• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

台湾海峡6.2级地震震区气枪地震资料初步分析

闫培 刘善虎 张艺峰 王笋

柳艳丽, 邱虎, 郭巍, 高也. 烈度计台站远程监控系统[J]. 震灾防御技术, 2020, 15(3): 618-623. doi: 10.11899/zzfy20200316
引用本文: 闫培,刘善虎,张艺峰,王笋,2021. 台湾海峡6.2级地震震区气枪地震资料初步分析. 震灾防御技术,16(3):519−526. doi:10.11899/zzfy20210311. doi: 10.11899/zzfy20210311
Liu Yanli, Qiu Hu, Guo Wei, Gao Ye. Remote Monitoring System of Intensity Meter Station[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2020, 15(3): 618-623. doi: 10.11899/zzfy20200316
Citation: Yan Pei, Liu Shanhu, Zhang Yifeng, Wang Sun. The Preliminary Analysis of Airguns Seismic Data in the MS6.2 Taiwan Strait Earthquake Region[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2021, 16(3): 519-526. doi: 10.11899/zzfy20210311

台湾海峡6.2级地震震区气枪地震资料初步分析

doi: 10.11899/zzfy20210311
基金项目: 福建省地震局青年科技基金专项(Y202003)
详细信息
    作者简介:

    闫培,男,生于1984年。高级工程师,硕士。主要从事海洋地震探测及地震数据处理工作。E-mail:yanpeisea@126.com

The Preliminary Analysis of Airguns Seismic Data in the MS6.2 Taiwan Strait Earthquake Region

  • 摘要: 对2019年在台湾海峡6.2级地震震区布设的N01、NE02测线地震测深剖面的Pg波走时进行层析成像反演,获得测线下方地壳上部二维速度结构。对N01测线单道反射地震测深剖面进行多次波衰减等处理,并与Pg波成像结果进行对比。研究结果表明,采用走时层析成像方法与单道反射地震测深剖面获得沿探测剖面沉积层上地壳基底形态特征等具有较好的对应关系。由于测线穿越多个地质构造单元和多条断裂带,走时层析成像和单道反射地震测深剖面结果综合显示研究区结晶基底面起伏较大,沉积层速度和厚度变化较剧烈,受台湾海峡西部新生代构造活动影响,显示了相应的断裂或不同地质构造单元在上部地壳内的结构特征。
  • 随着国家地震烈度速报与预警项目工程的实施,将在全国建设大量烈度计观测台站,弥补现有地震台网能力的不足,有效提高减灾和社会服务能力。其中,天津地区已在京津冀简易烈度计预警示范工程中先行建设了80个简易烈度计台站,与天津行政区内具备实时传输能力的测震台站和强震动台站共同组建天津地震预警观测系统(许可等,2019)。现有观测系统中缺少台站设备状态监控,台站各种设备基本处于未知状态,台网中心设备维护人员对台站设备状态的判断仅限于烈度计信号通断与否,台站出现故障后(如市电故障、电压不稳、网络故障、设备死机等),运维人员无法远程判断故障原因并进行有效处理,须到现场进行排查及维修,增加了运维成本,且效率较低。针对上述问题,设计烈度计台站远程监控系统,使台网和台站值班人员可在线实时查看仪器运行状态,及时发现各类设备故障,并对故障进行远程处理,提高台网管理与维护能力。

    烈度计台站远程监控系统物理架构如图 1所示,分为硬件设备和软件平台。硬件设备主要包括信息采集设备、服务器、PC和手机,其中,信息采集设备部署在烈度计台站,是整个监控系统的数据支撑,也是逻辑架构中的数据采集层。软件平台部署在监控中心,涉及业务层的使能平台和大数据页面、数据仓库层中的数据库、服务器中的MQTT中间件、手机APP等。

    图 1  监控系统物理架构
    Figure 1.  Physical architecture of monitoring system

    信息采集设备采集台站供电、网络、仪器状态等信息,将采集到的原始数据上传至使能平台进行存储,将原始数据传至解析器,解析器对电源数据、专业仪器数据、网络数据等进行类型分析,同时判断数据是否正常,并进行数据分类存储与统计分析,大数据界面通过GIS地图显示台站状态,对异常数据台站进行报警。运维人员查看报警台站实时数据信息,通过使能平台或手机APP向信息采集设备发送控制指令,对观测仪器等设备进行远程维护。

    烈度计台站信息采集设备通过对台站设备运行状态、供电状态、网络状态等进行全方位监测,及时发现并处理存在的问题,最大程度地减小设备离线率和故障率,确保台站设备安全可靠地运行。根据实际需求,本系统具有以下功能:

    (1)基于NB-iot通信具有功耗低和费用低的特点,信息采集设备上行数据接口采用单独的NB-iot通信链路,信息采集设备采集台站监控信息,并通过NB-iot网络回传至台网监控中心的监控平台。

    (2)信息采集设备可通过以太网口对台站现有连接网络设备(路由器和烈度计)进行网络通讯,发现问题及时报警。设备可通过以太网读取烈度计状态信息及实时数据信息,进而对专业设备状态进行监控(王建国等,2010)。

    (3)信息采集设备支持接入、接出市电,并对市电电压、电流、功率、功率因数、频率、用电量等参数进行监测。同时信息采集设备不影响其他设备供电,即使信息采集设备出现故障,也不会影响其他设备的正常供电。

    (4)设备具有多路I/O输入及1路RS485输入接口,支持其他设备接口接入,对设备运行状态进行监测,从而判断设备是否正常运行。

    (5)信息采集设备设有1路继电器输出,将需控制设备的供电线路接入继电器常闭端,即可通过终端发送特定指令完成相应设备的关闭、打开和重启(陈吉锋等,2012)。

    (6)信息采集设备内置电容,能保证台站在断电情况下短时间工作,将故障信息回传。

    设备核心功能模块主要包括核心嵌入式控制器(MCU)模块、NB通信模组模块、能耗测量模块、网络通讯模块。信息采集设备功能模块逻辑图如图 2所示,其中,主控模块是设备的核心,通过C语言和汇编语言实现设备核心算法与逻辑控制,完成对外围硬件的控制功能;电源模块为控制电路提供电源;数据采集模块实现不同通讯协议设备的接入,包括电能计量模块、I/O接口输入、RS485通讯接口等;以太网模块实现与本地路由器之间的通讯,通过TCP传输协议查询台站设备间的网络连通情况,包括烈度计、路由器等网络联通信息(宁晓青等,2019);控制模块通过接收主控模块的指令实现设备断电、重启等操作;NB模块为通信模块,可使用3家运营商的NB服务,实现监控信息及控制指令的传输。

    图 2  逻辑图
    Figure 2.  Logic diagram

    上位机设备配置软件通过RS485接口与设备进行通信,实现NB-iot网络、以太网、测量量、烈度计等参数的配置,上位机配置软件界面如图 3所示。NB-iot网络参数配置实现设备与监控中心接收数据服务器的通信,需配置的主要参数包括MQTT服务器地址和端口、登陆ID及订阅主题;以太网参数配置实现设备与烈度计和路由器间的通信,需配置的主要参数包括设备网卡IP地址、网关地址和掩码地址;测量量参数配置实现台站网络与供电的监控测量,需配置的主要参数包括台站设备IP地址、环境参数(如电压、功率、温度等);地震烈度计监测参数配置实现烈度计状态信息的监控测量,需配置的参数主要包括烈度计类型和IP地址。

    图 3  上位机配置软件界面
    Figure 3.  Upper computer configuration software interface

    监控平台是基于物联网侧设备接入使能的云化平台系统,能有效监控烈度计台站设备数据的采集、存储、分析、数据展现及发布、智能管控等,平台具备丰富的对外数据接口,可简单灵活地通过插件编程实现不停机对接收数据保存、解析、加解密、格式转换等。

    监控平台逻辑架构从功能层上分为数据仓库层、功能层和业务层(图 4)。

    图 4  监控平台逻辑架构
    Figure 4.  Logical architecture of monitoring platform

    数据仓库层实现对数据存储表的管理,包括信息采集设备上传的原始数据表、解析数据表、用户管理表、业务报表、系统监控表、参数设备表。功能层包括监控平台实现的功能,如身份认证、数据解析、数据查询和报表分析等。业务层包括使能平台和大数据页面,使能平台主要完成数据查询统计和下行,大数据页面完成数据统计分析及展示。

    监控平台从使用上分为用户模块、设备模块、应用模块和解析器模块,其中,用户模块为基础,设备模块为纽带,应用模块为主干,解析器模块为重点,各模块功能见表 1

    表 1  监控平台各模块功能
    Table 1.  Functions of monitoring platform modules
    模块 功能
    用户模块 存储用户的基本信息,按登录用户信息显示不同的平台信息
    设备模块 对上行数据进行分类,将数据与设备对应,对设备基本信息进行查询与维护
    应用模块 作为设备与解析器的依托,控制设备离线监测、数据解析、设备报警等功能是否开启
    解析器模块 将所有上行数据解析后展现在监控平台的大数据界面上
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    烈度计台站信息采集设备已在80个简易烈度计台站安装部署,监控平台在台网中心服务器进行部署,监控平台基于B/S架构进行设计,方便用户操作。值班人员通过监控平台大数据界面(图 5)查看台站运行状态,发现报警及时远程维护。监控系统在实际运行过程中多次监测到台站供电中断、网络故障和烈度计数据异常。当监测到台站供电中断时,运维人员第一时间给烈度计台站看护人员打电话确认供电故障的具体原因,确保供电故障及时修复;当监测到台站网络中断时,通过远程控制路由器重启解决由于路由器死机导致的网络故障;当监测到烈度计数据异常时,通过远程控制烈度计重启解决由于烈度计死机导致的数据异常问题。

    图 5  监控平台大数据界面
    Figure 5.  Big data interface of monitoring platform

    监控平台还具有大数据统计分析功能,如可对台站报警类型及报警次数日排名、台站通信流量排名、台站电压日统计报表、报警次数月统计报表、台站报警类型占比、台站报警状态占比进行展示。运维人员可根据相关统计报表有针对性地对台站各类设备进行定向优化升级,保证观测数据的稳定可靠。

    烈度计台站远程监控系统可实时监控烈度计台站各设备运行状态,设备如果出现故障可判断具体故障原因,并及时进行远程维护,减少运维成本,有效提高运维人员工作效率和监测数据的连续率,具有应用与推广价值。

  • 图  1  福建及台湾海峡地质构造

    Figure  1.  Geological structure of Fujian province and Taiwan strait

    图  2  N01、NE02测线位置

    Figure  2.  Location of N01 and NE02 lines

    图  3  Pg波时距曲线

    Figure  3.  Pg wave time curve

    图  4  Pg波速度模型

    Figure  4.  Pg wave velocity model

    图  5  单道地震资料处理方法

    Figure  5.  Single seismic channel data processing method

    图  6  N01测线剖面基底二维速度结构

    Figure  6.  The basement two-dimensional velocity structure of N01 profile

    图  7  NE02测线剖面基底二维速度结构

    Figure  7.  The basement two-dimensional velocity structure of NE02 profile

    图  8  N01测线单道反射地震测深剖面

    Figure  8.  N01 single channel seismic profile

    图  9  N01测线剖面基底速度扰动

    Figure  9.  The basement velocity disturbance of N01 profile

    图  10  NE02测线剖面基底速度扰动

    Figure  10.  The basement velocity disturbance of NE02 profile

  • [1] 蔡锋, 曹超, 周兴华等, 2013. 中国近海海洋—海底地形地貌. 北京: 海洋出版社.
    [2] 陈园田, 谢志平, 1996. 台湾海峡的活动断裂与地震活动. 华南地震, 16(1): 57—62.

    Chen Y. T., Xie Z. P., 1996. Active faults and earthquakes in Taiwan Strait. South China Journal of Seismology, 16(1): 57—62. (in Chinese)
    [3] 邓起东, 闽伟, 晁洪太等, 2001. 渤海地区新生代构造与地震活动. 见: 卢演俦主编. 新构造与环境. 北京: 地震出版社, 218—233.
    [4] 丁祥焕, 1999. 福建东南沿海活动断裂与地震. 福州: 福建科学技术出版社.
    [5] 郭令智, 施央申, 马瑞士, 1983. 西太平洋中、新生代活动大陆边缘和岛弧构造的形成及演化. 地质学报, 57(1): 11—21.

    Guo L. Z., Shi Y. S., Ma R. S., 1983. On the formation and evolution of the Mesozoic-Cenozoic active continental margin and island arc tectonics of the western Pacific Ocean. Acta Geologica Sinica, 1983, 57(1): 11—21. (in Chinese)
    [6] 郭令智, 马瑞士, 施央申等, 1998. 论西太平洋活动大陆边缘中—新生代弧后盆地的分类和演化. 成都理工学院学报, 25(2): 134—144.

    Guo L. Z., Ma R. S., Shi Y. S., et al., 1998. On the generation and evolution of Mesozoic Cenozoic back arc basins of western Pacific active continental margin. Journal of Chengdu University of Technology, 25(2): 134—144. (in Chinese)
    [7] 黄昭, 王善雄, 2006. 台湾海峡滨海断裂带的构造特征与活动性. 大地测量与地球动力学, 26(3): 16—22.

    Huang Z., Wang S. X., 2006. Tectonic features and activity of Binhai Fault zone in Taiwan Strait. Journal of Geodesy and Geodynamics, 26(3): 16—22. (in Chinese)
    [8] 李赶先, 1994. 台湾海峡新生代断裂构造及其形成演化. 热带海洋, 13(2): 17—24.

    Li G. X., 1994. The formation and evolution of Cenozoic rifts Taiwan Strait. Tropic Oceanology, 13(2): 17—24. (in Chinese)
    [9] 戚筱俊, 1999. 台湾海峡地形、地质及地震概述. 西部探矿工程, 11(4): 4—6.
    [10] 单联瑜, 刘连升, 2007. 三维高阶快速步进波前重构旅行时计算精度分析. 石油地球物理勘探, 42(4): 413—417. doi: 10.3321/j.issn:1000-7210.2007.04.010

    Shan L. Y., Liu L. S., 2007. Analysis on computation precision of wavefront-reconstructing traveltime for 3-D high-order rapid stepping algorithm. Oil Geophysical Prospecting, 42(4): 413—417. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1000-7210.2007.04.010
    [11] 王本善, 1995. 台湾海峡地区地质构造特征. 南方油气地质, 2(1): 57—64.
    [12] 王建, 赵明辉, 贺恩远等, 2014. 初至波层析成像的反演参数选取: 以南海中央次海盆三维地震探测数据为例. 热带海洋学报, 33(5): 74—83. doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2014.05.010

    Wang J., Zhao M. H., He E. Y., et al., 2014. The selection of optimal inversion parameters for first-arrival seismic tomography: an application to 3D seismic data from the central sub-basin of the South China Sea. Journal of Tropical Oceanography, 33(5): 74-83. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2014.05.010
    [13] 王笋, 丘学林, 方伟华等, 2018. 台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策. 热带海洋学报, 37(2): 92—99.

    Wang S., Qiu X. L., Fang W. H., et al., 2018. Features of the onshore-offshore seismic data in Southwest Taiwan Strait and some countermeasures for data processing. Journal of Tropical Oceanography, 37(2): 92—99. (in Chinese)
    [14] 熊绍柏, 刘宏兵, 王有学等, 2002. 华南上地壳速度分布与基底、盖层构造研究. 地球物理学报, 45(6): 784—791. doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.2002.06.005

    Xiong S. B., Liu H. B., Wang Y. X., et al., 2002. A study on velocity distribution in upper crust and tectonics of basement and cover in South China. Chinese Journal of Geophysics, 45(6): 784—791. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.2002.06.005
    [15] 闫培, 张艺峰, 李普春等, 2015. 台湾海峡深地震探测: HX9测线试验及初步成果. 中国地震, 31(1): 27—35. doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2015.01.003

    Yan P., Zhang Y. F., Li P. C., et al., 2015. Deep seismic exploration in the Taiwan Strait: the experiment of HX9 survey line and preliminary results. Earthquake Research in China, 31(1): 27—35. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2015.01.003
    [16] 杨肖琪, 宋文隆, 陈承惠, 1996. 台湾海峡地质构造特征. 台湾海峡, 15(2): 127—136.

    Yang X. Q., Song W. L., Chen C. H., 1996. Characteristics of geological structure in Taiwan Strait. Journal of Oceanography in Taiwan Strait, 15(2): 127—136. (in Chinese)
    [17] 姚道平, 张艺峰, 闫培等, 2016. 台湾海峡大容量气枪震源海陆联测初探. 地震学报, 38(2): 167—178. doi: 10.11939/jass.2016.02.002

    Yao D. P., Zhang Y. F., Yan P., et al., 2016. A preliminary exploration into onshore-offshore seismic experiment by using large volume air-gun source in Taiwan Strait. Acta Seismologica Sinica, 38(2): 167—178. (in Chinese) doi: 10.11939/jass.2016.02.002
    [18] 俞何兴, 陈汝勤, 1996. 台湾海域之沉积盆地. 台北: 台湾编译馆.
    [19] 俞何兴, 2006. 台湾海域海底地形及其地质意义. 台北: 台湾大学.
    [20] 詹文欢, 孙宗勋, 唐诚等, 2004. 华南滨海断裂带及其对台湾海峡地震活动的控制作用. 热带海洋学报, 23(4): 19—24. doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2004.04.003

    Zhan W. H., Sun Z. X., Tang C., et al., 2004. Littoral active fault belt of south China and its control on seismic activity in Taiwan Strait. Journal of Tropical Oceanography, 23(4): 19—24. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2004.04.003
    [21] 张艺峰, 金星, 郭晓然等, 2017. 台湾海峡地区深部结构探测数据处理及初步结果. 见: 2017中国地球科学联合学术年会论文集. 北京: 中国地球物理学会.
    [22] Paige C. C., Saunders M. A., 1982. LSQR: An algorithm for sparse linear equations and sparse least squares. ACM Transactions on Mathematical Software, 8(1): 43—71. doi: 10.1145/355984.355989
    [23] Rawlinson N., Sambridge M., 2004a. Wave front evolution in strongly heterogeneous layered media using the fast marching method. Geophysical Journal International, 156(3): 631—647. doi: 10.1111/j.1365-246X.2004.02153.x
    [24] Rawlinson N., Sambridge M., 2004b. Multiple reflection and transmission phases in complex layered media using a multistage fast marching method. Geophysics, 69(5): 1338—1350. doi: 10.1190/1.1801950
    [25] Sethian J. A., 1996. Theory, algorithms, and applications of level set methods for propagating interfaces. Acta Numerica, 5: 309—395. doi: 10.1017/S0962492900002671
    [26] Sethian J. A., Popovici A. M., 1999. 3-D traveltime computation using the fast marching method. Geophysics, 64(2): 516—523. doi: 10.1190/1.1444558
    [27] Zelt C. A., Barton P. J., 1998. Three-dimensional seismic refraction tomography: a comparison of two methods applied to data from the Faeroe Basin. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 103(B4): 7187—7210. doi: 10.1029/97JB03536
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-07
  • 刊出日期:  2021-09-30

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