宜昌地震監(jiān)測中心站觀測臺站選址科學(xué)性分析

安一凡 王 慧 涂先新 曾智輝

（1、中國地震局地震研究所（地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），湖北 武漢430071 2、湖北省地震局，湖北 武漢430071 3、湖北省地震局宜昌地震監(jiān)測中心站，湖北 宜昌443100）

為了使地震觀測能夠獲得精準(zhǔn)的地震信息，對地質(zhì)構(gòu)造、巖層性質(zhì)、場址周圍的干擾源和交通通訊等條件進(jìn)行了全面的科學(xué)考察，注重考慮地球科學(xué)中的地質(zhì)構(gòu)造關(guān)鍵位置、觀測條件有利的地區(qū)。這就為地震觀測臺站地址的選擇提出了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臈l件和要求，科學(xué)選定符合地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地震臺站建設(shè)規(guī)范》的觀測場址，是穩(wěn)定和高精度獲取地震和前兆信息的基礎(chǔ)。

1 宜昌地震監(jiān)測中心站臺網(wǎng)概況

宜昌地震監(jiān)測中心站位于湖北省西南部（行政區(qū)劃地址為宜昌市夷陵區(qū)小溪塔街道辦丁家壩社區(qū)謝家灣路6 號），是全國地形變臺網(wǎng)基本臺。地理坐標(biāo)：東經(jīng)111.31 度，北緯30.78 度，海拔高度58 米，占地面積7407.39 平方米。行政隸屬湖北省地震局。承擔(dān)著全國定點(diǎn)形變觀測、三峽大壩監(jiān)測、以及湖北省地震觀測和預(yù)報三大任務(wù)。

宜昌地震監(jiān)測中心站負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)當(dāng)陽地磁觀測站、秭歸歸州以及荊州紀(jì)南流體觀測站；負(fù)責(zé)宜昌臺站內(nèi)的形變、重力、氣象三要素的觀測和數(shù)據(jù)處理；負(fù)責(zé)宜昌興山、宜昌臺、宜昌宜都、荊州松滋、荊州石首的測震觀測；負(fù)責(zé)三峽井網(wǎng)（大河口、周坪、韓家灣、丁家坪、茅坪、高家溪、屈家灣、郭家壩共8 個測站）的地下流體觀測和運(yùn)維。臺網(wǎng)站點(diǎn)分布如圖1 所示。

三十多年來，宜昌地震監(jiān)測中心站資料成果優(yōu)異，觀測資料連續(xù)保持了全國領(lǐng)先地位，先后獲得國家地震局防震減災(zāi)優(yōu)秀成果二等獎1 次、湖北省科技進(jìn)步二等獎1 次、省地震局防震減災(zāi)優(yōu)秀成果二等獎2 次，三等獎8 次，四等獎7 次；2003-2012洞體應(yīng)變潮汐觀測（SS-Y）資料全國連續(xù)十年前三，2007、2011、2012 年重力潮汐觀測(DZW)資料3 次進(jìn)入全國前三，地傾斜綜合觀測資料全國評比每年全國優(yōu)秀。

2 地震觀測臺站的科學(xué)選址

圖1 宜昌地震監(jiān)測中心站轄區(qū)測震臺分布概況

地震觀測臺網(wǎng)的臺站布設(shè)，在滿足環(huán)境條件的前提下，必須符合地球科學(xué)中測震、形變、電磁、流體各相應(yīng)學(xué)科（轉(zhuǎn)下頁）開展觀測與基礎(chǔ)研究的科學(xué)要求，優(yōu)先考慮地球科學(xué)中的熱點(diǎn)、地質(zhì)構(gòu)造關(guān)鍵位置、觀測條件有利的地區(qū)。這就為地震觀測臺站地址的選擇提出了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臈l件和要求，也是獲得更多和精確的地震信息的基礎(chǔ)。

宜昌地震監(jiān)測中心站網(wǎng)是一個綜合性、多用途、開放型、數(shù)據(jù)資源共享、統(tǒng)一的觀測網(wǎng)絡(luò)，具有連續(xù)動態(tài)監(jiān)測功能。15 個基準(zhǔn)臺站，重點(diǎn)分布在轄區(qū)內(nèi)重要活動帶上，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的基本框架，以高精度和高穩(wěn)定性的觀測技術(shù)獲取大范圍和時空密集的地殼運(yùn)動觀測數(shù)據(jù)，為地震的前兆預(yù)報提供關(guān)鍵性依據(jù)。

2.1 宜昌地震臺

宜昌地震監(jiān)測中心站屬國家形變基本臺和省級綜合臺站，位于宜昌市夷陵區(qū)森林公園內(nèi)，地處長江三峽、葛洲壩、清江隔河巖三大水利樞紐工程交匯處。宜昌地震監(jiān)測中心站主要承擔(dān)形變、重力、氣象三要素的觀測，臺站的周圍環(huán)境和地質(zhì)條件滿足地震觀測與基礎(chǔ)研究的科學(xué)要求。

2.1.1 地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

宜昌地震監(jiān)測中心站在地質(zhì)構(gòu)造上位于上揚(yáng)子褶皺帶黃陵斷塊東南緣，東南距北東向新場一古老背斜斷裂帶約20 千米，西南距北西向天陽坪斷裂30 千米，北東距北西向霧都河斷裂和北北西向遠(yuǎn)安斷裂帶分別為20 千米和30 千米，這些邊界構(gòu)造均為第四紀(jì)活動斷裂，使近代地震活動較為顯著。

圖2 典型遠(yuǎn)震同震響應(yīng)分鐘值記錄圖

2.1.2 主要職責(zé)

宜昌地震監(jiān)測中心站主要負(fù)責(zé)形變、重力、氣象三要素的觀測。圖2 是2020 年1 月29 日典型遠(yuǎn)震同震響應(yīng)分鐘值記錄圖。

2.2 三峽井網(wǎng)

以監(jiān)測水庫誘發(fā)地震的地下水前兆為目標(biāo)布設(shè)的三峽觀測井網(wǎng)，該井網(wǎng)由8 口觀測井組成，分別布設(shè)在三峽水庫的壩區(qū)和庫首，整個井網(wǎng)東西向約20Km，南北向約15Km；壩區(qū)的井間距為5-10Km，庫首區(qū)的井間距為10-20Km。

2.2.1 地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

三峽井網(wǎng)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的基本特征是四周都是方向不同的斷裂，主要有霧渡河斷裂、新華斷裂、高家沖斷裂、水田壩斷裂、長木坨斷裂、仙女山斷裂、九灣溪斷裂、天陽坪斷裂、太平溪斷裂帶等。

山峽井網(wǎng)的8 個觀測井位分別布設(shè)在高家沖斷裂、長木坨斷裂、太平溪斷裂、仙女山斷裂和九灣溪斷裂的上、下盤和交匯處，三峽井網(wǎng)的布設(shè)與觀測井的建設(shè)科學(xué)合理,為誘發(fā)地震前兆監(jiān)測奠定了良好的基礎(chǔ)。井網(wǎng)觀測井分布和主要斷裂走向如圖3 所示。

圖3 三峽井網(wǎng)觀測井分布和主要斷裂走向圖

2.2.2 主要職責(zé)

三峽井網(wǎng)主要負(fù)責(zé)三峽庫區(qū)的地下流體觀測，觀測項(xiàng)目以水位為主，以及水溫與氣象的輔助觀測。監(jiān)測庫水位變化對庫區(qū)地下水動態(tài)的影響，分析作為誘發(fā)水庫地震的重要因素的孔隙壓力及滲流場的變化，通過對地下水動態(tài)場的時空演化特征的研究，分析地殼應(yīng)力及斷裂活動的狀況，對水庫誘發(fā)地震發(fā)生的危險性做出判斷與預(yù)測。

2.3 荊州觀測井

荊州地下流體觀測站位于荊州市荊州區(qū)紀(jì)南鄉(xiāng)松柏村七組，于1976 年11 月3 日由江漢石油管理局成井，1991 年2 月建站，1991 年6 月納入國家臺網(wǎng)，1992 年8 月通過國家地震局驗(yàn)收并正式投入觀測。

2.3.1 地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

荊州觀測井的經(jīng)緯度為112.19 °E，30.42 °N，所處區(qū)域位于長江中游平原江陵凹陷西緣，北西向沙市斷裂和陵北斷裂在附近交匯，井周圍地面平坦開闊，微向長江傾斜，無常年性流水。荊州觀測井深度達(dá)1000 多米，井下地層組合較復(fù)雜：地面至45m 段為第四系沖- 洪積（層），較疏松、微透水；45-730m 段為新第三系，上部為泥巖和砂巖，后者含裂隙水厚4～20m，下部為泥巖夾砂巖，地下水不發(fā)育；730-1330m 段上部為泥巖，中下部為砂泥巖石層，底部為油頁巖和新生代玄武巖，基本上無水。其地理位置和地質(zhì)條件比較適合流體觀測。

圖4 荊州觀測井氣壓、水位與氣壓系數(shù)日均值對比圖

2.3.2 主要職責(zé)

荊州觀測井主要測項(xiàng)是水溫和井水位，輔助測項(xiàng)為氣象三要素。通過不間斷地觀測地下水的水位、水溫、水質(zhì)成分、特殊氣體含量等參數(shù)，對其變化進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而獲得地震前兆信息。屬于地震微觀前兆觀測手段之一，用于地震監(jiān)測預(yù)報活動。圖4 是觀測的氣壓、水位與氣壓系數(shù)日均值對比圖。

3 觀測臺站科學(xué)選址淺析

國家地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地震臺站建設(shè)規(guī)范》，為地震觀測臺站觀測場地的選址制定了科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是為后續(xù)的地震觀測能夠獲取高精度的地震信息奠定良好的基礎(chǔ)。

3.1 形變觀測

3.1.1 為了研究地殼運(yùn)動，以監(jiān)視地震活動，地形變測量工作主要是在活動構(gòu)造帶、多震地區(qū)和具有一定潛在地震危險的重點(diǎn)地區(qū)，以及大型水庫區(qū)等要害地區(qū)進(jìn)行。

3.1.2 形變監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)布設(shè)在活動構(gòu)造帶的端部，拐折、分叉和交部位，且跨越活動構(gòu)造帶。

3.1.3 基巖完整、出露、堅(jiān)硬。地震時，劇烈的波動沿著基巖傳輸。基巖越完整，地震臺的儀器越能更多捕捉、記錄到地震和地震前兆信息。

3.2 地下流體觀測

3.2.1 地下流體觀測井應(yīng)選在地應(yīng)力容易集中的地方，如活動斷裂帶，特別是深大斷裂帶的端點(diǎn)、拐點(diǎn)、交匯點(diǎn)，由于這些斷裂帶切入地殼很深，形成了許多地下水的天然通道。當(dāng)巨大塊體相對運(yùn)動時，斷裂帶是地下活動最巨烈的地方，同時也是地下水最活躍的地方。

3.2.2 地下流體綜合觀測井應(yīng)選在具有一定封閉條件的承壓含水地層，這種含水層受降雨、滲透、蒸發(fā)的影響很小。能客觀的反應(yīng)地殼的應(yīng)變狀態(tài)。

3.3 觀測臺站選址的科學(xué)性

3.3.1 宜昌臺站山洞進(jìn)深200 米, 臺基為白堊系下統(tǒng)石門組礫巖，巖石堅(jiān)硬，膠結(jié)完整。洞頂覆蓋厚度達(dá)29 米, 洞溫18.02℃，年變化小于0.2℃，滿足多種形變儀器對觀測環(huán)境的要求。取得了洞體應(yīng)變潮汐觀測（SS-Y）資料全國連續(xù)十年前三，重力潮汐觀測(DZW)資料3 次進(jìn)入全國前三，地傾斜綜合觀測資料全國評比每年全國優(yōu)秀。

3.3.2 三峽觀測井網(wǎng)井位的選擇，主要依據(jù)了地下水動態(tài)為映震靈敏條件的科學(xué)認(rèn)識, 選擇了斷裂帶及其應(yīng)力易集中的端點(diǎn)、拐點(diǎn)與交點(diǎn)等特殊構(gòu)造部。三峽庫區(qū)地下水動態(tài)觀測井網(wǎng)由8 口觀測井組成,井深為100～200m,均揭露出封閉性較好的承壓含水層(帶)。三峽井網(wǎng)8 口井水位，對固體潮、氣壓等外力作用有較強(qiáng)的響應(yīng)能力，而且對地震波作用也有較強(qiáng)的響應(yīng)能力。該井網(wǎng)具有一定的地震前兆監(jiān)測能力。

井網(wǎng)數(shù)據(jù)具有較高的內(nèi)在質(zhì)量, 不僅可為一定震級以上的水庫誘發(fā)地震趨勢預(yù)測提供地下水前兆依據(jù), 而且還可為水庫誘發(fā)地震研究提供有價值的研究和參考資料。

3.3.3 荊州觀測井，整體運(yùn)行良好，觀測信息數(shù)據(jù)完整有效，固體潮形態(tài)清晰。

4 結(jié)論

通過宜昌臺、山峽觀測井網(wǎng)和荊州觀測井的觀測場地（測震臺站地址）的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境的列舉分析，科學(xué)合理的進(jìn)行測震臺站觀測場地的選定，能夠最大限度的減少周圍環(huán)境的干擾噪聲，而符合行業(yè)技術(shù)規(guī)范要求的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境能夠最大限度的觀測獲取到高精度、高分辨的地震和前兆信息。