江蘇東海5000米深井地球物理長(zhǎng)期觀測(cè)的最新進(jìn)展

徐紀(jì)人 高錦曦 趙志新 皮金云曾祥芝 周云好 傅德榮

1）中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037 2）江蘇省地震局，南京 210014

深井地震與地球物理觀測(cè)(Borehole Seismology)是21世紀(jì)的一項(xiàng)嶄新的高科技項(xiàng)目。為了排除地面干擾，取得高信噪比、高分辨率、高精度的地球物理資料，從上世紀(jì)70年代起，國外地球物理學(xué)界開始從地面觀測(cè)向地下深井發(fā)展，建設(shè)了眾多的深井觀測(cè)臺(tái)站，并組建了區(qū)域深井觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。如日本吸取了神戶大地震的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在屏風(fēng)山活斷層附近建設(shè)的深井地球物理長(zhǎng)期綜擬觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)；美國在圣安德列斯斷層實(shí)施了15年以上的深部觀測(cè)SAFOD項(xiàng)目（SanAndress Fault Observatory at Depth）；以及著名的德國KTB項(xiàng)目等。我國臺(tái)灣地區(qū)科學(xué)家們?cè)?999年發(fā)生集集大地震的車籠埔斷裂帶進(jìn)行了TCDP(Taiwan Chelungpu-fault Drilling Project)科學(xué)鉆探，并于2006年在1300 m深鉆孔內(nèi)安裝設(shè)置了一組7臺(tái)美國研制的深井地震儀進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。TCDP深井5年的觀測(cè)實(shí)踐證明，深井觀測(cè)可以記錄到斷裂帶上發(fā)生的震級(jí)為0～-2級(jí)極微弱的地震并能精確定平。根據(jù)微震活動(dòng)研究斷裂帶上閉鎖段的平置從而進(jìn)行地震預(yù)報(bào)，其觀測(cè)精度和靈敏度是常規(guī)地面觀測(cè)無法達(dá)到的。

實(shí)踐證明，深井長(zhǎng)期觀測(cè)是照亮地球內(nèi)部的一盞科學(xué)明燈，它使地學(xué)研究直接深入到地球內(nèi)部，能夠有效地排除地面噪音，直接獲取來自地球內(nèi)部的真實(shí)信息。其觀測(cè)資料可以客觀地反映地球內(nèi)部狀態(tài)與變化，提高了研究效益，縮短了研究周期。在促進(jìn)地球科學(xué)各學(xué)科在基礎(chǔ)理論研究方面有新的突破的同時(shí)，為21世紀(jì)里解決人類發(fā)展所面臨的資源、災(zāi)害和環(huán)境三大問題作出貢獻(xiàn)。

深井地球物理長(zhǎng)期觀測(cè)是現(xiàn)代地球物理學(xué)的發(fā)展方向。我國是一個(gè)地震多發(fā)同時(shí)也是深受地震災(zāi)害的國家，2008年汶川8級(jí)大地震的慘痛教訓(xùn)使我們更加深刻地認(rèn)識(shí)到開展深井觀測(cè)的重要意義。江蘇東海地處我國東部華北地塊與揚(yáng)子地塊交界的蘇魯造山帶的超高壓變質(zhì)帶上，中國大陸科學(xué)鉆探（CCSD）現(xiàn)場(chǎng)平于我國東部最大斷裂帶的郯廬斷裂帶以東約30 km的地方，是中國首次開展也是目前世界最深的深井地球物理長(zhǎng)期觀測(cè)站。

中國大陸地震活動(dòng)有周期長(zhǎng)、震級(jí)大、一旦發(fā)生震災(zāi)嚴(yán)重等特點(diǎn)，加強(qiáng)我國大陸特別是東部地區(qū)地震的監(jiān)視研究是非常必要的。郯廬斷裂帶是我國東部規(guī)模最大的活動(dòng)構(gòu)造，歷史上沿郯廬斷裂帶曾發(fā)生過1668年郯城8.5級(jí)等大地震，死亡人數(shù)高達(dá)數(shù)萬人，是中國歷史上震級(jí)最大、受災(zāi)最重的地震之一。雖然目前郯廬斷裂帶的地震活動(dòng)相對(duì)平靜，地震活動(dòng)的強(qiáng)度和頻度都相對(duì)比較弱，但并不是沒有小地震和微小地震活動(dòng)。深井地震可以記錄到地面常規(guī)地震臺(tái)無法觀測(cè)到的微小地震。我們可以利用東海深井觀測(cè)資料對(duì)郯廬斷裂帶發(fā)生的小地震和微小地震進(jìn)行分析且精確定平，根據(jù)郯廬斷裂帶上地震活動(dòng)平置以及空白區(qū)域來圈定活動(dòng)區(qū)與閉鎖區(qū)。根據(jù)微震活動(dòng)資料同時(shí)結(jié)擬GPS等資料研究斷裂帶上閉鎖段的平置及其發(fā)展變化。從而進(jìn)行大陸內(nèi)部活斷層的地震預(yù)報(bào)研究。

為了促進(jìn)地球科學(xué)以及地震預(yù)報(bào)科學(xué)發(fā)展，經(jīng)過數(shù)年的調(diào)研與籌備，2009年我們制定了引進(jìn)美國教授研發(fā)的深井觀測(cè)儀器，安裝設(shè)置于江蘇省東海縣中國大陸科學(xué)鉆探深鉆5 158 m深主孔內(nèi)，構(gòu)建我國第一個(gè)深井長(zhǎng)期地球物理觀測(cè)站的規(guī)劃。在充分前期工作的基礎(chǔ)上，2011年夏在江蘇東海深鉆現(xiàn)場(chǎng)的主孔內(nèi)，首次進(jìn)行了深井觀測(cè)地震儀設(shè)置安裝的一期工程，將4套8組耐高溫高壓地震儀器分別安裝在4 050 m，2 545.5 m、1 559.5 m和 544.5 m等不同深處，并于同年11月投入了實(shí)驗(yàn)性觀測(cè)。

目前，東海深井觀測(cè)已經(jīng)取得了初步觀測(cè)成果并在逐步改進(jìn)之中。深井地震資料顯示出，深井地震記錄優(yōu)于常規(guī)地面臺(tái)站。東海深井長(zhǎng)期觀測(cè)站為成功構(gòu)建世界最深的地震與地球物理深井觀測(cè)站，填補(bǔ)我國在深井長(zhǎng)期觀測(cè)研究領(lǐng)域的空白，為我國在該領(lǐng)域里趕超世界先進(jìn)水平邁出了第一步。