一书统计，历史上各种自然灾害曾毁灭了世界各地52个城市，其中因地震而毁灭的城市就有27个，占总数的52％，可见地震灾害确实是“群害之首”，并且由于城市化水平的不断提高，地震所可能造成的破坏基数不断提升，地震威胁在一定程度上还会增加。 　　我国是大陆地震最多的国家，占全球大陆地震的33％。我国平均每年发生30次5级以上地震，6次6级以上强震，1次7级以上大震，我国不仅地震频次高，而且地震强度极大。加之我国地震分布广泛，除浙江和贵州两省之外，其余各省均有6级以上强震发生，震源很浅（一般只有10～20km），因而构成了我国地震活动频度高、强度大、分布广、震源浅的特征。同时，我国作为发展中国家，人口稠密、建筑物抗震能力低，更加剧了地震灾害的破坏性。仅20世纪以来，全球因地震而死亡的人数约为120万人，其中我国就占65万人之多，为全球的一半。 　　严重的地震灾害及其加速发展的震灾形势给社会公众带来了对防震减灾的强烈社会需求，而通过地震预报和在预报基础上的震灾防御是实现地震减灾的最基本途径，因此，地震预测是人类面临的最古老的问题，也是全球性的科学难题，而地震预测的基础则是由地震台站监测到的数据。 　　一、地震台网的历史与发展 　　（一）地震监测台网的定义。地震科学是一门观测科学，地震台站是地震科学研究的最基本、最重要的单元，近代地震科学发展表明：地震监测数据是推动地震研究发展的根本动力，而各类地震台站则是观测数据的产出单位。地震前兆台网是指一定区域内，为了地震预测的目的，对地球各种形变场、物理场和化学场进行观测的台站的总和，前兆台网与地震台网共同构成了地震监测预报工作的两大基础性台网。 　　（二）我国地震监测台网的发展。我国的地震前兆台网，伴随着地震预测任务的提出和对地震预测认识的不断深化，经历了一个创建、发展的过程。1966年3月22日邢台7.2级地震，是新中国成立以来发生的第一次造成严重伤亡的大地震，就在这次地震中，周恩来总理代表党和国家向我国地震工作者提出了地震预报的任务。在邢台地震前，震中区及附近出现了明显的井水翻沙冒泡、地下水位升降等异常现象，引起了地震工作者的关注，从而开始了前兆观测。此后在20世纪70年代先后发生了渤海、云南通海、辽宁海城、云南龙陵、河北唐山、四川松藩等多个7级大震和更多的6级、5级中强震，在这些地震发生前，也发现在形变、地电、地磁、电磁波、水位、等方面出现的异常，从而在实践中逐渐形成了“长、中、短、临震渐进式预报”，多学科、多观测点的“综合预报”，由场寻源的“追踪预报”等具有中国特色的地震预报思想。 　　1986~1990年“七五”期间，国家地震局组织了地震前兆预报方法实用化攻关研究，首次把我国20多年的预报经验系统化并进行科学的论证，在对不同地区、不同类型地震前兆的共性和差异，地震前兆与无震异常的区别进行研究的基础上给出各类手段和综合的预报方法、判据、指标、和信度估计。在“七五”攻关成果指导下，我国前兆台网建设从上世纪90年代初开始进行了优化、完善，从布局、观测环境等各方面进行了更为科学的调整和改造。 　　（三）中国数字化台网的发展。我国数字地震观测技术的开发最早开始于70年代后期，在“八五”期间，中国地震局承担了国家科技公关项目―“地震和前兆数字化观测实验系统研制”，经过精心组织与实施，完成了预期目标，整个系统达到了国际先进水平，有的达到了国际领先水平；“九五”期间，中国地震局主持实施了“中国数字地震观测系统建设”，我国的地震观测系统发生了根本性的变革，建立起了由47个国家基本数字地震台和全国台网中心组成的国家数字地震台网、近30个区域遥测地震台网中的2/3实施了数字化改造；“十五”期间，我国又开展了更加宏伟的台网数字化建设工程，分国家数字地震台网建设、区域数字地震台网建设、流动数字地震台网建设。新建12个区域数字地震台网中心，扩建20个区域数字地震台网中心，新建200个左右的数字地震子台，改建300个模拟地震子台为数字地震子台，同时加强区域台网中心数据处理和存储能力，建设由1000套宽频带流动数字地震仪组成的流动数字地震台网，设立流动数字地震台网观测与数据处理中心，台网中心配置大容量数据存储及服务设备和数据计算处理设备，大大提高了数字化台网的数据储存、处理能力。 　　二、数字化台网改造的必要性 　　（一）模拟地震台网的局限性。从上面的介绍我们可以看出，上世纪70、80年代，是我国地震前兆台网从无到有，逐渐成形的创建和大发展时代，相继在各个省建立了大批前兆观测台站，但台站层次不一，有专业人员组成的，也有群众自建的业余测报点，所用仪器主要是从地质部门引进的物探仪器，有的甚至是土法制造的非专业仪器，如土地电、土地磁、土倾斜等。在这样的背景下建设起来的前兆台网就存在很多的缺陷：由于专业性太强，自上世纪六、七十年代开始运转的前兆观测仪器基本上没有改进，普遍是人工观测，模拟记录，靠信函、电报报数，形成数据信息量小、精确度低、数据汇集慢等缺陷，在地震短临预报中往往因不能及时收集到突发异常而贻误震情判断。 　　（二）数字化监测的优势。对比模拟观测，数字化台站就具备了相当大的优势，主要体现在以下几个方面： 　　1.便于数据共享。数字化台站由于其数据通过网络传输，有了非常好的交流共享的技术基础，就可以充分利用信息时代的便利条件，通过没有围墙的、虚拟的、分布式的交流模式，促成资料共享，使得从事地震预测的研究人员都能使用仪器设备，获取观测资料，使用计算设施和资料，方便与同行交流，共同促进地震监测预报工作的开展。 　　2.观测精度更高。数字化地震观测技术与模拟观测相比，其观测质量明显改善，数字传输的连续实时观测系统更能够实时持续地监测前兆异常变化，其分辨率也得到大大提高，这对于发现地震前出现的较小的异常变化数据的提取打下了良好的基础。 　　 3.便于数据处理分析。由于现在地震监测数据处理普遍利用专业的分析程序软件来处理和分析，因此数字化台站的观测数据相对于模拟台站来说，有着不可比拟的优势。各类测震学、前兆监测手段的异常变化，通过数字化台站的收集，以数字的形式，直接形成数据库，通过分析软件只需要调用数据库里的数据即可以进行处理分析。 　　 4.便于数据的存储。地震监测是一项长期工作，数据的连续性在分析正常背景、发现异常等工作时尤为重要，有的监测手段需要几年、几十年不间断的数据来进行分析，而传统模拟观测的数据一般是纸质资料，不利于长期的储存，而数字化观测则没有这种后顾之忧，数据可以制成光盘存储，并可以保存多个拷贝，这对于今后的预测预报工作非常重要。 　　三、数字化台网改造中存在的问题 　　近年来随着地震台站“九五”的数字化，“十五”网络化建设的飞速发展，数字化地震台站为地震科学的发展提供了大量的大动态、高精度的数字化观测资料。但由于数量太少、观测环境日益恶化和台站人员综合素质仍然偏低等各方面的原因，使得地震台站的工作没有充分发挥出现代化仪器、数字化资料应有的作用。概括起来主要存在以下几方面的问题： 　　（一）数字化台站太少。自“九五”以来，我国数字化地震台网得到了较大速度的发展，但与国际水平相比，中国数字台网建设依然不足，以强震台覆盖密度为例，日本为1323台/万平方公里，美国为53台/万平方公里，中国只有1.2台/万平方公里。中国地震局地球物理研究所名誉所长陈运泰院士在接受媒体采访时表示：“四川阿坝一带地震台站相对比较稀疏，所以这些地方的地震即使有可能被预报，恐怕也受到台网密度的限制。” 　　（二）观测环境日益恶化。近年来，随着我国经济建设的高速发展，城市、交通等建设越来越逼近地震台站。如北京一线地铁对北京地磁台观测的干扰就达3 nt，附近通讯站电磁波的干扰背景达3～5 nt，而且正在建设中的地铁十号线、其它交通干线、高速公路、台站周围的民宅建设也越来越靠近观测台站，使得北京国家地球观象台各观测项目或多或少都面临着观测环境遭受破坏，观测资料质量得不到保证的严峻局面。 　　（三）缺乏高素质的人才。由于地震台站大多地处偏僻，信息相对闭塞，学习条件差，接受再教育机会少，知识更新的速度低，台站监测人员平时只能做一点日常观测工作，没有机会或很少有机会再接受新知识、新技术的教育，知识老化。 　　（四）数字化仪器开发周期长、技术不成熟。由于地震监测工作专业性太强，并且仪器开发后利用面较窄，造成地震监测仪器的开发形不成产业化，往往是开发出来的产品在实际应用中存在这样那样的不足，但由于没有更好的新产品问世，只好仍然使用存在问题的仪器，造成维修率高、监测数据不连续等问题。 　　四、如何解决数字化台网改造问题 　　（一）多方努力，增加数字化地震监测台站。针对数字化台站较少的现状，我们应当积极主动地向当地政府和上级部门反映，使各级领导清楚地震监测预报是开展各项防震减灾工作的基础，而数字化台站的建设则是做好地震监测预报的保障。在改变领导对地震工作，特别是对少震弱震区地震工作看法的基础上，要求增加数字化台站建设，根据当地实际，有计划地增加数字化地震台站，最终形成覆盖整个区域的数字化监测网络。 　　（二）加大依法保护观测环境的力度和提升抗干扰的能力。随着国家经济建设的高速发展，城市建设逐渐向外围发展，公路、铁路、供水管道、高压输电线路的修建不可避免的越来越逼近地震台站，几乎所有台站或多或少都面临着观测环境遭受破坏，观测资料质量得不到保证的严峻局面。《中华人民共和国防震减灾法》和《地震观测环境保护条例》的先后颁布实施为地震观测环境保护工作提供了有力的法律武器，我们应以此为武器，做好地震观测环境保护工作，使地震台站的观测环境不受干扰和破坏，保证正常稳定的监测。 　　(三)努力提高台站人员的综合素质。地震台站各项工作的发展，关键在于人才的发展，我们应当努力营造人才脱颖而出的良好氛围，不断改善地震台站的工作学习条件，创造能留住人才干事业的环境，同时给台站上的同志多创造一些学习机会，通过各种形式的学习与交流活动，开阔他们的思路，提高他们的业务素质和技术水平，鼓励他们开展各种形式的科学研究和技术革新工作，提高预测水平。