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北大团队研发出新型AETA多分量地震监测系统


时间:2017-12-19 作者:寂寂
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AETA多分量地震监测系统有个形象的别称:“地耳”。这只地下的“耳朵”,能帮助人们探听来自地下的哪些音符与旋律?

理论上讲,“宏观前兆”和“微观前兆”都可以作为监测分量。但监测分量的选定和技术指标的制定,是基于对映震效果、系统成本、环境要求等多因素的综合考量。“AETA”团队最终选定了多频段电磁扰动和地声作为监测的两大分量,其他一些有研究意义的监测分量,比如地应力、氡气等惰性气体的观测,基于成本、布设等问题,暂时未作考虑。

隐伏于地下的“AETA”系统能充分适应严酷环境,灵敏度高

“AETA”由一组设计精密的半导体传感器——电磁传感探头、地声传感探头和数据处理终端、云平台数据存储分析系统组成。

电磁传感探头长48厘米、直径6厘米、呈长筒状,地声传感探头形似圆盘,两者均布设在震区山洞内或地表2米以下。数据处理终端放置在室内,数据通过网络发送到云平台进行数据存储和处理分析。隐伏于地下的“AETA”,恰似地球的“听诊器”。

电磁和地声传感器与前端信号处理,是“AETA”前端探头的核心。2015年,“AETA”原型机生产出来后的第一次现场实验,验证了AETA系统的灵敏度等系统可行性,但团队非常清晰地认识到,必须研制出高品质的工业级产品。王新安说,“如果不能很好地解决品质与量产问题,我们的科学实验就会纠缠于错乱的数据之中,无法进行下去”。

“AETA”团队与学术研发项目转化平台“深创谷”合作,用了半年时间反复改进、测试、再优化,大幅提升设备的可靠性、稳定性与一致性,确保“AETA”系统能充分适应地下和野外的严酷环境,高成本、低品质的原型机由此完成向低成本、高品质产品的升级;由于可靠性和一致性得到保障,产品很快实现了批量制造。

后端的数据分析也是研发重点,“AETA”团队主要通过数据处理算法,将实时采集的多种微观前兆信号转化成可视的图表与文字,监测人员可轻松实现“看图说话”。通过对地震前兆信号数据的采集与分析,辅助预测人员进行地震预测。

在位于龙门山断裂带北川—映秀断裂北段的四川广元—陕西宁强一带,北京大学深圳地震监测预测技术研究中心通过四川省地震局与当地防震减灾局合作,目前已在百公里范围内布设了8台“AETA”。

四川省广元市朝天区防震减灾局检测员林强起初并不看好“AETA”,但“AETA”在今年9月、10月青川的多次临震监测效果让他“眼前一亮”:“在地震发生前的十多天内,‘AETA’对电磁扰动的捕捉很灵敏。我们正在把‘AETA’与观测地壳形变的倾斜仪结合起来使用,测试映震效果、做好信息记录。”

林强认为,“AETA”在布设选址和多分量数据的积累与应用等方面,仍有待改进。“由于不同类岩石对入射电磁波具有不同反射、吸收性能,选址时应当远离高反射率、高吸收率的千糜岩,减小信号损耗;人类活动对分量数据采集也可能有影响,应当远离噪音源和马路。”他说,“每个片区还可以成立AETA地震预测分中心,用于数据交流和共享”。

从2015年开始小批量研制至今,“AETA”经历了从1.0版本向3.0版本的升级。“提升设备的灵敏度、可靠性与一致性,降低设备成本,降低设备对环境的要求是升级的主方向。”王新安介绍说。

大范围、高密度布设设备,有着更加不可替代的重要性。“震中区域与地震观测点之间的地质结构可以理解为一个‘滤波器’,会直接影响监测分量的强度、频率,这也是不同地点发生地震的异常征兆可能不同的主要原因,因此,开展多点合围观测至关重要。多点合围观测,就意味着大范围、高密度布设和大量的基础建设投入。”王新安说,“同时,因为地质环境差异,地震来临前,不同台站显示的信号会有或大或小的差别。因此在实际地震监测预报中,既要横向看周边台站,又要纵向看历史数据,长时间积累的历史数据具有很高参考价值。我们的研究步骤与阶段分为:均匀布设、独立分析;重点布设、融合分析;建立模型、提升分析。可见,要做好临震监测预报,必是久久为功,不可急于一时”。

关键词:AETA 地震监测 半导体 传感器    浏览量:629

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