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从燻烟纸记录到立体网络化实时传输
——中国地震观测技术发展足迹
 作者:王静 来源:科学时报 发布时间:2007-9-4 0:8:55 小号字 中号字 大号字
 
“地震科学是一门建立在观测技术发展基础之上的科学,地震学的发展一直伴随着地震观测技术的进步向前推进。”中国地震局科技司有关专家介绍。那么,中国地震观测技术是怎样发展起来的?未来将会有怎样的变化?
 
有关专家说,中国地震观测技术的发展大约可分为5个阶段:起步、发展、优化、跨越和腾飞。
 
“如果追溯历史,地震史料的记载最早在公元前1831年的《竹书纪年》中,距今约4000年。后有《史记》、《汉书》等记述地震事件及其影响。这是中国古人留下的宝贵地震史料。此外,中国著名科学家张衡于132年发明了世界上第一台地震仪——侯风地动仪,并记录到公元138年远在千里之外的陇西大地震。但在近代社会,中国没有自主研制的地震观测技术。”专家说。
 
“世界上定量记录地面运动的地震观测技术始于19世纪70年代。20世纪初,日本、法国和德国等先后在中国台湾的台北、上海徐家汇、大连、营口、旅顺、沈阳、长春和青岛等地,建立了地震台。当时地震计的摆体运动直接通过机械放大后,绘在燻烟纸上。”专家们介绍。
 
中国地震年谱记录:
 
1930年,李善邦先生在北京西山鹫峰建立了中国第一个自行设计的地震台。
 
1951年李善邦根据需要研制成了51型机械式地震仪,成为中国自行研制的第一台地震仪。
 
1955年之后十余年,中国以仿制前苏联基尔诺斯中长周期地震仪为主,建成了约由20个地震台组成的全国基本地震台网。
 
此后,中国模拟地震观测技术得到了快速发展,一系列地震仪器出现。其中,包括短周期照相记录的62型高倍率地震仪;63A和63B型晶体管放大器及记录器;64型、65型地震计和67型放大器等。为了进行城市等高地噪声地区的地震观测,中国还发展了井下地震观测,研制了JD-2型井下地震仪,分别布设在全国数十个深井内。中国地震观测技术由此起步。
 
专家们认为,地震观测技术一方面随着技术的进步而进步,另一方面,随着地震的出现而发展。
 
他们举例,上世纪60年代末至70年代,中国主要发展了模拟式滚筒记录地震观测技术。特别是1966年河北邢台两次强烈地震之后,中国开始了大规模地震前兆观测和预报实践,地震观测技术进入了快速发展的阶段。
 
当时,在国务院总理周恩来的直接关怀下,中国利用8条电话专线,把北京周围8个地震台上的短周期垂直向地震信号用基带传输方法实时传到当时的地球物理研究所地震分析室集中记录,从而首次实现了实时传输地震信号。这就是当时的“8条线”北京有线传输模拟遥测地震台网。
 
在1975年的海城地震之后,国家地震局启动了“768工程”。这一工程采用了有线和无线的传输方式实时传输地震信号,首次在一个电话话路中采用频率调制的方法,实时传送8路20Hz带宽地震信号,确保一个台上可实时传输三分向短周期和三分向中长周期地震计信号;首次采用模拟磁带机以电记录的形式记录地震信号,确保了信号精度,并使其能方便地进入计算机。与此同时,还引入了6路自动换纸墨水记录器,大大地减轻了维护的工作量;首次在地震观测中引入了地震信号的实时处理,能通过实时处理和人机结合的方法确定地震参数;建立了全台网系统的遥控和自动校准系统,确保了技术系流的可靠性。
 
随后,中国还大规模研制了用于地震预报研究的地球物理场观测仪器,逐步形成了地形变观测台网、地磁观测台网、地电观测台网、地下流体动态观测台网。但大多数前兆观测仪器主要沿袭有关学科原有的仪器设备,缺少地震前兆观测的专用仪器。
 
1976年7月唐山地震后,为解决大震速报和西部地区地震的快速定位问题,1983年国家启动基本建设项目“全国地震数据传输、分析和处理系统”,称为“837工程”。在实施过程中,适逢中国通信卫星开始试验,地震观测数据的传输首次采用卫星通信的方法实时传输,极大地推进了地震速报业务。这是中国地震观测技术的发展阶段。
 
20世纪80年代之后,中国地震前兆观测仪器已达到几十种类型、100多个仪器型号,但仪器产出的数据质量参差不齐。通过攻关,十几种具有高精度或高灵敏度、高稳定度、抗干扰性能强,并采用数字化、自动化、智能化技术装备的地形变、电磁、流体学科的先进仪器,在地震观测系统中逐步推广使用,开始研制实时或近实时的综合分析和快速预报要求的前兆数据传输系统。这是中国地震观测技术的优化阶段。
 
最近20多年,利用改革开放的有利时机,1983年中美双方达成原则协议,由美方提供设备和技术,共同建设“中国数字化地震台网”(CDSN)。该台网1987年通过技术评审和验收,正式投入运行。1993年,中美再次合作,进行了二期技术的改造。其技术系统与IRIS台网一致。台网由最初的9个台站发展到11个。它们是:北京白家疃、内蒙古海拉尔、黑龙江牡丹江、上海佘山、湖北恩施、海南琼中、云南昆明、西藏拉萨、陕西西安、甘肃兰州、新疆乌鲁木齐。该台网是目前世界上最先进的地震台网之一。
 
此外,中法合作还在新疆乌什台安装了GEOSCOPE(地球透镜)计划的宽频带数字观测设备。中国地震观测技术实现了跨越发展。
 
但科学家们意识到,CDSN毕竟不是立足于自己的力量建立起来的,在此基础上再独立自主地向前发展,无论是发展技术,还是扩建台网规模,均受到制约。通过国家支持,在 “八五”和“九五”期间,中国地震科技人员自主研制开发了系列数字化地震观测仪器设备,并成功建设和改造了近400个测震台、220个前兆台站,中国地震台网进入了数字化时代。
 
实践表明,中国“九五”建设的数字化台网在运行自动化水平、数据连续率和技术上达到了国际同类台网的先进水平,使中国地震台网成为世界上最大的综合性的用于地震监测预报的地球物理观测台网,并在地震监测预报中开始扮演重要角色。
 
在 “十五”期间,“中国数字地震观测网络工程”实施。根据项目设计,“十五”地震前兆台网将实现“网络化”目标,使所有的前兆台站和所有的前兆仪器联结到因特网上。这将更大地推动我国地震前兆观测技术的发展。
 
专家们介绍,在未来,中国地震观测技术主要在4个方面发展:
 
1.深井观测技术。研究适合我国实际的深井观测技术,在重点监测防御区和大中城市、人口稠密地区,逐步建立一个观测技术装备先进、观测点位比较密集的,测震、形变、地下流体、地磁等观测项目一体的综合深井观测系统。对地壳介质的运动方式、地壳的应力的动态变化等进行实时监控,记录到地表或浅孔不能记录到的微破裂过程,为进行深部结构研究、地震孕育过程研究和地震预报研究,提供新的途径,弥补地面观测系统不足。
 
2.海域地震监测技术。海洋研究是21世纪的热门课题,中国有广阔的海域,地处太平洋板块的西侧,研(究)海底地震的活动对了解中国地震成因有重要作用,因而开发海底地震观测系统将会被越来越重视,着重开发可实时传输的海底井下地震仪和用于海底流动观测的沉浮式海底地震仪,建设海域地震观测技术系统。
 
3.空间对地观测技术。研制发射地震电磁监测试验卫星,建立配套的地面接收与应用技术服务系统;组成天地一体的卫星地震应用研究与实验系统。研究高分辨率遥感卫星、InSAR卫星和重力探测卫星等国家民用航天数据处理和应用技术,提高地震监测预报水平,增强地震灾害预防和地震紧急救援能力。
 
4.研制精密可控的人工震源。地震预测的突破很大程度上在于对地震孕育区的介质特性进行动态的、长期的和定量的监视,由于天然地震在空间和时间上的不确定性,采用地震台网监测天然地震的方法,很难达到上述目的。发展可控震源技术,可以达到对深部孕震区进行动态和定量监视的目的。
 
为了建设我国地震监测台网,地震科技人员历经千辛万苦,并为此曾写下了许多感人的诗句。
 
台 站 有 感
 
郑继烈
 
 
岁岁月月守机台,
 
分分秒秒提精神。
 
非是窗外无颜色,
 
只恐一疏误生灵。
 
 
寒去暑往鬓霜浓,
 
笑说当年比花容。
 
青春热血付何处?
 
尽在锦锦数据中。
 
 
霞落独看鸟归林,
 
雨后长听蛙长鸣。
 
曾有封门六尺雪,
 
路阻炊断机不停。
 
 
年复一年除夕夜,
 
妻提箪壶到站台。
 
遥听城内鞭炮急,
 
定然父母陪孙孩。
 
 
首建一台八达沟,
 
而今网布十三州。
 
测磁形流皆齐备,
 
“四个面向”在筹谋。
 
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