深井地球物理观测与东海深井长期观测的最新进展

徐纪人 赵志新 曾祥芝（中国地质科学院地质研究所，北京 100037）

深井地球物理观测与东海深井长期观测的最新进展

徐纪人 赵志新 曾祥芝
（中国地质科学院地质研究所，北京 100037）

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。东海深井地球物理长期观测是我国开展深井地震学观测研究迈出的第一步。

20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，前苏联等国相继进行了不同深度的科学钻探。1995年国际大陆科学钻探计划（ICDP）组织成立，中国为其成员国之一。此后随着项目的进行与发展，世界发达国家的科学家规划建设了多个深井钻孔与观测台站，组建了区域深井观测台网。近年来已发展为深井地球科学、深井板块构造学及地球物理学等多种前沿研究学科。其中日本在屏風山活断层附近建设的深井地球物理长期综合观测台网；美国在圣安德烈斯断层实施的深部观测SAFOD项目(San Andress Fault Observatory at Depth)以及德国KTB项目等。中国台湾科学家们在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1 300 m深钻孔内安装设置了一组7台深井地震仪进行长期观测。其观测实践证明，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位。根据微震活动研究断裂带上闭锁段的位置并进行地震预报，其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。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。

我国是一个地震多发并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性。江苏东海中国大陆科学钻探深井长期观测站地处华北地块与扬子地块交界苏鲁造山带的超高压变质带上，位于我国郯庐断裂带以东约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。郯庐断裂带是我国东部规模最大的活动构造，历史上曾发生过1668年郯城8.5级等大地震。

经过数年的调研与筹备，我们于2011年夏在江苏东海深钻现场的5158 m深主孔内，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组耐高温高压的短周期深井地震仪器分别安装在4050 m、2 545.5 m、1559.5 m和 544.5 m等4个不同深处，并于2011年11月起投入了实验性观测。

到目前为止，东海深井地震观测取得了初步观测研究成果。资料显示，深井地震记录明显优于常规地面台站。深井地震观测可以清晰地记录到地面常规地震台无法观测到的周围发生的震级0左右的微小地震。地震观测的信噪比随着深度明显增加。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。目前，我们正在利用地面与设置于主孔4个深度上的地震仪，进行地面与不同深度深井观测资料的对比观测研究，定性定量地研究深井地震仪不同深度的观测能力与地震波信噪比变化规律；研究不同深度岩层的地震波形非线性增幅效应特征；并利用高精度的深井地震观测资料进行郯庐断裂带微小地震活动及其构造运动动力学特征研究，探索进行大陆内部活断层的地震预报研究。