福建省主動源激發臺站選址合理性分析

陳為偉，蔡輝騰，張紅才

（福建省地震局，福州 350003）

關于地球內部的結構、組成、過程和狀態等知識多來自天然地震的地震波信息[1]。隨著氣槍等新技術的出現，地學科研人員提出中國地下明燈科學研究計劃，通過氣槍震源激發產生地震波，利用固定地震臺、流動地震臺接收的信號，進行地殼深部構造研究[2]。

水庫氣槍試驗是利用大容量氣槍激發作為人工震源，進行深部地震構造探測的科學試驗。試驗中，空氣壓縮機及管匯系統向放置于水中的氣槍注入高壓空氣，由槍控系統發出激發信號后，高壓空氣從氣槍中噴出，形成向外傳播的壓力波，它是環保綠色的人工震源。我國云南省、新疆維吾爾自治區、甘肅省先后建立了固定式主動源激發臺站。

1 福建省主動源激發臺站建設的必要性

福建省位于歐亞板塊與菲律賓海板塊碰撞帶的前緣地帶，斷裂構造發育，陸域發育三條北東向斷裂和五條北西向斷裂，形成“三縱五橫”的棋盤狀斷裂格局。福建省地處華南沿海地震帶，歷史上發生過多次中強地震，陸域已知最大震級達6.5 級，地震活動頻繁。福建沿海的北東向濱海斷裂帶是一條至今仍在活動的全新世活動構造，歷史上發生過多次7 級以上大震。

氣槍震源為地下介質結構探測提供了有效的主動震源，可以為科學認識福建及臺灣海峽的斷裂帶構造奠定基礎。它可以提供海量觀測數據，產出地殼速度結構模型，能顯著提高地震監測能力和地震定位精度。同時，可根據需要，實時監測相關區域地殼介質物理特性隨時間的變化，以便相關區域進行高精度的動態監測，為震情跟蹤、研判提供可靠的基礎數據。

福建省地震局于2014年自主研發了一套陸上移動式水體氣槍震源系統，在福建省多個大、中型水庫進行了激發，在理論和試驗方面取得了一定的成果。但是，目前的移動式水體氣槍震源系統只適用于短期的水庫激發工作，不適用于長期固定的主動源科學研究工作。因此，福建省地震局計劃在“十三五”期間，根據福建省“十三五”綜合防災減災規劃的總體目標，計劃建立一個主動源激發臺站。

2 選址的基本要求

根據近幾年移動式水體氣槍震源系統的激發點選址經驗和工作流程，人們總結了主動源激發臺站的選址，應滿足以下基本要求：震源傳播效果好，經過疊加，省內固定臺站大部分能收到震源信號；臺站要選在安全僻靜、交通方便，具備水、電、網絡的地點；臺站及水上平臺與大壩距離大于2 km；水上平臺處水深大于20 m，水下地形較平坦；水上平臺距離震源系統操作區距離小于200 m；水上平臺距離網箱養殖應大于500 m，應遠離民宅[3]。

3 移動式水庫氣槍激發的試驗效果與選址地點初定

2014年以來，福建省地震局利用移動式氣槍震源系統在多個水庫進行了激發，不同水庫氣槍激發的地震波傳播能力均不同。人們可以通過計算不同水庫等效震級來定量評價激發效能，其中，激發效果較好的試驗等效震級如表1所示，可見，安砂水庫激發試驗效能最優[4]。

表1 大容量氣槍固定點激發試驗概況

以福建及附近地區的地震斷裂構造為底圖，將這四個水庫激發的信號接收范圍作圖，如圖1所示。由此可以看出，在福建省中西部建設主動源激發臺站，其激發試驗的信號經疊加，可被福建、浙江、江西、廣東、臺灣的地震臺站記錄，對于華南、臺灣海峽、臺灣的深部構造調查、實時監測地殼介質變化有積極意義；在安砂水庫進行激發，臺站接收范圍最廣。

因此，從臺站的建設目的及預期成效上看，主動源激發臺站選址地點優選安砂水庫。

4 安砂水庫場地選址的合理性分析

4.1 選址地概況

主動源激發臺站擬定于安砂水庫，它位于福建省三明市清流縣沙蕪鄉洞口村附近，在九龍湖省級風景名勝區內，距離沙蕪鄉鎮區約7.2 km，距離洞口村約2.3 km，距離大壩約7.7 km，周邊無居民點，選址地南側為356 國道，連接至沙蕪鄉、永安，交通較為便利，如圖2所示。

圖1 水庫氣槍激發試驗傳播范圍

圖2 選址地及周邊示意圖

筆者對于選址地附近的水域進行了水深測量，最大深度超過20 m（見圖3），滿足前述的水深條件。附近500 m 范圍無網箱養殖。

圖3 選址地附近水深分布圖

選址地現為荒地，僅有原修路的廢棄工棚。選址地處于洞口村土地權屬地范圍內，屬于農村集體土地，需要進行用地征用。

4.2 主動源激發對周邊環境的影響

4.2.1 對大氣、水的影響

氣槍激發，噴出的氣體為壓縮空氣，攪動也較小，對水質、大氣無影響。

4.2.2 振動對周邊居民及大壩的影響

選址地最近的周邊居民點為清流縣沙蕪鄉洞口村，距離氣槍激發地點約2.3 km；安砂水庫大壩距離激發地點約7.7 km。

2017年，福建省地震局在選址地進行了移動式氣槍震源的激發工作。工作期間，在距激發點最近的岸邊、最近的村莊洞口村、安砂水庫大壩均布設了測震儀器。根據《城市區域環境振動測量方法》（GB 10071-88）規定，對測量結果進行計算，如表2所示[5]。

根據《城市區域環境振動標準》（GB 10070-88）規定，城市各類區域鉛垂向Z 振級標準值如表3所示[6]。

表3 城市各類區域鉛垂向Z 振級標準值

由于水庫氣槍激發點位于野外人煙稀少的地區，附近為356 國道，因此選用的標準值參照交通干線道路兩側，即晝間75 dB、夜間72 dB；洞口村的標準值采用“居民、文教區”標準，即晝間70 dB、夜間67 dB。

水庫氣槍激發試驗中，根據實際觀測值計算可得，離激發點109 m 處實際測得振級VLZ值為71.32 dB ＜72 dB，清流洞口村實際測得振級VLZ值為26.90 dB ＜67 dB，均不超過國標規定的標準值。

試驗期間，未收到周邊居民反映振動影響，未收到激發點附近過往行人反映因氣槍激發所產生的振動而造成感覺不適的情況。故試驗對周邊居民點無影響，對激發點附近過往行人影響甚微。

根據這3 個觀測臺站記錄計算，得到的峰值加速度和參考烈度如表4所示。

《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2008）僅列出Ⅴ度以上水平向地震動參考值，根據試驗中觀測記錄，在近岸處水平向地震動值遠低于Ⅴ度，評估僅相當于宏觀烈度Ⅰ～Ⅱ度，基本為無感[7]。

表2 安砂水庫試驗中觀測臺站記錄峰值及鉛垂向振級VLZ

表4 安砂水庫試驗中觀測臺站記錄峰值及儀器地震烈度

在大壩布設測震儀器，測得的最大地震加速度峰值為0.18 gal，大壩處于彈性響應階段，對大壩無影響。

4.2.3 對水生生物的影響

該水域九龍湖的水生生物主要是河魚，品種有花鰱（又叫鳙魚）、白鰱、草魚、鯉魚、鯽魚、武昌魚、翹嘴、桂花魚、河鯰、羅非鯽魚、黃尾巴和青背子等。

在移動式氣槍震源的激發工作期間，在激發點附近500 m 范圍內未發現死魚；在500 m 范圍外，未收到居民關于水生生物有異常表現的反映。

推測原因：每輪氣槍激發前，均要先以低于工作壓力的條件進行試運行，即先以6.895 MPa、10.342 MPa 進行激發，設備正常運行后，再以13.790 MPa 的工作壓力進行工作。推測氣槍激發對魚類傷害有限，且對氣槍激發敏感的魚類在小氣壓激發時已先行游走逃逸。故試驗對水生生物無影響。

綜上所述，主動源激發對周邊環境無影響。

5 結論

本文分析了福建省主動源激發臺站建設的必要性，結合多年來的移動式水庫氣槍震源工作經驗和試驗數據，對主動源激發臺站選址的合理性進行分析。結果表明，在安砂水庫激發，試驗等效震級最大，臺站接收范圍最廣，對于華南、臺灣海峽、臺灣的深部構造調查、實時監測地殼介質變化有積極意義。選址地點優選于安砂水庫。選址地位于福建省三明市清流縣沙蕪鄉洞口村附近，距離最近的村莊洞口村約 2.3 km，距離大壩約7.7 km；南側為國道，交通便利；附近水域滿足氣槍激發工作要求；選址地為荒地，易進行用地征用。選址地可進行臺站的征地建設。

主動源激發對周邊環境無影響：氣槍激發使用壓縮空氣，對水質、大氣無影響；激發點附近實測振級VLZ值為71.32 dB，清流洞口村實際測得振級VLZ值為26.90 dB，均低于國標規定的標準值，激發期間，未收到行人和居民反映振動影響；在大壩測得的最大地震加速度峰值為0.18 gal，大壩處于彈性響應階段，對大壩無影響；氣槍震源試驗期間，未發現對水生生物的影響。因此，該選址地點適宜主動源激發臺站建設。