线缆式海底地震观测技术——以浯屿岛海底地震观测台为例

郝天珧, 郭永刚, 张艺峰, 游庆瑜, 谢志招, 刘善虎, 杨杰, 徐锡强, 周蓝捷, 郑韶鹏, 张妍, 王肃静, 黄松, 李红旮. 2019. 线缆式海底地震观测技术——以浯屿岛海底地震观测台为例. 地球物理学报, 62(11): 4323-4338, doi: 10.6038/cjg2019N0110
引用本文: 郝天珧, 郭永刚, 张艺峰, 游庆瑜, 谢志招, 刘善虎, 杨杰, 徐锡强, 周蓝捷, 郑韶鹏, 张妍, 王肃静, 黄松, 李红旮. 2019. 线缆式海底地震观测技术——以浯屿岛海底地震观测台为例. 地球物理学报, 62(11): 4323-4338, doi: 10.6038/cjg2019N0110
HAO TianYao, GUO YongGang, ZHANG YiFeng, YOU QingYu, XIE ZhiZhao, LIU ShanHu, YANG Jie, XU XiQiang, ZHOU LanJie, ZHENG ShaoPeng, ZHANG Yan, WANG SuJing, HUANG Song, LI HongGa. 2019. Cabled seafloor observation technology: a case study of the submarine seismic station in Wuyu Island. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 62(11): 4323-4338, doi: 10.6038/cjg2019N0110
Citation: HAO TianYao, GUO YongGang, ZHANG YiFeng, YOU QingYu, XIE ZhiZhao, LIU ShanHu, YANG Jie, XU XiQiang, ZHOU LanJie, ZHENG ShaoPeng, ZHANG Yan, WANG SuJing, HUANG Song, LI HongGa. 2019. Cabled seafloor observation technology: a case study of the submarine seismic station in Wuyu Island. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 62(11): 4323-4338, doi: 10.6038/cjg2019N0110

线缆式海底地震观测技术——以浯屿岛海底地震观测台为例

  • 基金项目:

    国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ12035704)和国家自然科学基金(U1505232,91858212)共同资助

详细信息
    作者简介:

    郝天珧, 1957年生, 中国科学院地质与地球物理研究所研究员, 主要从事海陆综合地球物理研究.E-mail:tyhao@mail.iggcas.ac.cn

    通讯作者: 郭永刚, 1976年生, 中国科学院声学研究所研究员, 主要从事海洋声学和海洋观测系统研究.E-mail:guoyg@mail.ioa.ac.cn
  • 中图分类号: P738

Cabled seafloor observation technology: a case study of the submarine seismic station in Wuyu Island

More Information
  • 地球科学研究的新型观测平台——线缆式海底地震观测台(网),是一种基于海底光电复合缆的光电传输技术,将传统的陆地地震观测台站向海区延伸、弥补海区地震观测台站的不足,实现实时、长期连续观测地球内部过程的新技术,目前已成为海洋科学的创新性研究平台,相关的技术方法也有了突飞猛进的进步.2018年,我国研发建设的"福建近海海底地震观测台",在前人探索研究的基础上,突破了线缆式海底地震观测台(网)关键技术,实现数据实时传输功能,具备进入地震行业网的能力.经过超过三个月的试运行检验,证实了系统的稳定性和可靠性.本文详细介绍了福建浯屿岛海底地震台(网)研发的关键技术与建设流程、关键技术环节相关规范和检测结果.地震采集数据结果表明,浯屿岛海底地震观测台实现了数据实时流服务,并可接入中国地震局JOPENS系统,数据实时传输正常,并自动存储实时波形数据;试运行期间以实际99%以上的高运行率,达到了国家测震台网管理规定的优秀标准.研发结果可为我国今后的海底地震观测台(网)建设提供重要参考指标与经验借鉴.

  • 加载中
  • 图 1 

    S-net观测网分布图

    Figure 1. 

    Distribution of S-net

    图 2 

    福建海底地震台观测系统拓扑图

    Figure 2. 

    Topological graph of observation system of Fujian submarine seismic station

    图 3 

    软件系统功能结构

    Figure 3. 

    The function and structure of software

    图 4 

    东山县岩仔村鲍鱼养殖场备选点登陆点岸边地貌

    Figure 4. 

    Landforms of Landing point at alternative station in Yanzai Abalone farm

    图 5 

    漳州浯屿岛场地噪声水平

    Figure 5. 

    Noise level at Wuyu Island station

    图 6 

    漳州浯屿岛备选点海域情况(A)与位置(B).(B)中蓝色三角为实验站位置,红色圆圈代表曾经发生过的不同震级的地震震中位置,同时给出了周边地区断裂分布情况,选址位置有利于后期对活动断裂的监测

    Figure 6. 

    (A) Sea area photo of Wuyu Island alternative station and the station location (B). Blue triangle shows the location of seismic station and red circles show the epicenters with different magnitudes that have occurred in fig.(B). The distribution of faults in this area is also shown. The site location is beneficial to the monitoring of active faults

    图 7 

    路由勘察范围示意图(图中蓝色区域)

    Figure 7. 

    Schematic diagram of routing survey(blue area in the diagram)

    图 8 

    海区路由路线(A),低潮实景(B)和浅地层探测剖面结果(C)

    Figure 8. 

    Routing way in marine area (A), Real scene photo when low tide (B) and Shallow stratum exploration profile (C)

    图 9 

    (A) 岸基房设备分布,(B)控制室内景,(C)海床基接驳示意图,(D)海床基投放入水

    Figure 9. 

    (A) Sketch diagram of instruments distribution inside onshore base house, (B) Photo of control room, (C) Sketch diagram of seabed base connection, (D) Seabed base deploying

    图 10 

    2018年9月28日印尼MS7.4地震事件记录

    Figure 10. 

    MS7.4 earthquake event records in Indonesia on September 28, 2018

    表 1 

    海底地震采集站参数

    Table 1. 

    Parameters of OBS

    技术指标 短周期海底地震采集站 强震型海底地震采集站 宽频带海底地震采集站
    频带宽度 1 Hz ~100 Hz DC~2000 Hz 60 s~100 Hz
    地震计灵敏度 200 V/m/s 1.2 V/g 1000 V/m/s
    地震计类型 速度型 加速度型 速度型
    最大输出 5 V(单端) ±3 g 5 V(单端)
    采集系统转换因子 2.048×106(Cnt/V) 0.8192×106(Cnt/V) 2.048×106(Cnt/V)
    采样率 50、100、200、500 sps 50、100、200、500 sps 50、100、200、500 sps
    工作温度 -20~+55 ℃ -20~+55 ℃ -20~+55 ℃
    存储容量
    数据格式 24 bit (可转为SAC,ZIGBEE) 24 bit (可转为SAC,ZIGBEE) 24 bit (可转为SAC,ZIGBEE)
    交互接口 标准LAN以太网接口,实时传输 标准LAN以太网接口,实时传输 标准LAN以太网接口,实时传输
    供电电压 12VDC 12VDC 12VDC
    外形尺寸 Φ400 mm Φ400 mm Φ400 mm
    重量 25 kg 25 kg 25 kg
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    表 2 

    海底地震观测台建设关键节点

    Table 2. 

    Development key node of submarine seismic station

    分项名称 工作内容 时间
    总体架构设计 观测系统构建与关键技术研发改进 2014年1月—2017年12月
    海底台站选址 野外实际勘察,近岸台基噪声观测,比选确定观测台址 2016年1月—2017年3月
    入网测试 泉州基准台,CZS协议入网测试网络连通率测试 2016年6月—2017年6月
    海底台及路由勘察 海底台及预定布缆范围的水深及海底地形地貌工作. 2017年9—10月
    近岸基站建设 土地租用,施工建设,设备到位 2018年1—4月
    基站设备安装调试 岸上避雷系统,网络系统安装,地震计安装与调试;入网测试,海底设备陆上系统联调联试 2018年4—5月
    海缆敷设设备布放 海底观测网系统海上施工、岸基系统联调联试 2018年8—9月
    系统试运行 运行维护、故障处置、系统测试完善 2018年10月—2019年2月
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    表 3 

    福建浯屿岛船厂选址条件评估

    Table 3. 

    Seismic station Condition evaluation at Wuyu Island shipyard

    评估条件 福建浯屿岛船厂
    交通(考虑陆上施工与后期维护) 渡船登岛(每天10班间隔1小时),到船厂有水泥小路可现行运输车通行
    供电与通信、设备保护 陆域基站建设可行,设备可有人看护
    岸基施工条件 施工方便,船厂有电动卷帘绞车
    岸边与海底地形底质(考虑海底电缆登陆连接与海床基海底耦合) 沙泥岸,独立礁石群没有延伸,海域为砂质底质,需要进行进一步海底底质调查
    海浪水流(考虑对海缆破坏程度) 位于岛屿西侧,面朝大陆,海浪及水流较小
    海底台防护(考虑过往船只、捕捞抛锚) 海上架设浮标警示,并通过村委告知渔民避让
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    表 4 

    观测站部分噪声水平测试记录

    Table 4. 

    Test records of some noise levels in the seismic station

    Time HHE HHN HHZ HHE HHN HHZ
    2017-01-06 12:57:04 -146.529 -146.824 -146.824 4.72×10-8 4.56×10-8 4.56×10-8
    2017-01-06 13:57:04 -146.353 -146.608 -146.608 4.81×10-8 4.67×10-8 4.67×10-8
    2017-01-06 14:57:04 -146.216 -146.451 -146.451 4.89×10-8 4.76×10-8 4.76×10-8
    2017-01-06 15:57:04 -146.373 -146.51 -146.51 4.80×10-8 4.73×10-8 4.73×10-8
    2017-01-06 16:57:04 -146.451 -147.078 -147.078 4.76×10-8 4.43×10-8 4.43×10-8
    2017-01-06 17:57:04 -147.706 -147.647 -147.647 4.12×10-8 4.15×10-8 4.15×10-8
    2017-01-06 18:57:04 -148.392. -149.196 -149.196 3.81×10-8 3.47×10-8 3.47×10-8
    2017-01-06 19:57:04 -147.922 -148.765 -148.765 4.02×10-8 3.65×10-8 3.65×10-8
    2017-01-06 20:57:04 -149.294 -149.765 -149.765 3.43×10-8 3.25×10-8 3.25×10-8
    2017-01-06 21:57:04 -149.529 -149.843 -149.843 3.34×10-8 3.22×10-8 3.22×10-8
    2017-01-06 22:57:04 -150.902 -151.275 -151.275 2.85×10-8 2.73×10-8 2.73×10-8
    2017-01-06 23:57:04 -150.706 -151.235 -151.235 2.92×10-8 2.74×10-8 2.74×10-8
    2017-01-07 0:57:04 -151.235 -151.706 -151.706 2.74×10-8 2.60×10-8 2.60×10-8
    2017-01-07 1:57:04 -151.549 -152.059 -152.059 2.65×10-8 2.49×10-8 2.49×10-8
    2017-01-07 2:57:04 -149.725 -150.529 -150.529 3.26×10-8 2.98×10-8 2.98×10-8
    2017-01-07 3:57:04 -150.882 -151.588 -151.588 2.86×10-8 2.63×10-8 2.63×10-8
    2017-01-07 4:57:04 -152.196 -152.804 -152.804 2.46×10-8 2.29×10-8 2.29×10-8
    2017-01-07 5:57:04 -153.235 -154.039 -154.039 2.18×10-8 1.99×10-8 1.99×10-8
    2017-01-07 6:57:04 -153.255 -154.098 -154.098 2.17×10-8 1.97×10-8 1.97×10-8
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    表 5 

    系统功能目标实现情况

    Table 5. 

    Realization of system functional objectives

    功能 目标 实现情况
    接驳盒电源控制 通过工控机实现对接驳盒电源开关控制 实现
    海底地震采集站电源控制 通过工控机实现对海底地震采集站电源开关单独控制 实现
    NTP授时 通过NTP服务器对5个OBS分别授时 实现
    本地RAW数据存储 在工控机本地存储5个OBS全通道RAW数据 实现
    远程访问 从厦门勘测中心远程访问并控制工控机 实现
    自动重连 故障恢复后工控机程序对OBS发起自动重新连接 实现
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    表 6 

    系统的总体运行率及延时情况

    Table 6. 

    Overall operating rate and delay of the system

    仪器代码 通道代码 运行率(%) 延时(ms)
    最小 平均 最大
    OBSO1 SHZ 98.8491 1117 1433 2249
    SHE 98.8490
    SHN 98.8491
    OBS02 ENZ 98.2178 1109 1486 2932
    ENE 98.2177
    ENN 98.2178
    OBS03 ENZ 98.8519 1118 1406 2820
    ENE 98.8518
    ENN 98.8519
    OBS04 BNZ 98.8351 1077 1441 2014
    BNE 98.8351
    BNN 98.8351
    OBS05 BNZ 98.8048 1126 1493 2623
    BNE 98.8047
    BNN 98.8048
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出版历程
收稿日期:  2019-03-22
修回日期:  2019-05-20
上线日期:  2019-11-05

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