地震觀測根底知識CDSN地震觀測開展情況19601970198019902000我國地震觀測以模擬觀測為主：400多有人值守臺站200個(gè)區(qū)域遙測子臺我國數(shù)字地震觀測迅速開展：1000個(gè)數(shù)據(jù)傳輸臺站200套應(yīng)急流動(dòng)觀測設(shè)備600套科學(xué)觀測臺陣數(shù)字地震觀測起步數(shù)字觀測快速開展模擬觀測臺網(wǎng)區(qū)域電信傳輸?shù)卣鹋_網(wǎng)觀測分析處理系統(tǒng)(768工程)1975年啟動(dòng)六大區(qū)域電信傳輸?shù)卣鹋_網(wǎng)建立國家地震局于1976年8月發(fā)出[76]震發(fā)臺字第043號文關(guān)于組織電信傳輸?shù)卣鹋_網(wǎng)專用儀器設(shè)備試制攻關(guān)小組的通知，決定地震部門派出44名技術(shù)人員參加儀器設(shè)備試制攻關(guān)小組。在該文中正式明確：為簡化名稱，今后電信傳輸?shù)卣鹋_網(wǎng)專用儀器設(shè)備的試制消費(fèi)任務(wù)簡稱為768工程。768工程的主要功能

能為中長期、短期，特別是臨震預(yù)報(bào)快速提供連續(xù)可靠的地震前兆和測震觀測數(shù)據(jù)，并能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)展快速自動(dòng)處理，提供給分析預(yù)報(bào)人員，為及時(shí)地作出地震預(yù)報(bào)意見提供根據(jù)。國內(nèi)外一旦發(fā)生破壞破壞性地震后，在震波掠過整個(gè)臺網(wǎng)的觀測點(diǎn)后非常鐘能快速地、較準(zhǔn)確地初步定出所發(fā)生地震的根本參數(shù)，并提供完好的地震記錄。給地震預(yù)報(bào)的研究工作提供有關(guān)的根本數(shù)據(jù)和資料。768工程的七大分系統(tǒng)

地震前兆觀測分系統(tǒng)地震觀測分系統(tǒng)三分向短周期、中長周期、長周期、中強(qiáng)震無線傳輸?shù)卣鹩^測分系統(tǒng)數(shù)字化地震觀測分系統(tǒng)具有前放、濾波、瞬時(shí)浮點(diǎn)增益控制的多路數(shù)字化地震遙測設(shè)備電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)快速初定地震基木參數(shù)、常規(guī)處理、遙控和標(biāo)定遙控和標(biāo)定系統(tǒng)供電系統(tǒng)太陽電池供電裝置、大容量空氣電池768工程研制的專用設(shè)備PTY-8地震遙測設(shè)備延時(shí)慢速模擬磁帶機(jī)SZ3磁帶回放定位裝置768型單路無線遙測設(shè)備三分向短周期地震計(jì)（井下）地震數(shù)據(jù)予處理設(shè)備（開關(guān)量輸入）768型自動(dòng)換紙墨水記錄器脈沖調(diào)幅調(diào)頻地震遙測設(shè)備地震井下信號電纜768型晶體數(shù)字鐘站地震前兆遙測設(shè)備768地震觸發(fā)器768型編碼遙控及標(biāo)定器數(shù)傳機(jī)768數(shù)字化地傾斜儀三分向短周期地震計(jì)（地面）多路模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器768數(shù)字化水氡儀數(shù)字化地電儀三分向中長周期地震計(jì)768數(shù)字化地應(yīng)力儀數(shù)控X-Y繪圖儀三分向中強(qiáng)震地震計(jì)多路數(shù)字化地震遙測設(shè)備數(shù)字化核子旋進(jìn)磁力儀數(shù)字化氣溫、氣壓、濕度測量儀無線數(shù)字傳輸設(shè)備768技術(shù)系統(tǒng)采用了國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，自行設(shè)計(jì)和研制了多種專用設(shè)備和專用軟件。在國內(nèi)外地震觀測系統(tǒng)中居先進(jìn)地位，技術(shù)上有獨(dú)到之處。768技術(shù)系統(tǒng)是根據(jù)我國大震速報(bào)和地震預(yù)報(bào)工作的需要研制的，具有多種觀測內(nèi)容，系統(tǒng)功能也比較完善。觀測內(nèi)容既有測震、又有前兆。測震的短、中、長周期和各種放大倍數(shù)配套齊全。768技術(shù)系統(tǒng)在我國有可靠的技術(shù)根底。768工程研制的設(shè)備不僅主導(dǎo)了我國此后近二十年的模擬遙測地震臺網(wǎng)設(shè)計(jì)、建立與運(yùn)行，它創(chuàng)立的總體聯(lián)調(diào)與考核運(yùn)行形式一直影響到我國的數(shù)字地震臺網(wǎng)工程的施行。768工程是我國模擬地震觀測的頂峰

全國地震數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)〔837工程〕全國大震速報(bào)系統(tǒng)全國范圍超大孔徑數(shù)字化地震臺網(wǎng)京津唐張地震數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)釆用了768工程的成熟技術(shù)主要承擔(dān)京津唐張地區(qū)的地震速報(bào)、預(yù)報(bào)和震情監(jiān)視全國地震數(shù)據(jù)庫數(shù)字地震觀測“八五〞期間：數(shù)字地震觀測技術(shù)系統(tǒng)科技攻關(guān)研究“九五〞期間：中國數(shù)字地震觀測系統(tǒng)建立國家數(shù)字地震臺網(wǎng)〔48個(gè)臺站〕20個(gè)區(qū)域數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)〔267個(gè)臺站〕100套流動(dòng)數(shù)字地震儀首都圈數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)〔107個(gè)臺站〕“十五〞期間：中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)地震觀測的目的和任務(wù)為大震速報(bào)和快速響應(yīng)提供實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)和根據(jù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測震情，為地震預(yù)報(bào)提供根本信息監(jiān)測地下核試驗(yàn)為地震學(xué)根底研究提供根底數(shù)據(jù)全球每年發(fā)生地震的數(shù)量自由振蕩地震面波地核地幔非均勻性各向異性全球地震活動(dòng)性地方地震活動(dòng)性近地震波勘探體波現(xiàn)代地震學(xué)的頻率范圍，以及有關(guān)研究對象的帶寬和動(dòng)態(tài)范圍。影響地震觀測的環(huán)境因素

臺站背景噪聲地震觀測臺站的背景噪聲限制了臺站地震觀測才能的進(jìn)步風(fēng)、寒潮、海浪、交通運(yùn)輸、人和動(dòng)物的活動(dòng)等地球背景噪聲譜美國USGS的及其研究小組觀測和研究了全球正常地球背景噪聲，確定地球高噪聲新模型NHNM和地球低噪聲新模型NLNM1993海拉爾地震臺(CDSN)臺基噪聲譜〔1993〕白家疃地震臺(CDSN)臺基噪聲譜〔1993〕烏魯木齊地震臺(CDSN)臺基噪聲譜〔1993〕地球噪聲模型NLNM1993NHNM1993德國Gorleben附近在地表〔上〕和井下300米處〔下〕的噪聲記錄所得的速度功率譜密度環(huán)境背景噪聲〔包括海洋噪聲〕主要表現(xiàn)為面波，其幅度隨深度呈現(xiàn)指數(shù)衰減的特點(diǎn)。在地表以及井下不同深度的地震計(jì)陣列所得到的短周期地震噪聲記錄〔左〕和信號記錄〔右〕地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求GB/T19531-2004臺基噪聲程度分級觀測點(diǎn)與干擾源之間的間隔臺基噪聲測試與計(jì)算干擾源最小距離km最小距離比例系數(shù)Ⅱ級環(huán)境地噪聲臺站其他級別環(huán)境地噪聲臺站硬土和砂礫土基巖ⅠⅢⅣⅤⅢ級（含Ⅲ級）以上鐵路2.002.502.000.800.600.40縣級以上（含縣級）公路1.301.702.000.800.600.40飛機(jī)場3.005.002.000.800.600.40大型水庫、湖泊10.0015.003.000.100.040.02海浪20.0020.008.000.200.100.05采石場、礦山2.503.002.000.800.600.40重型機(jī)械廠、巖石破碎機(jī)、火力發(fā)電廠、水泥廠2.503.002.000.800.600.40一般工廠、較大村落、旅游景點(diǎn)0.400.402.000.800.600.40大河流、江、瀑布2.503.004.000.600.400.20大型輸油輸氣管道10.0010.002.000.600.400.2014層（含）以上高大建筑物0.200.202.000.500.300.106層（含）以下建筑物高大樹木0.030.042.000.800.600.40高圍欄、低樹木、高灌木0.020.032.000.800.600.40注1：N級臺站與干擾源之間最小距離=Ⅱ級臺站與干擾源之間最小距離×N級臺站最小距離比例系數(shù)；注2：大型水庫、湖泊：指庫容量≥1010m3的水庫、湖泊；注3：重型機(jī)械廠：指有大型機(jī)械、往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的工廠；注4：一般工廠：不產(chǎn)生明顯振動(dòng)感的工廠；注5：地震臺站與7～13層建筑物的最小距離根據(jù)地震臺站與6層和14層的最小距離按層數(shù)內(nèi)插。寬頻帶或甚寬頻帶觀測臺站設(shè)計(jì)示意圖

主體建立在地下，并采用了雙層保溫措施，具有風(fēng)干擾小、溫度變化小的特點(diǎn)型號頻

帶生產(chǎn)廠家備注FSS-31Hz～40Hz北京港震機(jī)電技術(shù)有限公司短周期地震計(jì)FBS-30.05Hz～40Hz寬頻帶地震計(jì)BBVS-600.017Hz～40Hz寬頻帶地震計(jì)DS-4A1Hz～50Hz北京市地震局短周期地震計(jì)CTS-10.0083Hz～50Hz中國地震局地震研究所甚寬頻帶地震計(jì)JCZ-10.0028Hz～50Hz超寬帶地震計(jì)STS-20.0083Hz～50Hz甚寬頻帶地震計(jì)CMG-1T0.01Hz～50Hz英國GüRALP公司可選規(guī)格：0.0027Hz～10Hz或其它CMG-3T0.01Hz～50Hz可選規(guī)格：0.0027Hz～50Hz或0.0083Hz～50Hz或0.0333Hz～50HzCMG-3ESP0.01Hz～50Hz可選規(guī)格：0.0083Hz～50Hz或0.0333Hz～50HzCMG-40T0.033Hz～50Hz可選規(guī)格：0.0083Hz～50Hz或0.0188Hz～50Hz或0.05Hz～50HzS-13J1Hz～100Hz美國Geotech公司機(jī)械擺，短周期地震計(jì)KS-20000.01Hz～50Hz寬頻帶地震計(jì)KS-540000.003Hz～16Hz加速度輸出觀測頻帶對記錄信號的影響與速度成正比的寬帶數(shù)字記錄波形，為MOX臺站記錄的內(nèi)華達(dá)核試驗(yàn)場的一次地下核試驗(yàn)。正的初動(dòng)位移在記錄BB中明晰可見，盡管信噪比很低。地震數(shù)據(jù)的采集相對于模擬地震觀測來說，數(shù)字地震觀測的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)采集，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的設(shè)備就是地震數(shù)據(jù)采集器。數(shù)字地震觀測臺站設(shè)備配置數(shù)據(jù)采集器EDAS-24IP功能框圖DACADC命令轉(zhuǎn)發(fā)EDAS-24IP信號處理流程圖模擬信號采樣示意圖

頻域時(shí)域頻率混疊示意圖ADC逐次比較式模數(shù)轉(zhuǎn)換器Delta-SigmaADC1bit碼頻譜與數(shù)字濾波器頻率特性差分非線性積分非線性零位漂移增益誤差A(yù)DC非量化誤差地震觀測系統(tǒng)的時(shí)間特性

地震數(shù)據(jù)采集需要計(jì)時(shí)時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)，保證在采集數(shù)據(jù)中有時(shí)間標(biāo)識一般采用協(xié)調(diào)世界時(shí)〔UTC〕現(xiàn)代的地震數(shù)據(jù)采集器都配置了內(nèi)部的計(jì)時(shí)時(shí)鐘，以及標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號輸入接口或內(nèi)置GPS接收機(jī)GPS接收機(jī)或外置的其他標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間設(shè)備用來提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號，以便隨時(shí)修訂數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部的計(jì)時(shí)誤差地震觀測系統(tǒng)模擬地震觀測系統(tǒng)人工值守地震臺電信傳輸遙測地震臺網(wǎng)數(shù)字地震觀測系統(tǒng)數(shù)字地震觀測臺站數(shù)字地震觀測臺網(wǎng)人工值守地震臺設(shè)備配置示意圖模擬遙測地震臺設(shè)備配置示意圖電信傳輸遙測臺網(wǎng)中心設(shè)備配置示意圖電信傳輸遙測臺網(wǎng)中心自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖數(shù)字地震觀測臺網(wǎng)示意圖數(shù)字地震觀測臺站示意圖國家地震臺網(wǎng)臺站設(shè)備配置示意圖線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和傳遞函數(shù)線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的概念傅立葉變換與拉普拉斯變換線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)傳遞函數(shù)離散時(shí)間系統(tǒng)Z變換線性、時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)的傳遞函數(shù)線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的概念

動(dòng)態(tài)系統(tǒng)即時(shí)系統(tǒng)，無記憶系統(tǒng)線性系統(tǒng)疊加性放大性時(shí)不變特性時(shí)不變線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的特征微分特性因果性傅立葉變換假如f(t)在區(qū)間〔0，∞〕上滿足狄利克里條件〔即f(t)存在有限個(gè)連續(xù)點(diǎn)和極限值〕，并且積分收斂〔或稱f(t)絕對可積〕，則為f(t)的傅立葉變換。并有式中ω為角頻率，傅立葉變換建立了時(shí)域和頻域的對應(yīng)關(guān)系。在連續(xù)點(diǎn)在連續(xù)點(diǎn)拉普拉斯變換正變換逆變換線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)傳遞函數(shù)對于一個(gè)穩(wěn)定的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)可以用一個(gè)有理分式形式的函數(shù)來表達(dá)：傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式的根稱為它的零點(diǎn)，分母多項(xiàng)式的根稱為它的極點(diǎn)。傳遞函數(shù)零點(diǎn)、極點(diǎn)的分布表征了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征。一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的非實(shí)極點(diǎn)和非實(shí)零點(diǎn)可能成對出現(xiàn)，互為共軛復(fù)數(shù)，極點(diǎn)位于s平面的左半平面。歸一化的擺的二階傳遞函數(shù)例如歸一化的擺的二階傳遞函數(shù)例如離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間離散信號：模擬信號經(jīng)過采樣后的序列離散時(shí)間系統(tǒng)：將輸入序列變換成輸出序列的一種運(yùn)算時(shí)不變系統(tǒng)：系統(tǒng)的變換關(guān)系不隨時(shí)間變化線性性質(zhì)：滿足疊加原理因果性：系統(tǒng)n時(shí)刻的輸出僅取決于n時(shí)刻和n時(shí)刻以前的輸入Z變換序列x(n)的z變換定義為收斂的充分必要條件為線性、時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)的傳遞函數(shù)用常系數(shù)線性差分方程來表示系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系：

當(dāng)系統(tǒng)初始狀態(tài)為零時(shí)，取z變換：系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)表達(dá)：離散時(shí)間線性時(shí)不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)完全由它的零點(diǎn)、極點(diǎn)及常數(shù)A來決定。對于一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)，其極點(diǎn)應(yīng)全部位于z平面單位圓內(nèi)部。傳遞函數(shù)例如FIR數(shù)字濾波器：上圖為線性相位系統(tǒng)；以下圖為最小相位系統(tǒng)。FIR數(shù)字濾波器例如傳遞函數(shù)例如〔機(jī)械擺傳遞函數(shù)的z域表達(dá)〕沖激響應(yīng)不變法擺的自振頻率：20Hz擺的阻尼：采樣率：20000fr幅頻特性dBHzHzdB傳遞函數(shù)的表達(dá)方式與頻率特性計(jì)算線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的表達(dá)方式根據(jù)線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)傳遞函數(shù)計(jì)算頻率特性線性時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)傳遞函數(shù)的表達(dá)方式根據(jù)線性時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)的傳遞函數(shù)計(jì)算頻率特性線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的表達(dá)方式例如：JCZ-1型超寬頻帶地震計(jì)BB通道的傳遞函數(shù)式中，K=1000Vs/m，m=2.4206×1020，K，K，K，K22=142122，K，K，K，K32=K42=K52=119422。常數(shù)項(xiàng)零點(diǎn)極點(diǎn)2.4206×10230-0.012342