一、美國地質調查局的組織機構及隊伍狀況
美國地質調查局(USGS)隸屬美國內政部,是美國內政部八個局中唯一的科學信息與研究機構。
USGS始建於1879年3月,下設有有生物處、地理處、地質處和水資源處4個業務處和預算辦公室、聯絡辦公室、地理信息辦公室、行政政策與服務辦公室和人力資源辦公室5個行政管理部門。除總部外,USGS還在維吉尼亞州萊斯頓、科羅拉多州丹佛和加利福尼亞州門洛帕克設立東、中、西部三個區域中心,在各州和部分國家設立了近400個辦事處。
USGS建局之初只有38人,目前擁有各學科領域專家、工程技術人員、行政管理人員和後勤服務人員共計8788人(2008年統計結果)。
二、美國地質調查局的職責和任務
1879年USGS始建之初,主要是從事西部找水工作。隨後,工作領域逐步拓寬。作為美國內政部唯一的自然科學機構,USGS的職責主要是:主要集中於生物、地理、地質、空間大地測量信息和水資源方面的研究。其職責是為國家提供有關地球方面的可靠的、科學的信息;盡最大努力減小自然災害引起的生命和財產損失;有效開發水資源、生物能源和礦物資源;提高和保護生活的質量。具體表現為:
1、對地球進行大規模的、多學科的調查,建立地球資料庫;
2、對自然災害可能發生的地區以及對公民可能造成的危害和風險進行科學評估;對自然災害進行長期監測,以便及時探測和報告自然災害;協助聯邦、州和地方政府應對大災的緊急情況;提供科學信息,將自然災害對人類生命和財產造成的損失減少到最低;
3、對自然資源的數量、質量和可利用性進行科學評估;
4、建立長期環境資料庫和監測、分析、預測模型 ,加強了解自然界物質、化學和生物的演變以及由於人類活動造成的影響,努力提供科學信息,減少不利的影響,維持國家環境的健康。
在地震監測方面,USGS的具體任務是:
1、負責災害性事件的預測和實時監測;
2、負責美國本土及全球範圍內地震臺站的安裝、運行及維護;
3、臺站數據匯集到國家地震信息中心(National Earthquake Information Center (NEIC)),信息中心負責全球地震監測、定位和地震特性的研究;
4、提供網上快速地震信息服務產品,包括地震速報(Earthquake Notification Service (ENS))、震動圖(ShakeMaps)、地震影響場評估;
5、為美國國家海洋和大氣局和國家海嘯預警中心、全面禁止核試驗條約組織和美國空軍技術應用中心提供數據服務;
6、負責核試驗監測。
在長期工作過程中,USGS 不僅與內政部各局之間,與聯邦政府農業部、商業部、國防部、國家科學基金會、環境保護局、聯邦緊急管理局、能源部、國家海洋與大氣管理局、國家航空航天管理局、州政府、地方政府、工業界及大學之間,建立了良好的合作與服務關係,並設有穩定的聯繫機構,建立了務實的合作機制。通過合作,不但爭取了項目經費,而且能及時了解政府部門、企業和社會公眾對地質工作的需求,及時提供地質成果的社會化服務。同時,USGS還與國際組織和國外建立有廣泛的業務合作與聯繫,也承擔聯合國和某些國家委託的部分項目。目前,USGS與我國的水利部、國家地震局、國家測繪局、中國地質調查局籤有合作協議,在全球礦產資源評價、煤、天然氣水合物等方面有業務合作。USGS認為,他們是世界地質科學領域的領軍人物。
三、國家地震監測系統(ANSS)
美國國家地震監測臺網系統ANSS(Advanced National Seismic System)是美國地震局(USGS)地震災害計劃中地震觀測臺網建設的重要組成部分。由國家、區域、城市和結構監測臺站組成,主體由高質量的、寬頻帶的、均勻分布的臺站組成,是一個由至少7000個布設在地面和建築物內的振動測量系統組成的全國性的地震觀測網絡。
ANSS的職責任務如下:
ANSS 的職責任務是提供準確的、及時的有關地震事件的數據和信息,包括地震對建築物和結構的影響、現代化的監測技術和方法。國家地震減災計劃(National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP))中制定了四方面目標:
1、建立和維持一個貫穿全美國的高質量的現代化地震觀測網絡。收集關鍵技術數據,提供有效的信息產品和服務。持續記錄和分析地震數據以及時提供可靠的地震信息和其他地震擾動信息。
2、連續監測美國國內的地震,以及其他地震擾動,如地震造成的海嘯、火山爆發等,對中等以上災害危險的區域給予特別關注。
3、全面的測量場地地面運動以及建築物和關鍵建築結構的強地震震動。力量集中在城市及靠近活斷層的地區,收集相關數據和信息,進一步降低地震對建築物和結構的影響。
4、當顯著性有感地震發生時,自動廣播地震消息並立即評估該地震的可能影響。對於離震中一段距離的地區,可能的話在強震到達幾秒鐘前給出警告。對海嘯和火山爆發也提供相似的自動警報服務。
為了實現以上目標,ANSS 將建立超過7000個地震觀測臺的全國性地震觀測系統,為易於遭受地震災害影響的所有地區提供服務,在處於地震危險的26個城市建立高密度的觀測臺網。在地面和建築物以及其他結構體都安裝地震傳感器。
ANSS 地震監測系統將為個人提供實時的地震應急響應信息,為工程師提供關於建築物和場地響應的信息,為科學家提供用於研究地震破裂過程、結構和地球動力學方面的高質量數據。
此外,在南加州,還建立了一套快速地震預警系統。美國地質勘測局預測了未來30年,在加州發生超過6.7地震的概率達到了99%。其開發的系統在檢測出地震發生時,在3s內,精確的預測地面震動分布圖,這意味著舊金山和奧蘭多在10s後就可獲取預警信息。
ANSS包括國家骨幹網 (Backbone network)、國家地震信息中心( National Earthquake Information Center (NEIC))、國家強震動工程( National Strong Motion Project)以及由USGS及其合作單位共同維護的15個區域地震臺網組成。
1、國家骨幹網 (Backbone network)
ANSS骨幹網是美國國家地震臺網的主要組成部分,2004年至2006年9月,USGS通過地震臺陣計劃(USArray project)新建了15個臺站並對20個臺站進行了升級改造。目前骨幹網臺站總數達到了93個,骨幹網臺站分布圖見圖1。
2、國家地震信息中心(National Earthquake Information Center (NEIC))
國家地震信息中心的主要職責是快速確定全球破壞性地震的大小和位置,迅速將有關信息報告給有關國家、國際組織、科學家和社會公眾。NEIC為應用地震地球科學研究提供最基礎的數據服務。地震數據包括:
1)當前全球範圍內地震目錄;
2)用戶可按照規定的e-mail格式向AutoDRM伺服器發出e-mail,系統會自動從資料庫中檢索數據,然後又以e-mail的形式自動把數據傳給用戶;
3)通過FTP獲取數據;
4)地震目錄搜索;
5)地震信息發布;
6)本年度大地震信息;
7)最新地震的矩張量解;
8)大地震的寬頻帶地震波能量測量;
9)矩張量和寬頻帶震源參數研究;
10)全球地震圖;
11)歷史上的今天地震;
12)全球和美國最新的10個地震目錄;
3、國家強震動工程
國家強震動工程建設的目的是通過對每次破壞性地震的記錄、發布和解釋以提高社會大眾的安全性。獲取大都市附近破壞性地震的強震動記錄信息,這對建築物抗震性能設計能力的提高,降低未來地震所造成的人員傷亡和財產損失其起到至關重要的作用。強震記錄對進一步理解地面運動的傳播、地震破裂的物理特徵、建築結構的抗震性能具有根本意義。根據儀器種類統計的臺站分配表見表1。
表1 NSMP強震儀器種類分布表
數字加速度計類型及數量
類型
臺(套)數
Dolomite
2
Etna
435
Granite
2
K2
332
Q330
10
Q4128
1
RTK130
45
SSA2
15
Mt. Whitney
18
累計
860
模擬加速度計類型及數量
類型
臺(套)數
SMA1
166
CRA1
2
累計
168
其他類型加速度計及數量
類型
臺(套)數
Alarm
22
Dialer
1