深井地球物理综合观测仪：伸入地球内部的“显微镜”

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7月27日，在江苏东海县安峰镇毛北村“亚洲第一井”中国大陆科学钻探工程长期观测站，来自中国、新西兰、美国的地质专家正在加紧安装中国大陆第一台深井地球物理综合观测仪。CFP供图

    8月10日，来自国土资源部的消息显示，目前，位于江苏省东海县的中国大陆科学钻探工程主井现场，正在安装深井地球物理观测仪，这标志着中国大陆科学钻探深井地球物理长期观测站即将建成。它是目前世界最深的深井地球物理长期观测站，也是我国第一个无地面干扰的深井地震地球物理长期观测站。

    届时，观测站将发挥地下“显微镜”的功能，发回极具深度的地球之音，从而为地震预报提供精密的第一手数据。

    5158米，世界最深地震仪

    据中国地质科学院地质研究所研究员、地球物理学博士徐纪人介绍，在5158 米主孔内设置仪器，进行长期观测，刷新了世界深井地球物理综合观测的最深记录,不仅填补了我国在深井观测研究的空白, 而且使我国在地球科学的领域里, 跨入世界先进国的行列。

    据介绍，此次安装的深井地球物理综合观测仪一共4套，计划分4个层次安装：深井三分量地震仪、地温测量仪器的感应器将设置于主孔井底5158米、3500米、2500米和1500米等4个深度上。此外，在3500米处设置流体压力测量仪器，同时进行井下流体压力变化的精密观测。“整个深井地球物理仪器系统由井下感应器系统和地面资料转换、存储记录、传输设备以及资料解析研究等系统组成”，徐纪人说。

    “显微镜”，伸入地球内部

    由于城市化、工业化、现代化发展带来的各种噪音以及地球表面效应，严重干扰了地表观测效果。为了消除地面干扰噪音，捕捉到来自地下的真实信息，建立深井地球物理观测站，进行长期观测是唯一途径。

    徐纪人表示，深井长期观测可以直接监视超高压变质带现代岩石圈地壳运动和内部物理场变化状况, 研究其动力学规律,为研究大陆内陆板块造山带运动、板内地震活动以及地球物理场的长期变化，为我国资源开发、环境变化、地震地质灾害预防以及研究大陆内部岩石圈构造、地震发生机制等提供科学依据。

    自7月26日动工安装的深井地球物理综合仪就是用以进行深井长期观测的精密仪器，徐纪人将它比作伸入地球内部的“显微镜”和“望远镜”，能够精确观测地球内部各种细微的变化，并得出观测数据。

    1—2个数量级，地震监测能力提高

    从地表、浅井与深井对比观测结果来看，深井地球物理长期观测可以有效地排除各种地面噪音干扰，大大提高对微小地震及微弱地球物理信息的观测能力。

    徐纪人介绍称，深井地球物理综合观测仪器安装设置成功后，预计可以监测江苏东海县郯庐断裂带及其周围发生的震级为0—1级的微小地震活动。与地面地震观测相比，监测能力将提高1—2个数量级。当然，如果发生汶川大地震那样的大地震，即使震源远隔千山万水，地震仪也可精确快速捕捉到地震波。

    选址东部，长期观测

    至于为何选址江苏东海县，中国地质科学院地质研究所副所长高锦曦解释，“东海县处于郯庐地震带附近，监测地震带上的地震活动、取得高精度资料数据是其中的一个因素，但还有其他科研因素。”

    地震活动性研究结果表明，中国东部地震活动有周期长、震级大、受害严重等特点。由于东部人口密度大、大城市密集，政治、经济活动集中等原因，历史上遭受自然灾害损失最重的地震大都发生在我国东部，如唐山地震造成24 万余人死亡，成为20世纪的世界之最。郯庐断裂是我国东部规模最大的活动构造，历史上沿该断裂带曾发生过1668年郯城8.5级等多次大地震，仅1668年地震就有数万人死亡，是中国历史上震级最大、受害最重的地震之一。

    徐纪人介绍，虽然近年来郯庐断裂的活动水平较低，但是并不排除发生大地震的可能性。20世纪90年代以来，我国东部虽然增加了地震、地球物理等观测力度，但是由于东部地区现代化、城市化、工业化的高速发展，常规观测的精度已经远远达不到地震、地质灾害监视预报和现代地学发展的要求。“选择在我国东部开展深井长期观测与研究无疑是必要的，这将在保护我国东部地区免受或减轻地震、地质灾害，实现地震预报等方面发挥极其重要的监视作用。”徐纪人说。  （实习生 覃梦妮 综合报道）

    ——— 延伸阅读 ———

    我国深井地球物理观测站建立过程一览

    2001年8月4日，被称为“亚洲第一井”的中国大陆科学钻探超深井开钻，是“九五”国家重大科学工程项目。

    2004年12月26日，当时尚在钻进中的超深井就记录到了4100公里外的印尼苏门答腊9.3级地震引起的深部地下流体异常变化。

    2005年3月，钻探全面结束，井深5158米，成为亚洲第一的地球物理超深井。

    2011年7月26日，深井地球物理综合观测仪实施深井安装作业，预计8月竣工。中国地质科学院在此建立长期观测站，进行深井地球物理综合观测。

    部分国家深井地球物理观测情况

    日本：2000年，1000米以下的深井地震观测站已有22所，深井综合观测的台数逐年增加，并在伊豆半岛地震群、神冈矿山活断层、南非金矿等观测研究项目中取得成功经验。2003年，日本科学家在岐阜屏山活断层附近的1020米深井中，设置了目前世界最先进的，包括高精度地震、应变、倾斜、地磁和地热的长期综合地球物理观测仪器，并进行了不同深度的初期应力测量。结果表明，与地面观测相比，能提高观测精度1—2个数量级。

    德国：世界著名的德国超深井钻井计划（简称KTB），钻井现场有世界最先进的地表与深井长期观测系统，开展深井地球物理及流体、地球化学等观测与研究。德国科学家建立了深井地壳长期科学试验观测站，系统地进行地应力、地震等科学观测。2002—2007年期间进行水压实验等观测与研究。在此之前已完成了4000米先导孔注水，利用40台宽频地震仪，进行注水诱发地震的实验观察研究，发现了该区所有的诱发地震截止于10千米深度。

    美国：进行圣安德列斯断层深部长期观测（简称SAFOD）。这是一个以深井观测为主的重大科研项目。其主要内容是在太平洋与北美板块边界地震活动区域的深钻孔井内直接观测深部地球物理状态与变化。SAFOD主孔采取从地面到220米深为垂直钻井，随后向地震源区转向倾斜打钻，终孔于4000米深的圣安德列斯断层震源内。主孔的工程和观测项目划分为三个阶段进行，采取了钻孔—观测—钻井—观测，最后深入到震源内进行20年长期观测的独特程序。


(科技日报)

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