引言

中国地震科学实验场（以下简称“实验场”）工程项目主要在川滇地区围绕地震孕育过程、发震机理、致灾机制等科学问题开展建设，旨在建设覆盖川滇菱形地块东边界和重点地区的“一带五区”多学科高时空分辨率地震科学观测网、地震预测与防震减灾应用分析平台、地震灾害链野外观测实验平台（中国地震局，2019）。2021年10月，实验场项目获得正式批复立项。在项目可行性研究阶段，为顺利推进可行性研究工作的开展，对野外观测站点进行意向台站的勘选工作。云南省共868个站点，其中包含480个地震监测台站、200个地壳形变与热测应力观测网、54个地球化学观测网、6个跨断层观测阵、128个城市与重大工程韧性观测系统。

地震监测台站是地震监测的基础设施，合理的台站勘选对地震观测数据质量、台站功能和稳定运行起决定性的作用（吴永权等，2007；何少林，2017；马洪虎等，2018）。监测台站勘选是一项综合性较强的工作，需多方面考虑，择优确定监测站点。地震监测台站勘选是建设高质量台站的基础，台站观测环境的优劣将直接决定地震监测数据的产出质量（王宝柱等，2014；安祥宇等，2016），而确保观测数据的质量和连续性是地震监测最基础的工作。本文通过对云南文山和曲靖地区24个宽频带地震监测意向台站的勘选工作，总结了意向台站勘选的具体工作方法，又以4个意向台址噪声水平测试分析验证了勘选方法的可行性，为今后地震观测台站勘选提供参考。

1.   实验场云南场区构造背景

实验场范围主要在川滇地区，位于21°N～32°N，97.5°E～105.5°E之间的国境内区域，总面积约78万平方千米。该区域位于欧亚板块与印度板块互相碰撞挤压强烈变形地区，涵盖川滇菱形地块、滇南地块、滇西地块、巴颜喀拉地块东段、华南地块、羌塘地块等，构造环境复杂，具有挤压、剪切、拉张等各类断裂系统，既有板间地震，也有板内地震（中国地震局，2019）。

实验场云南场区位于21.13°N～29.25°N，97.52°E～105.41°E，范围内活动断裂密布，有红河、则木河、小江、丽江-小金河、石屏-建水、曲江、南汀河、昭通-莲花山、程海、龙蟠-乔后、金沙江断裂，是中国大陆与周边板块动力传递的关键部位；而且区内有个旧、昆明、楚雄、大理、丽江、普洱、昭通等大、中城市，大、中型水电工程密布，是云南人口相对密集、经济较发达的地区，地震风险性高（图1）。

图 1  中国地震科学实验场云南场区构造背景图

Figure 1.  Tectonic background map of Yunnan earthquake science experimental field

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本文勘选的24个宽频带地震监测台站均位于华南地块，勘选范围包括曲靖市沾益区、陆良县、富源县、师宗县；文山州砚山县、丘北县、马关县。该范围位于小江断裂带东侧、红河断裂带东北侧，地震活动性较弱，仅分布有师宗、文山-麻栗坡、曲靖3条活动断裂（图1）。

2.   云南宽频带地震监测意向台站勘选要求

2.1   观测环境技术要求

实验场云南场区宽频带地震监测意向台站勘选按照III级地噪声台站开展，地震计安放位置与干扰源之间的最小距离参照GB/T 19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求 第1部分：测震》。

2.2   基本农田及生态红线要求

意向台站勘选以不占用2017年永久基本农田、2021年生态保护红线核心区、国家级自然保护区、国家一级公益林、省级一级公益林为前提。

2.3   其他技术要求

为确保所选意向台址符合地震监测网总体布局要求，所选台址可在给定经纬度范围内（2～3 km）调整，宽频带地震计可扩大到5 km范围。除此之外还需考虑建设成本、地质环境、交通、通信、供电、安全、运维成本、土地权属、经济社会发展规划等情况。具体如下：

（1）交通、建设成本、运维成本、安全：台址宜选在交通便利，离自然村落较近，有利于降低建设、运维成本的地方。评判标准为车可直接到达台站，一般距离自然村落≤2.5 km，便于运输施工材料、仪器设备，便于安装、后期维修维护以及附近村民看护。

（2）地质环境：台址宜选在地势起伏平缓的平原、山地、盆地、丘陵地带，不宜选在悬崖、陡坡、洼地、高山顶部、风口或河滩等易涝地区；优先选择有基岩（生根石）出露的地方，其次可选择风化硬土。

（3）通信：实验场项目地震监测数据采用无线传输的方式，拟选台址处需满足电信、移动、联通3个运营商中至少2个运营商4G信号良好。评判标准为手机使用数据流量能正常上网、无卡顿播放在线手机视频。

（4）供电：本次地震监测台站优先采取太阳能供电的方式。台址宜选在视野开阔地形平缓的向阳面（南—西南），且四周无高大树木、建筑物，便于太阳能供电系统采光、发电。评判标准为台址位置满足全年平均5 h/d以上的光照。

（5）土地权属：台址勘选结束前，需确定土地使用权是村集体所有还是村民个人所有，以便于协调土地、签订土地租用意向书。

（6）经济社会发展规划：地震监测台站一旦建成后，一般情况不便迁址重建，因此，台址勘选前应提前了解各个地区的发展规划，避免在规划区选址（隗永刚等，2017）。

3.   意向台站勘选—以CD151台站为例

通过24个宽频带地震监测意向台站的勘选工作，将意向台站勘选分为5个阶段：室内资料收集、台址图勘、野外踏勘确定意向台址、场地协商及租地意向书签订、室内勘选资料整理。意向台站勘选的核心工作是台址图勘和野外踏勘确定意向台址，台址图勘找寻目标“靶区”，越精细越有利于提高野外踏勘确定意向台址的工作效率。本文以5 km范围内干扰源较多、基本农田、生态红线分布广，较难勘选的CD151台站为例，详细论述5个阶段的工作方法。

3.1   室内资料收集

室内资料收集是开展野外踏勘的基础，资料收集齐全可对野外踏勘起到事半功倍的作用。按照勘选要求，为确保台址图勘所选择的目标“靶区”更具可行性，由地方地震部门与相关部门提前对接，了解给定CD151点位5 km范围内基本农田、生态红线、公益林、自然保护区、发展规划等基本情况并收集相关图件。

3.2   CD151台址图勘

使用PC端Bigmap Gis Office地图软件在给定点位5 km范围内按照野外踏勘技术要求对台址进行图勘，预先选出3～4个可能选址建站的目标“靶区”，以便有针对性地开展野外踏勘工作（张洪艳等，2020），提高台站选址工作效率。台址图勘可分为可见干扰源、可选区范围、目标“靶区”绘制3个方面。

（1）可见干扰源标绘。给定CD151点位于曲靖市陆良县召夸镇鱼体以北。以给定点为圆心绘制半径为3 km、5 km的可选范围，在地图上标绘范围附近的可见干扰源（图2），可以发现区内有县级以上（含县级）公路（汕昆高速、召沪高速、248国道兰马线）、Ⅲ级（含Ⅲ级）以上铁路（南昆线）和采石场（1、2、3、4、5、6号采石场）3类干扰源。

图 2  CD151台站可见干扰源

Figure 2.  Visible interference sources surrounding station CD151

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（2）可选区范围绘制。陆良县大部分地区基岩出露完好，台址图勘以地震计安放于基岩来确定与干扰源的最小距离。按照观测环境技术要求，地震计安放位置与县级以上（含县级）公路的最小距离为1360 m，与Ⅲ级（含Ⅲ级）以上铁路的最小距离为2000 m，与采石场的最小距离为2400 m。在公路、铁路两侧分别绘制宽度为1360 m、2000 m的平行线，勾绘5 km范围内公路、铁路干扰范围图。以采石场中心为圆心绘制半径为2400 m的圆，勾绘5 km范围内采石场干扰范围。将以上3个类型的干扰范围叠加，排除叠加后的干扰范围，剩余部分即为具备良好观测环境的可选范围（图3）。由图3可看出，该台站受公路、铁路、采石场干扰较为严重，可选范围较局限。5 km范围内约有3/5的区域为公路干扰范围（图3（a））、2/5的区域为铁路干扰范围（图3（b））、1/3的区域为采石场干扰范围（图3（c）），仅剩下召夸东南、大萨卜龙以北、五峰山、彩色沙林景区等不到1/4的区域具备良好观测环境，可考虑选址建站（图3（d））。

图 3  可选区范围绘制

Figure 3.  Optional area range for candidate site

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（3）目标“靶区”绘制。将室内收集的基本农田、生态红线、林地资料投影至可选区（图4），排除生态红线、基本农田区域后，仅在大萨卜龙以北、五峰山东南、彩色沙林景区西北寥寥无几的区域可选址建站，在以上3个区域绘制“靶区1”“靶区2”“靶区3”（图4）。

图 4  目标“靶区”

Figure 4.  Target area

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3.3   野外踏勘确定意向台址

根据台址图勘确定的目标“靶区”开展野外踏勘，由于“靶区1”距离村寨较近，故先到“靶区1”开展野外踏勘工作。以大萨卜龙村西乡道为踏勘路线，沿路两侧找寻适合选址的位置（图5（a））。经过踏勘发现村口西南约70 m的位置交通便利、视野开阔、光照充足、移动和电信4 G信号稳定可靠、地形平缓、灰岩出露地表（图5（b）），距离原给定点位3600 m，土地使用权为集体所有，为较理想拟建台址。“靶区2”距离大萨卜龙村较远，可能存在通信条件差的情况；“靶区3”位于彩色沙林景区，可能存在后期规划建设等问题。为节省时间，提高工作效率，经综合考虑，在目标“靶区1”找到满足踏勘技术要求的点位，不再对目标“靶区2”“靶区3”开展踏勘工作。

图 5  台址确定及现场实景

Figure 5.  Site determination and on-site real image

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3.4   场地协商及租地意向书签订

本次云南实验场建设工程项目监测台站建设用地以租用的方式开展。经过野外踏勘确定意向台址后，与土地权属所有人进行现场场地协商。若土地使用权归个人所有，则同户主进行协商，若土地使用权归村集体所有，则同村小组或社区村委会协商，同时向土地所有者沟通解释地震监测的重要性及意义、意向台址的具体位置、使用面积、使用方式、土地租用等情况（隗永刚等，2017），在取得土地使用权人同意的前提下，与户主个人或村集体签订《中国地震科学实验场建设工程项目土地租用意向书》。

3.5   室内勘选资料整理

室内勘选资料整理是对地震监测意向台站勘选的工作总结，包括以下3个方面：

（1）汇总意向台站信息。详细记录地理位置（台址经度、纬度、高程）、联系人、交通条件、通讯方式、供电条件、土地权属、用地方式、场地岩性等基本情况。

（2）归档确定点位实地影像资料。包括场地远景、近景、踏勘过程、意向书签订等影像资料。

（3）撰写勘选工作日志。包括选址过程、实地踏勘点位情况、拟建台站综合评价等。

4.   文山和曲靖地区意向台站勘选情况

对云南文山州和曲靖市的24个宽频带地震监测意向台站进行勘选，其中文山地区砚山县3个、马关县1个、丘北县7个、文山市2个，共13个；曲靖地区陆良县5个、师宗县1个、沾益区4个、富源县1个，共11个（图6）。24个台站均按照CD151台站的勘选方法开展，勘选出的实际点位与给定点位之间存在一定距离，间距均在5 km以内（表1）。运用此勘选方法使野外勘选更具目标性，极大地提高了勘选效率。

图 6  曲靖市、文山州宽频带地震监测台站点位分布图

Figure 6.  Distribution of broadband seismic stations in Qujing and Wenshan

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表 1  给定点位与勘选意向点位间距

Table 1.  The distance between the given point and the selected intention point

序号	台站名称	距离/m	序号	台站名称	距离/m	序号	台站名称	距离/m
1	CD447	100	9	CD150	1050	17	CD228	3270
2	CD230	4300	10	CD151	3600	18	BB033	2300
3	BB004	3000	11	CD164	3370	19	CD175	2900
4	BB012	1050	12	CD226	3800	20	CD176	160
5	CD145	2970	13	CD450	3900	21	CD178	4400
6	CD446	2270	14	CD451	1400	22	CD229	2750
7	BB021	3560	15	CD183	1450	23	CD448	160
8	CD146	3080	16	CD227	1870	24	CD449	3200

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5.   意向台站噪声水平测试分析

为验证本文勘选方法选出的意向台站是否符合Ⅲ级环境地噪声水平，在马关、砚山、陆良选择CD151、CD227、CD151、CD146意向台站进行环境地噪声水平测试。4个台站的测试均采用同一套宽频带地震计（GL-PCS60）进行，测试数据用于初步评估环境地噪声水平。

噪声波形图可直观反映环境地噪声情况，选择测试期间任意一天00:00:00-00:10:00的数据，在等比例尺下绘制4个意向台站的噪声波形图（图7）。由图可知，4个台站噪声波形各测道同时段频率、振幅均较接近，说明4个台站环境噪声水平相当，无明显干扰。

图 7  意向台站噪声波形

Figure 7.  Noise waveform at intention station

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在测试期间，CD451、CD227、CD151台站记录到了天然地震，CD146未记录到天然地震。分别选取CD451、CD227、CD151台站记录到的1个具有代表性的天然地震绘制地震波形记录图（图8），可以看出地震波形震相清晰易识别，说明台站台基水平较高。

图 8  天然地震波形

Figure 8.  Natural seismic waveform

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每个意向台站均选取24小时（当日20:00:00至次日20:00:00）的测试数据进行背景噪声计算。计算前以1小时的数据为单位，采用人机交互的方式查找NS、EW、UD 3个分量的地震及偶发性干扰事件，使用Matlab将其剔除，按照DB/T 60—2015《地震台站建设规范 地震烈度速报与预警台站》要求，剔除后要保证每小时内的有效记录时间大于40 min。将处理后的数据按小时分别计算速度噪声功率谱密度（PSD），并绘制意向台站3个分量的台基噪声平均PSD曲线（图9）；以小时为单位计算3个分量1～20 Hz频带内各带宽速度噪声有效值（RSM）的平均值，以及整个观测期内的总平均值（表2），并绘制各个小时段有效值RMS时间分布柱状图（图10）（中国地震背景场探测项目总工程师办公室，2009）。

图 9  意向台站台基噪声平均PSD曲线

Figure 9.  Average PSD curve of platform-based noise of intention station

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表 2  台站1~20 Hz台基噪声RMS测试总平均值

Table 2.  RMS test mean value of 1~20 Hz station-based noise

序号	台站名称	实测24小时RMS总平均值/(m·s−1)				噪声水平级别
		UD	EW	NS		UD	EW	NS
1	马关CD451	1.60×10−8	2.40×10−8	2.09×10−8		Ⅰ级	Ⅰ级	Ⅰ级
2	砚山CD227	1.18×10−8	1.66×10−8	1.38×10−8		Ⅰ级	Ⅰ级	Ⅰ级
3	陆良CD151	2.08×10−8	1.65×10−8	1.88×10−8		Ⅰ级	Ⅰ级	Ⅰ级
4	陆良CD146	2.14×10−8	3.00×10−8	2.69×10−8		Ⅰ级	Ⅰ级	Ⅰ级

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图 10  1～20 Hz台基噪声RMS小时均值柱状图

Figure 10.  RMS hourly mean histogram of 1～20 Hz station-based noise

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由图9可知，4个意向台站3个分量的噪声水平均在高噪声模型（NHNM）和低噪声模型（NLNM）之间，属于正常噪声水平。在1～20 Hz频段内，分别有以下特点：

（1）马关CD145台站。UD分量平均功率谱密度值在−132 dB～−150 dB之间；EW、NS分量平均功率谱密度值在−127 dB～−150 dB之间。3个分量平均功率谱密度值高出NLNM约17 dB～45 dB（未超过60 dB），属于低噪声台。

（2）砚山CD227台站。UD分量平均功率谱密度值在−135 dB～−152 dB之间；EW分量平均功率谱密度值在−131 dB～−152 dB之间，NS分量平均功率谱密度值在−134 dB～−151 dB之间。3个分量平均功率谱密度值高出NLNM约15 dB～40 dB（未超过60 dB），属于低噪声台。

（3）陆良CD151台站。UD分量平均功率谱密度值在−122 dB～−152 dB之间；EW分量平均功率谱密度值在−129 dB～−149 dB之间；NS分量平均功率谱密度值在−132 dB～−149 dB之间。3个分量平均功率谱密度值高出NLNM约18 dB～37 dB（未超过60 dB），属于低噪声台。

（4）陆良CD146台站。UD分量平均功率谱密度值在−122 dB～−152 dB之间，EW分量平均功率谱密度值在−120 dB～−150 dB之间，NS分量平均功率谱密度值在−120 dB～−151 dB之间。3个分量平均功率谱密度值高出NLNM约15 dB～48 dB（未超过60 dB），属于低噪声台。

由图10可知，4个台站3个分量的RMS小时均值呈现白天高夜间低,且各个台站变化略有不同。这是由于白天人类活动较夜间密集，各个台站周边人类活动时段不相同，活动密集时段噪声高、活动少时段噪声低。4个台站3个分量的RMS小时均值除白天极个别人类活动密集时段外其余时段无明显较大峰值，说明测点附近无明显干扰源。

由表2、图10可知，陆良CD151实测RMS总平均值、台基噪声RMS小时均值除个别时段外均表现为垂直向大于水平向，与其余3个台站不同。测试期间未发现干扰源，天然地震记录震相记录清晰易识别（图8），可能为环境干扰，具体原因有待进一步研究。根据GB/T 19531.1—2004《测震台站观测环境技术要求》，4个台站3个分量均符合Ⅰ类台基背景噪声水平，满足按照III级地噪声台站勘选的观测环境技术要求。

6.   结语

地震监测台站勘选是一项技术要求高、涉及内容多的综合性工作，需要综合考虑经济、社会、环境等要素选择合适的地震监测台址。本文总结了意向台站勘选工作，将其分为室内资料收集、台址图勘、野外踏勘确定意向台址、场地协商及租地意向书签订、室内勘选资料整理5个阶段。其中台址图勘找寻目标“靶区”是野外选址最基础且最关键的一步，对提高工作效率起到至关重要的作用。以CD151意向台站勘选为例，阐述了5个阶段的工作方法，并以4个意向台站的噪声水平测试分析验证了意向台站勘选方法的可行性，结果表明此勘选方法既提高了意向台站勘选工作的效率，又选出了符合观测环境技术要求的台站，对今后地震台站勘选具有借鉴意义。

致谢 本文台站勘选工作得到了文山州地震局、曲靖市地震局的大力支持，噪声水平分析采用北京港震公司童汪练老师编写的地动噪声功率谱密度测定软件进行，在此表示一致感谢。