福建地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科發(fā)展研究報(bào)告

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福建地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科發(fā)展研究報(bào)告

福建省地震學(xué)會(huì)

地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科從人工爆破向氣槍震源發(fā)展，從單一主動(dòng)震源探測(cè)向多震源探測(cè)結(jié)合發(fā)展，從福建陸域探測(cè)向臺(tái)灣海峽陸海聯(lián)測(cè)方向推進(jìn)。本文詳細(xì)介紹了地震主動(dòng)源的基本原理、研究現(xiàn)狀及進(jìn)展情況等，并指出了福建省地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，提出了相應(yīng)的戰(zhàn)略對(duì)策。

主動(dòng)源 氣槍震源 地殼結(jié)構(gòu) 學(xué)科發(fā)展

1 概述

地震主動(dòng)源是利用主動(dòng)源激發(fā)的地震波在地下巖層中傳播的路徑、時(shí)間和波場(chǎng)，探測(cè)地下巖層的埋藏深度、形狀和速度結(jié)構(gòu)等幾何和物理屬性，認(rèn)識(shí)地下地質(zhì)構(gòu)造，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)隱伏斷裂、特殊地質(zhì)構(gòu)造（如發(fā)震斷裂和孕震構(gòu)造）等地下結(jié)構(gòu)的技術(shù)，是一項(xiàng)集物理學(xué)、地震學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程技術(shù)等為一體的綜合性應(yīng)用探測(cè)技術(shù)。

了解和研究地殼上地幔的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組成、物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)以及熱力學(xué)狀態(tài)，查明其深部構(gòu)造背景，對(duì)于理解本區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)機(jī)理和地震發(fā)生機(jī)制具有重要意義，并可為地震定位、地震預(yù)警和地震工程等研究和工程運(yùn)用提供背景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)展地震學(xué)理論具有重要的理論和實(shí)踐意義。

2 國內(nèi)外地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外地震主動(dòng)源探測(cè)研究現(xiàn)狀

利用主動(dòng)源地震資料研究地殼結(jié)構(gòu)可追朔到馬利特的工作，他是利用人工地震對(duì)折射波進(jìn)行觀測(cè)的第一人，之后折射方法先后用于鹽丘探測(cè)、海洋地殼結(jié)構(gòu)研究以及陸上折射觀測(cè)試驗(yàn)。上世紀(jì)下半葉，前蘇聯(lián)和西方發(fā)達(dá)國家廣泛開展了深地震測(cè)深(Deep Seismic Sounding，DSS)的實(shí)驗(yàn)探測(cè)工作。20世紀(jì)60～70 年代中期，聯(lián)邦德國在深地震測(cè)深方面取得較大的進(jìn)展。由Giese Prodehl 和Stein 主編的《歐洲中部爆破地震研究》（國家地震局地球物理勘探大隊(duì)譯）總結(jié)了十幾年探測(cè)工作的主要成果，并介紹了新觀點(diǎn)和新認(rèn)識(shí)、新技術(shù)和新方法。自國際大地測(cè)量和地球物理聯(lián)合會(huì)提出全球性的上地幔研究計(jì)劃以后，直到上世紀(jì)八十年代中期數(shù)字式便攜地震儀出現(xiàn)，這一時(shí)期該方法曾先后被歐洲地學(xué)斷面等著名地學(xué)研究計(jì)劃采用，并發(fā)揮了重要作用。總攬全球深部探測(cè)的發(fā)展與演化，以美國20 世紀(jì)70 年代開始的大陸反射地震探測(cè)計(jì)劃(COCORP)為標(biāo)志，各國以地殼和巖石圈結(jié)構(gòu)為目標(biāo)的探測(cè)行動(dòng)至今已經(jīng)持續(xù)40余年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球深反射地震剖面(CDP)總長約12km×104km，寬角反射/折射地震剖面(DSS)總長約50km×104km，伴隨地震剖面大多數(shù)開展了重、磁測(cè)量。另外，通過全球固定地震觀測(cè)臺(tái)站和天然地震流動(dòng)臺(tái)站采集的天然地震數(shù)據(jù)難以估算。當(dāng)然，還有與地殼、巖石圈變形有關(guān)的大地變形測(cè)量數(shù)據(jù)(GPS、InSA等)。根據(jù)各國地球探測(cè)計(jì)劃的實(shí)施目標(biāo)和技術(shù)特征，可以將全球深部探測(cè)行動(dòng)劃分為兩個(gè)階段，即:上世紀(jì)第一輪探測(cè)階段(1970～1999年)和新世紀(jì)第二輪探測(cè)階段(2000年至今) 。

2.1.1 美國深部探測(cè)計(jì)劃

COCORP(The Consortium for Continental Reflection Profiling)是美國于20世紀(jì)70年代末運(yùn)用多道地震反射剖面技術(shù)系統(tǒng)探測(cè)大陸地殼結(jié)構(gòu)的先鋒。COCORP將石油勘探的近垂直反射地震技術(shù)發(fā)展到穿透地殼甚至巖石圈的深地震反射技術(shù)，在深度和精度上達(dá)到了前所未有的程度，開辟了探測(cè)地球深部的新紀(jì)元。COCORP在美國30個(gè)州采集了11000 km長的反射剖面。其中最著名的探測(cè)結(jié)果有:發(fā)現(xiàn)阿帕拉契亞大規(guī)模、低角度沖斷層，確認(rèn)了拉拉米基底抬升的逆沖機(jī)制，描繪了大陸MOHO的變化特征，包括后造山再均衡的新證據(jù)及多起成因(相變) 以及作為構(gòu)造拆離面的可能作用，新生代裂谷下的巖漿“亮斑”，盆嶺省東部的地殼規(guī)模的拆離斷層，填出美國內(nèi)陸隱伏前寒武系層序，確定隱伏克拉通典型的元古宙構(gòu)造2地殼剪切帶等。COCORP的成功帶動(dòng)了20 多個(gè)國家的深地震探測(cè)計(jì)劃?？导{爾大學(xué)科學(xué)家在世界范圍參與了一系列深地震探測(cè)行動(dòng)，包括喜馬拉雅/西藏碰撞造山帶的INDEPTH計(jì)劃，俄羅斯烏拉爾山的URSEIS探測(cè)計(jì)劃和南美洲安第斯山脈的ANDES計(jì)劃等。實(shí)驗(yàn)成功以來，美國反射地震剖面至今已經(jīng)完成了60000 km，覆蓋了美國大陸所有構(gòu)造單元和盆地。

地球透鏡計(jì)劃( Earth Scope)是美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF) 為地球科學(xué)在新世紀(jì)新設(shè)立的、空前規(guī)模的、開創(chuàng)性的科研計(jì)劃，是美國繼COCORP之后的第二輪地球探測(cè)計(jì)劃。在未來20年里，Earth Scope將綜合多學(xué)科的理論與方法，對(duì)北美大陸地區(qū)的地球構(gòu)造、地質(zhì)演化進(jìn)行全方位研究——從地震的活動(dòng)中心到單個(gè)火山、斷層，到沿著板塊邊界的變形，再到大陸構(gòu)造。

2.1.2 歐洲深部探測(cè)計(jì)劃

歐洲深部探測(cè)計(jì)劃(1982～2001年)旨在實(shí)施新一代的重大項(xiàng)目，更好地了解地殼和地幔的構(gòu)造。歐洲探測(cè)計(jì)劃挑選9 個(gè)目標(biāo)區(qū)域從事主要研究活動(dòng)，每個(gè)區(qū)域都由高度自治的研究團(tuán)隊(duì)管理，所有的團(tuán)隊(duì)都致力于運(yùn)用地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)相結(jié)合的方法，了解地球表層和深層的關(guān)系，解釋形成歐洲大陸巖石圈主要特征的過程。歐洲大陸巖石圈大多是造山帶，形成年代從太古宙至今；克拉通內(nèi)部裂谷也是其重要特征。DEKORP 計(jì)劃(1984～1999年) 的目的是探測(cè)下地殼和華力西造山帶結(jié)構(gòu)，通過接收、處理和解釋地球物理數(shù)據(jù)，取得了對(duì)歐洲深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識(shí)。深地震反射揭示了巖石圈不同尺度的各向異性和下地殼的“鱷魚嘴”構(gòu)造，確定了Moho位置。英國自1981年實(shí)施的反射地震計(jì)劃(BIRPS2, The British Institutions Reflection Profiling Syndicate) 已完成了20000 km 深地震剖面，覆蓋了英倫三島及大陸架，為北海油田的發(fā)現(xiàn)奠定了深部基礎(chǔ)。意大利的深地殼反射計(jì)劃(CROP，CROSTA PROFONDA: Deep Crust)起始于20世紀(jì)80 年代，一共完成了近10000 km的反射地震剖面，形成了覆蓋意大利半島及周邊海域的地震剖面網(wǎng)。

2.1.3 俄羅斯深部探測(cè)計(jì)劃

俄羅斯是世界上最早開展深部探測(cè)的國家之一，但是一直以折射地震(DSS) 技術(shù)和大地電磁技術(shù)為主，累計(jì)超過10km×104km。而且，在骨干剖面的交叉點(diǎn)上，部署科學(xué)深鉆進(jìn)行驗(yàn)證，這在國際上是唯一的，也是非常超前的。其中科拉半島科學(xué)鉆深度超過12 km，成為世界上最深的鉆孔，至今仍未超越?？评钽@改變了地球物理探測(cè)解釋的許多深部現(xiàn)象，特別是否定了中、上地殼間的物理界面——康氏面，在10 km 深處發(fā)現(xiàn)流體和礦化作用。

2.1.4 加拿大巖石圈探測(cè)計(jì)劃(LITHOPROBE)

巖石圈探測(cè)計(jì)劃(1984～2003年) 是加拿大國家級(jí)的多學(xué)科合作的地球科學(xué)研究項(xiàng)目，是為了綜合了解北美大陸北半部的大陸演化而設(shè)立的項(xiàng)目。巖石圈探測(cè)計(jì)劃研究加拿大大陸的演化，研究地幔巖石圈的新方法和若干有關(guān)巖石圈變形的數(shù)字化模型以及對(duì)巖石圈探測(cè)項(xiàng)目的綜合。巖石圈探測(cè)項(xiàng)目源于1984年，是在高等院校和加拿大地質(zhì)調(diào)查局的基礎(chǔ)地球科學(xué)家的努力下啟動(dòng)的。加拿大巖石圈探測(cè)計(jì)劃將北美大陸劃分為十個(gè)斷面區(qū)進(jìn)行探測(cè)研究，每一個(gè)斷面區(qū)的探測(cè)都以深地震反射剖面作為先行方法，切開巖石圈并揭示斷面的結(jié)構(gòu)圖像。

2.1.5 澳大利亞地球探測(cè)計(jì)劃

澳大利亞聯(lián)邦政府與礦產(chǎn)資源和能源勘探工業(yè)密切合作，建立澳大利亞大陸地球動(dòng)力學(xué)框架，以增強(qiáng)工業(yè)界發(fā)現(xiàn)世界級(jí)礦床的能力。AGCRC(1993～2000年)應(yīng)用數(shù)字模擬技術(shù)模擬礦床形成的地球動(dòng)力學(xué)過程，使用數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)單一地質(zhì)過程進(jìn)行模擬，如巖石變形、流體和熱事件模擬。AGCRC在探測(cè)板塊邊界、地殼三維結(jié)構(gòu)和殼幔過渡帶產(chǎn)狀及上地幔結(jié)構(gòu)同時(shí)，開展了全國主要成礦帶和大型礦集區(qū)的3個(gè)層次的三維結(jié)構(gòu)探測(cè)，通過高分辨率地震反射技術(shù)、重磁3D反演技術(shù)和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，獲得了主要成礦帶的地殼結(jié)構(gòu)、成礦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和礦集區(qū)熱—變形—流體控制成礦的演化過程。

2.2 國內(nèi)地震主動(dòng)源探測(cè)研究現(xiàn)狀

我國用主動(dòng)源地震研究地殼結(jié)構(gòu)始于曾融生院士在青海柴達(dá)木盆地的折射試驗(yàn)探測(cè)工作。后來在華北盆地進(jìn)行過深地震反射剖面試驗(yàn)。上世紀(jì)90年代初以來，經(jīng)過多次國際合作，掌握了深地震反射剖面和寬頻地震觀測(cè)技術(shù)。目前，我國地球物理學(xué)家已在喜馬拉雅山、秦嶺、北祁連山、西昆侖山、天山、大別山等山區(qū)進(jìn)行了深反射地震剖面探測(cè)，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和處理解釋已為國際同行認(rèn)可，達(dá)到一流水準(zhǔn)。其中，中美等合作的“青藏高原深地震探測(cè)”( INDEPTH 1992～2006) 發(fā)現(xiàn)了印度地殼俯沖到亞洲地殼之下的精細(xì)結(jié)構(gòu)和高原地殼中廣布的流體，引起舉世矚目。我國開展深部探測(cè)研究工作已經(jīng)有很好的工作基礎(chǔ)，有一定的技術(shù)能力。自上世紀(jì)50年代即開始地殼深部探測(cè)工作，80年代由地質(zhì)礦產(chǎn)部、國家地震局和中國科學(xué)院聯(lián)合組織過14條地學(xué)斷面的探測(cè)研究，隨后各部門獨(dú)立或與國外合作開展了一系列探測(cè)研究反射/折射地震剖面調(diào)查，累計(jì)探測(cè)達(dá)5萬多km。

3 福建省地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科進(jìn)展情況

3.1 福建地震主動(dòng)源探測(cè)進(jìn)展情況

福建地區(qū)利用人工震源進(jìn)行深部構(gòu)造研究最早可以追溯到20世紀(jì)70年代后期，利用江西永平礦山爆破，在福建境內(nèi)布設(shè)了武夷山至寧德剖面，但是由于爆破點(diǎn)僅一炮，無法構(gòu)成相遇、追逐和多重完整的觀測(cè)系統(tǒng)，故其解釋結(jié)果略顯粗糙。80年代中期，福建省地震局首次在本地區(qū)采用人工震源方式布設(shè)了一條主測(cè)線汕頭—泉州—長樂（400km）和4條次級(jí)測(cè)線，并設(shè)計(jì)了可追逐、相遇的較為完善觀測(cè)系統(tǒng)，其解釋結(jié)果表明，福建沿海地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)可分為上地殼、中地殼、下地殼三層結(jié)構(gòu)模型，其中泉州以南中地殼下部存在低速層（LVZ），并初步判斷低速層可能是由熔融或部分熔融物質(zhì)組成，在漳州盆地下面還可能存在巖漿囊。此后，為了探測(cè)福州地區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)和預(yù)測(cè)地?zé)豳Y源遠(yuǎn)景，福建省地震局在福州盆地及其周邊地區(qū)布設(shè)了寧德—永春主測(cè)線、洪瀨—寧德測(cè)線、蓮峰—福州（尚干）測(cè)線、南平—永泰—平潭非縱測(cè)線、寧德—古田—嵩口扇形測(cè)線。為了查明漳州熱田地區(qū)深部背景，中國科學(xué)院地球物理研究所于1985～1986年區(qū)間在漳泉地區(qū)布設(shè)了云霄—安溪測(cè)線；1987年實(shí)施阿爾泰—臺(tái)灣地學(xué)斷面時(shí)，中國地質(zhì)大學(xué)組織布設(shè)邵陽—泉州測(cè)線，其中福建境內(nèi)為寧化—泉州段。進(jìn)入本世紀(jì)后，受中國地震局全國城市活動(dòng)斷層探測(cè)的試點(diǎn)與示范項(xiàng)目資助，同時(shí)為了探求孕震構(gòu)造環(huán)境，福建省地震局在福州與漳州盆地完成了2條剖面。深地震反射法因其觀測(cè)點(diǎn)密集、利用多次覆蓋技術(shù)壓制干擾能力強(qiáng)、具有較高分辨率，是刻畫地殼上地幔精細(xì)結(jié)構(gòu)的最有效手段。深地震反射方法的提出和運(yùn)用比深地震測(cè)深早，但在福建地區(qū)，直到21世紀(jì)初才開始開展深地震反射工作，即為了提高福州盆地和泉州盆地發(fā)震危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)，福建省地震局在上述兩個(gè)盆地內(nèi)及周邊地區(qū)完成了2條深地震反射剖面。

3.2 福建地震主動(dòng)源應(yīng)用進(jìn)展

3.2.1 福建陸域探測(cè)

為把福建“地下搞清楚”，從2010年開始由福建省地震局組織并委托中國地震局地球物理勘探中心負(fù)責(zé)實(shí)施，以深地震測(cè)深（人工地震測(cè)深寬角反射/折射）方法為主，覆蓋福建省大部分陸域的綜合人工地震測(cè)深工程，并結(jié)合天然地震資料聯(lián)合探測(cè)研究福建陸域殼內(nèi)界面形態(tài)以及地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)。測(cè)深研究區(qū)處在一個(gè)特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境之中，斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，地形復(fù)雜。陸域測(cè)深工程按照總體規(guī)劃、分期實(shí)施的原則，布設(shè)“四縱四橫”（即4條北西向主測(cè)深測(cè)線和4條北東向輔助測(cè)深測(cè)線），組成區(qū)域網(wǎng)格化臺(tái)陣總體布局的同時(shí)，在每條測(cè)線上還保留有其獨(dú)立的觀測(cè)系統(tǒng)，測(cè)深范圍基本均勻的覆蓋福建大部分地區(qū)。整個(gè)測(cè)深工程分三年（2010—2012年）實(shí)施野外作業(yè)，作業(yè)區(qū)基本全部位于山區(qū)。其中，2010年完成FJ3一條縱剖面野外地震測(cè)深任務(wù)和FJ5、FJ6、FJ7三條剖面以非縱觀測(cè)為主的野外測(cè)深任務(wù)；2011年完成FJ1一條縱剖面野外地震測(cè)深任務(wù)和FJ5、FJ6、FJ7、FJ8四條剖面以非縱觀測(cè)為主的野外測(cè)深任務(wù)；2012年完成FJ2、FJ4兩條縱剖面野外地震測(cè)深任務(wù)和FJ5、FJ6、FJ7、FJ8四條剖面以非縱觀測(cè)為主的野外測(cè)深任務(wù)。最后在完成三期探測(cè)工程基礎(chǔ)上，集成四條北西向縱剖面（FJ5、FJ6、FJ7、FJ8剖面）和一個(gè)完整的三維觀測(cè)系統(tǒng)。

通過對(duì)8條縱剖面地震波組震相的統(tǒng)一識(shí)別與對(duì)比，并就不同震相進(jìn)行初步分析，得到如下結(jié)論：①反映基底結(jié)構(gòu)的Pg波震相具有明顯的區(qū)域特點(diǎn)。閩西北地區(qū)Pg波折合走時(shí)較小，一般為0.30～0.40s，可清晰追蹤至120km左右，振幅穩(wěn)定，此特征可能反映了閩西北地區(qū)上部地殼蓋層較薄地震波速度較高；閩西南地區(qū)Pg波折合到時(shí)明顯滯后，一般在0.4～0.8s之間，意味著該區(qū)域坳陷帶上部地殼速度較閩西北隆起帶偏低；Pm波震相在距炮點(diǎn)180.0km以遠(yuǎn)的延伸趨勢(shì)顯示了較低的視速度，這一現(xiàn)象在FJ1～FJ4四條測(cè)線西段和FJ5、FJ8兩條測(cè)線表現(xiàn)得尤為明顯，此現(xiàn)象可能體現(xiàn)了研究區(qū)下地殼速度相對(duì)較低的結(jié)構(gòu)特征。②本區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的分層基本上按結(jié)晶基底層、上地殼、下地殼劃分。結(jié)晶基底層是由地表—G界面之間的構(gòu)造層位構(gòu)成，上地殼是由G界面—C界面之間的構(gòu)造層位構(gòu)成，下地殼是由C界面—Moho界面之間的構(gòu)造層位構(gòu)成。

根據(jù)LIAE1D程序反演得到福建地殼一維P波模型，其可分為結(jié)晶基底層、上地殼和下地殼三層，結(jié)晶基底層又分為兩層，層界面深度分別為0.23、2.82km，層速度分別5.04、5.44km/s，上地殼也分為兩層，層界面深度分別為6.44、18.81km，層速度分別為6.06、6.16km/s，下地殼為單層，MOHO面深度為30.42km，層速度為6.39km/s，上地幔頂部速度為8.08km/s。

8條二維探測(cè)剖面結(jié)果顯示，大體上以政和—大埔斷裂帶為界，在該斷裂帶東西側(cè)下地殼的速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造有明顯差異。由基底折射波Pg所反映的地層G界面厚度為0.5～2.0km，基底頂面G向下至C界面之間的二維地殼結(jié)構(gòu)顯示出的C界面的形態(tài)具有一定起伏變化，其深度變化范圍為16.0～19.5km，在FJ3剖面華安—龍巖附近埋深較淺（15.9～16.5km）。由殼內(nèi)Moho界面反射波Pm確定Moho界面深度為28.8～33.6km，總體上看，地殼厚度由東部沿海至西部內(nèi)陸逐漸加厚。由基底折射波Pg所反映的地層速度結(jié)構(gòu)為一較強(qiáng)的正速度梯度，其速度由地表面的5.10～5.60km/s，向下到G界面速度增加為5.52～5.70km/s；自基底頂面向下基本上呈正速度梯度變化，上部速度梯度較強(qiáng)、速度等值線較密；下部速度梯度較弱、速度等值線稀疏，其速度在6.16～6.35km/s之間變化。由殼內(nèi)Moho界面反射波Pm所確定的構(gòu)造層位的速度分別為6.10～6.92km/s和6.48～6.92km/s，靠近Moho面上方速度等值線較密速度梯度增強(qiáng)。上地幔頂部Pn波的速度結(jié)構(gòu)為一個(gè)較弱的速度梯度層，其速度在橫向上具有一定程度的的變化。下地殼速度結(jié)構(gòu)大體上以政和—大埔斷裂帶為界，在該斷裂帶東西側(cè)下地殼的速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造有明顯差異。東側(cè)為一層結(jié)構(gòu)，自上而下呈正梯度變化，從速度等值線來看上部較疏，表明速度梯度較弱，下部至Moho面上方速度等值線較密速度梯度增強(qiáng)，速度由頂部的6.48～6.59km/s到底部的6.82～6.92km/s，平均速度相對(duì)較高；西側(cè)下地殼呈兩層結(jié)構(gòu)特征，在大田、永安、沙縣、寧化、新泉等區(qū)域下方存在6.20km/s左右的低速層體，使得該層位呈負(fù)、正速度梯度相相間的結(jié)構(gòu)特征。依據(jù)上述二維地殼速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造差異特征，推測(cè)政和—大埔斷裂帶可能斷至地殼底部。

3.2.2 臺(tái)灣海峽深部探測(cè)

從2013年開始，福建省地震局實(shí)施“臺(tái)灣海峽西部地殼深部結(jié)構(gòu)探測(cè)”項(xiàng)目。2014年，在廈門外海和漳州外海等區(qū)域完成了三條長度分別為320km（HX6)、340km（HX10)、400km（HX12)的陸海聯(lián)合探測(cè)剖面的野外探測(cè)任務(wù)，得到了HX6、HX10兩條陸海聯(lián)測(cè)剖面地殼上地幔二維速度結(jié)構(gòu)圖像。2015年5～6月，在泉州外海等地采集完成了兩條長度分別為410km（HX7)、250km（HX13)的陸海聯(lián)合探測(cè)剖面的野外探測(cè)任務(wù)。其中陸海聯(lián)測(cè)HX7剖面（武平—永定—漳浦—海峽）位于福建—臺(tái)灣海峽南部，以北西—南東方向展布，陸域230km，海域180km。陸上平移內(nèi)插布設(shè)100臺(tái)地震測(cè)深三分量數(shù)字地震儀，海上40臺(tái)次海底OBS地震儀，完成永定棉花灘水庫、武平石黃峰水庫、海上3個(gè)固定激發(fā)點(diǎn)的氣槍震源1350次激發(fā)觀測(cè)和750次的海上150km氣槍走航式激發(fā)觀測(cè)工作。海域HX13剖面（詔安外?！萃夂＃┪挥谂_(tái)灣海峽中線附近，測(cè)線長200km，海上27臺(tái)次海底OBS地震儀，完成1250次海上250km氣槍的走航式激發(fā)觀測(cè)工作，獲得超過100萬條探測(cè)數(shù)據(jù)。利用多種方法對(duì)HX7、HX13二條剖面的資料進(jìn)行處理計(jì)算，獲得沿HX07測(cè)線的基底面、殼內(nèi)界面和莫霍界面的起伏特征，初步建立地殼上地幔速度模型。采用地震—重力聯(lián)合反演初步得到HX07剖面地殼上地幔二維速度—密度結(jié)構(gòu)。獲得沿HX13測(cè)線的基底面、殼內(nèi)界面和莫霍界面的起伏特征，初步建立地殼上地幔速度模型。

為獲得福建陸域、陸海過渡帶及臺(tái)灣海峽的三維地殼上地幔精細(xì)速度結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征以及介質(zhì)物性信息等，計(jì)劃2016—2018年在福建及臺(tái)灣海峽地區(qū)實(shí)施主動(dòng)源和被動(dòng)源相結(jié)合的三維臺(tái)陣陸海聯(lián)合探測(cè)項(xiàng)目，2016年在福建及臺(tái)灣海峽南部地區(qū)實(shí)施三維陸海聯(lián)測(cè)的第一期工程。2016年5～6月，三維野外探測(cè)資料采集完成了長340km、寬100km的陸海聯(lián)合探測(cè)Ⅰ區(qū)的野外探測(cè)任務(wù)。激發(fā)系統(tǒng)方面，完成陸上南靖南一水庫526炮、永定棉花灘水庫601炮、海上7個(gè)固定激發(fā)點(diǎn)821炮、海上1500km走航式4647炮的氣槍震源激發(fā)工作。觀測(cè)系統(tǒng)方面，福建地區(qū)實(shí)時(shí)傳輸臺(tái)189臺(tái)，短周期三分量流動(dòng)數(shù)字地震儀100臺(tái)，海上47臺(tái)海底OBS地震儀，周邊省地震臺(tái)208臺(tái)。對(duì)獲得的陸海三維探測(cè)野外觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，陸域水庫氣槍信號(hào)最遠(yuǎn)傳播距離406km，海域固定點(diǎn)氣槍信號(hào)最遠(yuǎn)傳播距離450km，海底OBS記錄初步分析質(zhì)量較好。2016年，陸海三維探測(cè)實(shí)驗(yàn)成功實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)分析得到臺(tái)灣海峽南部深部地殼結(jié)構(gòu)初步結(jié)果。在已有福建地區(qū)陸域一維速度結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)福建省2008－2016 年1 級(jí)以上的地震的反演得到走時(shí)殘差更小的福建及臺(tái)灣海峽一維結(jié)構(gòu)。構(gòu)建了多條陸海聯(lián)測(cè)二維速度結(jié)構(gòu)；根據(jù)氣槍震源激發(fā)所記錄的P 波到時(shí)數(shù)據(jù)，拾取Pm 和Pg 震相，利用層析成像方法對(duì)福建地區(qū)和臺(tái)灣海峽地殼三維速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。建立了福建及臺(tái)灣海峽三維P 波速度模型。

3.2.3 技術(shù)裝備建設(shè)情況

研制了兩套可供開展區(qū)域尺度地球深部結(jié)構(gòu)探測(cè)與科學(xué)研究的大容量氣槍震源技術(shù)裝備，具備固定式、移動(dòng)式和流動(dòng)式的激發(fā)功能，滿足水庫水坑到江河湖海等不同水域的探測(cè)震源需求，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)裝備的空白。

按照“一體化設(shè)計(jì)”和“模塊化拼裝”的理念，研制出國內(nèi)第一套用于地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)研究的移動(dòng)式氣槍震源技術(shù)裝備，解決了水庫水坑等陸地水體環(huán)境進(jìn)行快速部署和流動(dòng)作業(yè)的需求。實(shí)踐表明，氣槍震源是替代爆破震源進(jìn)行地球深部結(jié)構(gòu)探測(cè)的有效手段，但還需解決氣槍信號(hào)發(fā)射臺(tái)建造成本高、周期長、無法移動(dòng)作業(yè)、環(huán)境適應(yīng)性和設(shè)備擴(kuò)展性較差等問題。為此，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)開發(fā)出一套集裝箱移動(dòng)式氣槍震源技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)了氣槍震源系統(tǒng)的快速部署。

為解決震源系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性與便捷性，實(shí)現(xiàn)裝備的快速集結(jié)、運(yùn)輸和安裝，項(xiàng)目組高度適配集成國內(nèi)外相關(guān)設(shè)備，將氣槍震源系統(tǒng)所需發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、管匯調(diào)壓系統(tǒng)和控制監(jiān)控系統(tǒng)分別緊湊地配置在三個(gè)集裝箱體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了中型貨車即可裝載、山地道路也可通行的模塊化拼裝式移動(dòng)式震源技術(shù)裝備。為解決在不同激發(fā)場(chǎng)地的快速安裝問題，項(xiàng)目組首創(chuàng)一種可拆裝、可移動(dòng)、可變換槍陣、可調(diào)節(jié)槍深的水庫氣槍震源水上浮臺(tái)，可用于研究不同尺寸氣槍激發(fā)的能量變化情況，適應(yīng)在水庫水坑等不同水體場(chǎng)地環(huán)境的工況實(shí)驗(yàn)需求。

在福建省4個(gè)水庫的4000余次激發(fā)實(shí)踐證明，該技術(shù)裝備通過一次運(yùn)輸作業(yè)、3d內(nèi)即可完成安裝部署，每次激發(fā)耗時(shí)約3min，最長連續(xù)工作時(shí)間超過24h。具有部署快速便捷、激發(fā)間隔時(shí)間短、持續(xù)工作時(shí)間長等性能，激發(fā)信號(hào)具備傳播遠(yuǎn)、穿透深、可重復(fù)性好、授時(shí)精度高等特性。

采用“一體化設(shè)計(jì)”和“模塊化拼裝”理念，建成一套適應(yīng)不同船舶的船載式氣槍震源技術(shù)裝備，滿足在江河湖海等不同水域進(jìn)行走航式和固定式激發(fā)作業(yè)需求。該項(xiàng)目高度適配集成國內(nèi)外不同廠家的設(shè)備和技術(shù)，將氣槍震源系統(tǒng)按功能設(shè)計(jì)建造為安裝、固定便捷的5大功能模塊，可以適應(yīng)不同船舶類型（科考船、工程船等），在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行模塊組裝，從而快速完成氣槍震源系統(tǒng)的集結(jié)；有別于石油勘探裝備，船載式氣槍震源裝備采用集裝箱集成垂直收放方式，便于各類船舶搭載使用，實(shí)現(xiàn)了安全、快速、便捷的槍陣收放；該技術(shù)裝備可適用在江河和海域進(jìn)行走航式和固定式激發(fā)作業(yè)，滿足不同深度層的探測(cè)目標(biāo)。

4 地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科面臨的重大課題

4.1 地下介質(zhì)人工地震波數(shù)字解譯研究課題

人工震源激發(fā)的地震波不僅可以用于探測(cè)地球介質(zhì)結(jié)構(gòu)，高度重復(fù)的信號(hào)也為研究地下介質(zhì)隨時(shí)間的變化提供了可能。地下介質(zhì)隨時(shí)間的變化非常微弱，其相對(duì)變化量級(jí)通常在10-3～10-4。觀測(cè)這么微弱的變化，要求觀測(cè)系統(tǒng)具有極高的測(cè)量精度。傳統(tǒng)由人工手動(dòng)拾取震相的精度約為0.1s，波形互相關(guān)方法可以獲得采樣間隔的精度(~0.01s)，對(duì)應(yīng)的相對(duì)變化測(cè)量精度為10-2～10-3。從量級(jí)上看，這些測(cè)量手段實(shí)現(xiàn)的精度均很難滿足以上微弱變化的測(cè)量。

4.2 水庫氣槍震源最優(yōu)工況研究

氣槍激發(fā)效果受場(chǎng)地環(huán)境、槍陣平面尺寸、沉放深度、氣室壓力、氣室容量等因素影響。那么在激發(fā)環(huán)境和槍陣能量（氣室壓力和氣室容量）已定的情況下，即在正式實(shí)驗(yàn)前如何科學(xué)合理地確定最優(yōu)槍陣平面尺寸和沉放深度，是亟待解決的問題。為此，項(xiàng)目組解耦槍陣平面尺寸和沉放深度組合影響因素，設(shè)計(jì)交替循環(huán)的最優(yōu)工況找尋實(shí)驗(yàn)流程，并制定基于能量（信噪比）和覆蓋范圍（臺(tái)站分布）雙參數(shù)控制的評(píng)估規(guī)則，通過實(shí)時(shí)評(píng)估不同工況的激發(fā)效果，判定最優(yōu)槍陣平面尺寸和沉放深度。通過福建街面水庫氣槍實(shí)驗(yàn)、福建棉花灘水庫氣槍實(shí)驗(yàn)、福建石黃峰水庫氣槍實(shí)驗(yàn)和福建南一水庫氣槍實(shí)驗(yàn)，證明該套實(shí)驗(yàn)前最優(yōu)槍陣找尋評(píng)估流程是科學(xué)合理的，是充分利用氣槍震源性能的必要流程。

4.3 福建及臺(tái)灣海峽地殼上地幔三維速度結(jié)構(gòu)研究

在福建—臺(tái)灣海峽地區(qū)進(jìn)行主動(dòng)源和被動(dòng)源相結(jié)合的三維臺(tái)陣陸海聯(lián)合探測(cè)。利用短周期PDS 觀測(cè)臺(tái)陣、可移動(dòng)寬頻帶遙測(cè)臺(tái)陣以及固定臺(tái)網(wǎng)接收陸海聯(lián)測(cè)人工震源激發(fā)的地震波信號(hào)，同時(shí)長時(shí)期觀測(cè)接收天然地震、噪聲等，研究陸域跟海域的地殼上地幔頂部及地幔的速度結(jié)構(gòu)，并結(jié)合福建地區(qū)近年來最新的重磁觀測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行綜合解釋，了解深部介質(zhì)的物質(zhì)成分、構(gòu)造和物理狀態(tài)，揭示深層動(dòng)力過程。

4.4 地震主動(dòng)源探測(cè)技術(shù)成果應(yīng)用課題

項(xiàng)目面向防震減災(zāi)社會(huì)化服務(wù)的需求和海洋科學(xué)研究工作的需要，與國內(nèi)外相關(guān)科研單位合作，結(jié)合閩臺(tái)地震科技交流的實(shí)際情況，將相關(guān)成果直接推廣和應(yīng)用于海峽兩岸的防震減災(zāi)工作，為科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)、資源勘探、防災(zāi)減災(zāi)提供服務(wù)。

5 福建省地震主動(dòng)源探測(cè)學(xué)科發(fā)展思路與目標(biāo)

5.1 發(fā)展思路與重要戰(zhàn)略

在研究區(qū)域及探測(cè)方式上，從福建地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)逐漸發(fā)展到海陸二維地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)，最后擴(kuò)展到福建至臺(tái)灣海峽的主動(dòng)源和被動(dòng)源相結(jié)合的三維地殼深部構(gòu)造探測(cè)；在主動(dòng)震源激發(fā)方式上，從大噸量的炸藥震源發(fā)展為大容量氣槍陣列定點(diǎn)和走航相結(jié)合的震源激發(fā)方式。

5.2 總體目標(biāo)與階段目標(biāo)

根據(jù)主動(dòng)源激發(fā)的地震波記錄的走時(shí)和振幅信息，用先進(jìn)的地震學(xué)方法綜合確定福建及臺(tái)灣海峽二維、三維地殼結(jié)構(gòu)模型，了解和研究地殼上地幔的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組成、物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)以及熱力學(xué)狀態(tài)，查明其深部構(gòu)造背景，對(duì)于理解本區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)機(jī)理和地震發(fā)生機(jī)制具有重要意義，并可為地震定位、地震預(yù)警和地震工程等研究和工程運(yùn)用提供背景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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王善雄，李培，任叢榮，黃天洲，蔡輝騰，王林，陳偉，黃宗林。