探訪“地學(xué)長江計劃”安徽實驗

工作區(qū)域位置示意圖

安徽省內(nèi)的秦嶺-大別造山帶是中國東部的一級構(gòu)造單元，將我國東部分割成華北與揚子地塊。同時，郯廬斷裂帶是一條貫穿巖石圈大斷裂，歷史上曾發(fā)生中國東部最大的郯城8.5級（1668年）大地震，斷裂帶中南段也位于安徽省。安徽省獨有的地質(zhì)構(gòu)造條件及地理位置（長江中下游），為利用天然水體激發(fā)人工地震波探測地下結(jié)構(gòu)提供了天然的科學(xué)實驗場地，對區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究、礦產(chǎn)能源調(diào)查以及沿江城市地下環(huán)境監(jiān)測等具有極其重要的意義。大容量氣槍震源激發(fā)信號具有綠色環(huán)保，低頻成分豐富、信噪比高、高度可控、傳播距離遠及信號重復(fù)性好等優(yōu)點，是開展深部探測的理想震源之一。

延平2號震源船

低頻震源車實時監(jiān)測

長江流域地下結(jié)構(gòu)和應(yīng)力變化探測科學(xué)計劃（簡稱地學(xué)長江計劃）是一項大型綜合地球科學(xué)探測計劃，由長江流域的研究院所、高等院校和科研機構(gòu)聯(lián)合組建跨行業(yè)、跨部門、跨區(qū)域的科研團隊，通過探測長江流域的地下結(jié)構(gòu)和應(yīng)力變化，服務(wù)于長江經(jīng)濟帶的礦產(chǎn)、能源、大地構(gòu)造演化、交通、水力、考古等行業(yè)領(lǐng)域?！暗貙W(xué)長江計劃”涉及到多個行業(yè)部門和沿江省份，實施規(guī)模大，參加人員多。因此，首先選取長江流域安徽段作為“地學(xué)長江計劃”的先期實驗區(qū)。

科學(xué)目標 一是通過探測郯廬斷裂帶南段的地殼速度結(jié)構(gòu)，研究巨型平移斷裂的端部效應(yīng)；二是利用密集觀測臺陣，獲取秦嶺－大別造山帶與郯廬斷裂帶交叉部位（霍山震群窗）的深部構(gòu)造特征；三是對比深部結(jié)構(gòu)探測結(jié)果與前期工作，探索長江中下游成礦帶的范圍、特征與形成機制。

技術(shù)目標 一是研發(fā)沿江500～600 km范圍以內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)探測技術(shù)系統(tǒng)，驗證在長江水體中激發(fā)人工地震波的可行性，發(fā)展強噪聲背景下微弱信號提取的新理論和新技術(shù)；二是引入低頻（1.5～15Hz）可控震源車，研究低頻可控震源數(shù)據(jù)處理的新方法；三是建立統(tǒng)一格式的海量觀測數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺。

試驗方法 一是選取馬鞍山——安慶流域（310 km）的天然水體，采用氣槍震源船和陸地低頻震動車為移動式震源，采取震源固定點激發(fā)與走航式激發(fā)相結(jié)合的方式，通過沿長江300 km范圍的固定臺站，以及沿江布設(shè)的流動地震儀進行觀測；二是通過在水域激發(fā)氣槍，利用水下或陸上流動地震儀接收地下界面反射或折射的地震波，可產(chǎn)生寬角長炮檢距的地震記錄截面以進行深地殼速度結(jié)構(gòu)成像，研究地殼深部的速度結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造。

試驗過程 實驗分為準備階段和實施階段。準備階段是在實驗進行之前的9小時前，選取長江馬鞍山附近水深滿足實驗條件的水域進行固定點激發(fā)，以確定單槍能傳多遠，多槍能傳多遠，定點激發(fā)多少次合適。

（一）準備階段

第1組由福建省地震局負責(zé)。氣槍震源船定點激發(fā)100次。激發(fā)時準確記錄激發(fā)位置（經(jīng)緯度）、激發(fā)時間、激發(fā)信號結(jié)構(gòu)；第2組由中國地震局地球物理所負責(zé)，安徽省地震局參加。完成實驗區(qū)周邊300 km范圍以內(nèi)固定地震臺數(shù)據(jù)實時接入。當震源船在馬鞍山進行定點激發(fā)后，3小時內(nèi)處理完所有固定傳輸臺站資料，并提交指揮部；第3組由福建省地震局負責(zé)，安徽省地震局參加。在設(shè)計的20個定點激發(fā)位置附近的河岸上選擇20個點，每個點對應(yīng)一個定點激發(fā)位置，布設(shè)能夠?qū)崟r傳輸?shù)亩讨芷诹鲃拥卣饍x，用來記錄震源函數(shù)。該點位置的選取不能距離激發(fā)點太近，以避免儀器限幅；不能距離激發(fā)點太遠，以確保盡可能準確記錄震源函數(shù)。當震源船在馬鞍山進行定點激發(fā)后，3小時內(nèi)處理所有傳輸回來的實時數(shù)據(jù)，并提交指揮部。

（二）實施階段

第1組在實驗正式啟動后，由馬鞍山逆流而上，采用流動激發(fā)（1次/0.5 km）與固定激發(fā)（20個固定點）相結(jié)合的方式，連續(xù)工作7晝夜，航行約300 km至安慶上游50 km處。激發(fā)時，需要準確記錄激發(fā)位置（經(jīng)緯度）、激發(fā)時間、信號結(jié)構(gòu)。第4組由物探中心負責(zé)。完成350套短周期流動地震儀的方案設(shè)計、點位堪選、設(shè)備架設(shè)、回收和數(shù)據(jù)預(yù)處理。要求實驗正式開始后儀器全部啟動，至少連續(xù)工作8天，實驗完成后1個月內(nèi)提交全部數(shù)據(jù)及初步處理結(jié)果。第5組由地科院562隊負責(zé)，完成350套短周期流動地震儀的方案設(shè)計、點位堪選、設(shè)備架設(shè)回收和數(shù)據(jù)預(yù)處理。要求實驗正式開始后儀器全部啟動，至少連續(xù)工作8天，實驗完成后1個月內(nèi)提交全部數(shù)據(jù)及初步處理結(jié)果。第6組由東方地球物理公司負責(zé)，中國科技大學(xué)與福建局參加。設(shè)計陸地可控震源振點，開展低頻可控震源車作業(yè)，進行可控震源激發(fā)信號接收實驗，并協(xié)調(diào)福建局震源船，以避免試驗中信號的相關(guān)干擾。第7組由中國科技大學(xué)負責(zé)，地球物理所參加。選定工作區(qū)域，利用不少于40臺流動地震計完成2個微臺陣觀測方案設(shè)計，并開展實驗研究。要求實驗正式開始后儀器全部啟動，至少連續(xù)工作8天，實驗完成后1個月內(nèi)提交全部數(shù)據(jù)及初步處理結(jié)果。第8組由地球物理所負責(zé)，中國科技大學(xué)、安徽局、地科院參加，確保實驗期間20個沿江布設(shè)流動地震儀觀測數(shù)據(jù)的實時傳輸，并搭建數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺，對所有參加單位開放。第9組由安徽局負責(zé)。承擔合肥指揮部、銅陵現(xiàn)場指揮部和數(shù)據(jù)中心的日常工作，負責(zé)與地方政府與相關(guān)部門溝通協(xié)調(diào)，輔助各組開展工作，并提供后勤服務(wù)支持。

（謝瑞杰 王燕燕）

現(xiàn)場考察

現(xiàn)場會

陳颙院士匯報

震源船上

大事件

2015年8月20日，在北京召開安徽實驗實施啟動會。會議商定了實驗分組方案及各組任務(wù)分工，討論部署了下一階段各小組工作任務(wù)。

2015年9月1日，在安徽合肥召開安徽實驗工作協(xié)調(diào)會。會議審議了各單位的實驗準備方案，基本確定實驗時間為10月10－18日，并重點討論了各單位之間的協(xié)同配合問題。

2015年10月13－14日，“地學(xué)長江計劃”安徽實驗現(xiàn)場會在銅陵召開。

資料提供：中國地震局科學(xué)技術(shù)司、安徽省銅陵市地震局