江蘇東海5000米深井地球物理長期觀測的最新進(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)造與動力學(xué)國家重點實驗室，北京 100037 2）江蘇省地震局，南京 210014

深井地震與地球物理觀測(Borehole Seismology)是21世紀(jì)的一項嶄新的高科技項目。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)界開始從地面觀測向地下深井發(fā)展，建設(shè)了眾多的深井觀測臺站，并組建了區(qū)域深井觀測臺網(wǎng)。如日本吸取了神戶大地震的經(jīng)驗教訓(xùn)，在屏風(fēng)山活斷層附近建設(shè)的深井地球物理長期綜擬觀測臺網(wǎng)；美國在圣安德列斯斷層實施了15年以上的深部觀測SAFOD項目（SanAndress Fault Observatory at Depth）；以及著名的德國KTB項目等。我國臺灣地區(qū)科學(xué)家們在1999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臺美國研制的深井地震儀進(jìn)行長期觀測。TCDP深井5年的觀測實踐證明，深井觀測可以記錄到斷裂帶上發(fā)生的震級為0～-2級極微弱的地震并能精確定平。根據(jù)微震活動研究斷裂帶上閉鎖段的平置從而進(jìn)行地震預(yù)報，其觀測精度和靈敏度是常規(guī)地面觀測無法達(dá)到的。

實踐證明，深井長期觀測是照亮地球內(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)部的真實信息。其觀測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，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)。

深井地球物理長期觀測是現(xiàn)代地球物理學(xué)的發(fā)展方向。我國是一個地震多發(fā)同時也是深受地震災(zāi)害的國家，2008年汶川8級大地震的慘痛教訓(xùn)使我們更加深刻地認(rèn)識到開展深井觀測的重要意義。江蘇東海地處我國東部華北地塊與揚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期觀測站。

中國大陸地震活動有周期長、震級大、一旦發(fā)生震災(zāi)嚴(yán)重等特點，加強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)模最大的活動構(gòu)造，歷史上沿郯廬斷裂帶曾發(fā)生過1668年郯城8.5級等大地震，死亡人數(shù)高達(dá)數(shù)萬人，是中國歷史上震級最大、受災(zāi)最重的地震之一。雖然目前郯廬斷裂帶的地震活動相對平靜，地震活動的強度和頻度都相對比較弱，但并不是沒有小地震和微小地震活動。深井地震可以記錄到地面常規(guī)地震臺無法觀測到的微小地震。我們可以利用東海深井觀測資料對郯廬斷裂帶發(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平置以及空白區(qū)域來圈定活動區(qū)與閉鎖區(qū)。根據(jù)微震活動資料同時結(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)報研究。

為了促進(jìn)地球科學(xué)以及地震預(yù)報科學(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)的深井觀測儀器，安裝設(shè)置于江蘇省東?？h中國大陸科學(xué)鉆探深鉆5 158 m深主孔內(nèi)，構(gòu)建我國第一個深井長期地球物理觀測站的規(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)場的主孔內(nèi)，首次進(jìn)行了深井觀測地震儀設(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月投入了實驗性觀測。

目前，東海深井觀測已經(jīng)取得了初步觀測成果并在逐步改進(jìn)之中。深井地震資料顯示出，深井地震記錄優(yōu)于常規(guī)地面臺站。東海深井長期觀測站為成功構(gòu)建世界最深的地震與地球物理深井觀測站，填補我國在深井長期觀測研究領(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。