深井地球物理觀測與東海深井長期觀測的最新進展

徐紀人 趙志新 曾祥芝（中國地質科學院地質研究所，北京 100037）

深井地球物理觀測與東海深井長期觀測的最新進展

徐紀人 趙志新 曾祥芝
（中國地質科學院地質研究所，北京 100037）

深井地震與地球物理觀測(Borehole Seismology)是21世紀的一項嶄新的高科技項目。東海深井地球物理長期觀測是我國開展深井地震學觀測研究邁出的第一步。

20世紀70年代起，國外地球物理學界開始從地面觀測向地下深井發展，前蘇聯等國相繼進行了不同深度的科學鉆探。1995年國際大陸科學鉆探計劃（ICDP）組織成立，中國為其成員國之一。此后隨著項目的進行與發展，世界發達國家的科學家規劃建設了多個深井鉆孔與觀測臺站，組建了區域深井觀測臺網。近年來已發展為深井地球科學、深井板塊構造學及地球物理學等多種前沿研究學科。其中日本在屏風山活斷層附近建設的深井地球物理長期綜合觀測臺網；美國在圣安德烈斯斷層實施的深部觀測SAFOD項目(San Andress Fault Observatory at Depth)以及德國KTB項目等。中國臺灣科學家們在1999年發生集集大地震的車籠埔斷裂帶進行了TCDP(Taiwan Chelungpu-fault Drilling Project)科學鉆探，并于2006年在1 300 m深鉆孔內安裝設置了一組7臺深井地震儀進行長期觀測。其觀測實踐證明，深井觀測可以記錄到斷裂帶上發生的震級為0～－2級極微弱的地震并能精確定位。根據微震活動研究斷裂帶上閉鎖段的位置并進行地震預報，其精度和靈敏度是常規地面觀測無法達到的。實踐證明，深井長期觀測是照亮地球內部的一盞科學明燈，它使地學研究直接深入到地球內部，能夠有效地排除地面噪音，直接獲取來自地球內部的真實信息。觀測資料可以客觀地反映地球內部狀態與變化，提高了研究效益，縮短了研究周期。

我國是一個地震多發并深受地震災害的國家，2008年汶川8級大地震的慘痛教訓使我們更加深刻地認識到開展深井觀測的重要性。江蘇東海中國大陸科學鉆探深井長期觀測站地處華北地塊與揚子地塊交界蘇魯造山帶的超高壓變質帶上，位于我國郯廬斷裂帶以東約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。郯廬斷裂帶是我國東部規模最大的活動構造，歷史上曾發生過1668年郯城8.5級等大地震。

經過數年的調研與籌備，我們于2011年夏在江蘇東海深鉆現場的5158 m深主孔內，首次進行了深井觀測地震儀設置安裝的一期工程，將4套8組耐高溫高壓的短周期深井地震儀器分別安裝在4050 m、2 545.5 m、1559.5 m和 544.5 m等4個不同深處，并于2011年11月起投入了實驗性觀測。

到目前為止，東海深井地震觀測取得了初步觀測研究成果。資料顯示，深井地震記錄明顯優于常規地面臺站。深井地震觀測可以清晰地記錄到地面常規地震臺無法觀測到的周圍發生的震級0左右的微小地震。地震觀測的信噪比隨著深度明顯增加。東海深井長期觀測站為成功構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域的空白，為我國在該領域里趕超世界先進水平邁出了第一步。目前，我們正在利用地面與設置于主孔4個深度上的地震儀，進行地面與不同深度深井觀測資料的對比觀測研究，定性定量地研究深井地震儀不同深度的觀測能力與地震波信噪比變化規律；研究不同深度巖層的地震波形非線性增幅效應特征；并利用高精度的深井地震觀測資料進行郯廬斷裂帶微小地震活動及其構造運動動力學特征研究，探索進行大陸內部活斷層的地震預報研究。