徐紀(jì)人 趙志新 曾祥芝（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037）

深井地球物理觀測(cè)與東海深井長(zhǎng)期觀測(cè)的最新進(jìn)展

徐紀(jì)人 趙志新 曾祥芝
（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037）

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。東海深井地球物理長(zhǎng)期觀測(cè)是我國(guó)開展深井地震學(xué)觀測(cè)研究邁出的第一步。

20世紀(jì)70年代起，國(guó)外地球物理學(xué)界開始從地面觀測(cè)向地下深井發(fā)展，前蘇聯(lián)等國(guó)相繼進(jìn)行了不同深度的科學(xué)鉆探。1995年國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃（ICDP）組織成立，中國(guó)為其成員國(guó)之一。此后隨著項(xiàng)目的進(jìn)行與發(fā)展，世界發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)家規(guī)劃建設(shè)了多個(gè)深井鉆孔與觀測(cè)臺(tái)站，組建了區(qū)域深井觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。近年來(lái)已發(fā)展為深井地球科學(xué)、深井板塊構(gòu)造學(xué)及地球物理學(xué)等多種前沿研究學(xué)科。其中日本在屏風(fēng)山活斷層附近建設(shè)的深井地球物理長(zhǎng)期綜合觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)；美國(guó)在圣安德烈斯斷層實(shí)施的深部觀測(cè)SAFOD項(xiàng)目(San Andress Fault Observatory at Depth)以及德國(guó)KTB項(xiàng)目等。中國(guó)臺(tái)灣科學(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1 300 m深鉆孔內(nèi)安裝設(shè)置了一組7臺(tái)深井地震儀進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。其觀測(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位。根據(jù)微震活動(dòng)研究斷裂帶上閉鎖段的位置并進(jìn)行地震預(yù)報(bào)，其精度和靈敏度是常規(guī)地面觀測(cè)無(wú)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(lái)自地球內(nèi)部的真實(shí)信息。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。

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)并深受地震災(zāi)害的國(guó)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)的重要性。江蘇東海中國(guó)大陸科學(xué)鉆探深井長(zhǎng)期觀測(cè)站地處華北地塊與揚(yáng)子地塊交界蘇魯造山帶的超高壓變質(zhì)帶上，位于我國(guó)郯廬斷裂帶以東約30 km的地方，是中國(guó)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。郯廬斷裂帶是我國(guó)東部規(guī)模最大的活動(dòng)構(gòu)造，歷史上曾發(fā)生過(guò)1668年郯城8.5級(jí)等大地震。

經(jīng)過(guò)數(shù)年的調(diào)研與籌備，我們于2011年夏在江蘇東海深鉆現(xiàn)場(chǎng)的5158 m深主孔內(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(gè)不同深處，并于2011年11月起投入了實(shí)驗(yàn)性觀測(cè)。

到目前為止，東海深井地震觀測(cè)取得了初步觀測(cè)研究成果。資料顯示，深井地震記錄明顯優(yōu)于常規(guī)地面臺(tái)站。深井地震觀測(cè)可以清晰地記錄到地面常規(guī)地震臺(tái)無(wú)法觀測(cè)到的周圍發(fā)生的震級(jí)0左右的微小地震。地震觀測(cè)的信噪比隨著深度明顯增加。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(guó)在深井長(zhǎng)期觀測(cè)研究領(lǐng)域的空白，為我國(guó)在該領(lǐng)域里趕超世界先進(jìn)水平邁出了第一步。目前，我們正在利用地面與設(shè)置于主孔4個(gè)深度上的地震儀，進(jìn)行地面與不同深度深井觀測(cè)資料的對(duì)比觀測(cè)研究，定性定量地研究深井地震儀不同深度的觀測(cè)能力與地震波信噪比變化規(guī)律；研究不同深度巖層的地震波形非線性增幅效應(yīng)特征；并利用高精度的深井地震觀測(cè)資料進(jìn)行郯廬斷裂帶微小地震活動(dòng)及其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特征研究，探索進(jìn)行大陸內(nèi)部活斷層的地震預(yù)報(bào)研究。