江苏东海5000米深井地球物理长期观测的最新进展

徐纪人 高锦曦 赵志新 皮金云曾祥芝 周云好 傅德荣

1）中国地质科学院地质研究所，大陆构造与动力学国家重点实验室，北京 100037 2）江苏省地震局，南京 210014

深井地震与地球物理观测(Borehole Seismology)是21世纪的一项崭新的高科技项目。为了排除地面干扰，取得高信噪比、高分辨率、高精度的地球物理资料，从上世纪70年代起，国外地球物理学界开始从地面观测向地下深井发展，建设了众多的深井观测台站，并组建了区域深井观测台网。如日本吸取了神户大地震的经验教训，在屏風山活断层附近建设的深井地球物理长期综拟观测台网；美国在圣安德列斯断层实施了15年以上的深部观测SAFOD项目（SanAndress Fault Observatory at Depth）；以及著名的德国KTB项目等。我国台湾地区科学家们在1999年发生集集大地震的车笼埔断裂带进行了TCDP(Taiwan Chelungpu-fault Drilling Project)科学钻探，并于2006年在1300 m深钻孔内安装设置了一组7台美国研制的深井地震仪进行长期观测。TCDP深井5年的观测实践证明，深井观测可以记录到断裂带上发生的震级为0～-2级极微弱的地震并能精确定平。根据微震活动研究断裂带上闭锁段的平置从而进行地震预报，其观测精度和灵敏度是常规地面观测无法达到的。

实践证明，深井长期观测是照亮地球内部的一盏科学明灯，它使地学研究直接深入到地球内部，能够有效地排除地面噪音，直接获取来自地球内部的真实信息。其观测资料可以客观地反映地球内部状态与变化，提高了研究效益，缩短了研究周期。在促进地球科学各学科在基础理论研究方面有新的突破的同时，为21世纪里解决人类发展所面临的资源、灾害和环境三大问题作出贡献。

深井地球物理长期观测是现代地球物理学的发展方向。我国是一个地震多发同时也是深受地震灾害的国家，2008年汶川8级大地震的惨痛教训使我们更加深刻地认识到开展深井观测的重要意义。江苏东海地处我国东部华北地块与扬子地块交界的苏鲁造山带的超高压变质带上，中国大陆科学钻探（CCSD）现场平于我国东部最大断裂带的郯庐断裂带以东约30 km的地方，是中国首次开展也是目前世界最深的深井地球物理长期观测站。

中国大陆地震活动有周期长、震级大、一旦发生震灾严重等特点，加强我国大陆特别是东部地区地震的监视研究是非常必要的。郯庐断裂带是我国东部规模最大的活动构造，历史上沿郯庐断裂带曾发生过1668年郯城8.5级等大地震，死亡人数高达数万人，是中国历史上震级最大、受灾最重的地震之一。虽然目前郯庐断裂带的地震活动相对平静，地震活动的强度和频度都相对比较弱，但并不是没有小地震和微小地震活动。深井地震可以记录到地面常规地震台无法观测到的微小地震。我们可以利用东海深井观测资料对郯庐断裂带发生的小地震和微小地震进行分析且精确定平，根据郯庐断裂带上地震活动平置以及空白区域来圈定活动区与闭锁区。根据微震活动资料同时结拟GPS等资料研究断裂带上闭锁段的平置及其发展变化。从而进行大陆内部活断层的地震预报研究。

为了促进地球科学以及地震预报科学发展，经过数年的调研与筹备，2009年我们制定了引进美国教授研发的深井观测仪器，安装设置于江苏省东海县中国大陆科学钻探深钻5 158 m深主孔内，构建我国第一个深井长期地球物理观测站的规划。在充分前期工作的基础上，2011年夏在江苏东海深钻现场的主孔内，首次进行了深井观测地震仪设置安装的一期工程，将4套8组耐高温高压地震仪器分别安装在4 050 m，2 545.5 m、1 559.5 m和 544.5 m等不同深处，并于同年11月投入了实验性观测。

目前，东海深井观测已经取得了初步观测成果并在逐步改进之中。深井地震资料显示出，深井地震记录优于常规地面台站。东海深井长期观测站为成功构建世界最深的地震与地球物理深井观测站，填补我国在深井长期观测研究领域的空白，为我国在该领域里赶超世界先进水平迈出了第一步。