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福建地震主動源探測學科發(fā)展研究報告

福建省地震學會

地震主動源探測學科從人工爆破向氣槍震源發(fā)展，從單一主動震源探測向多震源探測結合發(fā)展，從福建陸域探測向臺灣海峽陸海聯(lián)測方向推進。本文詳細介紹了地震主動源的基本原理、研究現(xiàn)狀及進展情況等，并指出了福建省地震主動源探測學科發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，提出了相應的戰(zhàn)略對策。

主動源 氣槍震源 地殼結構 學科發(fā)展

1 概述

地震主動源是利用主動源激發(fā)的地震波在地下巖層中傳播的路徑、時間和波場，探測地下巖層的埋藏深度、形狀和速度結構等幾何和物理屬性，認識地下地質構造，進而發(fā)現(xiàn)隱伏斷裂、特殊地質構造（如發(fā)震斷裂和孕震構造）等地下結構的技術，是一項集物理學、地震學、數(shù)學、計算機科學和工程技術等為一體的綜合性應用探測技術。

了解和研究地殼上地幔的結構構造、物質組成、物質的物理化學性質以及熱力學狀態(tài)，查明其深部構造背景，對于理解本區(qū)域地球動力學機理和地震發(fā)生機制具有重要意義，并可為地震定位、地震預警和地震工程等研究和工程運用提供背景基礎數(shù)據，對發(fā)展地震學理論具有重要的理論和實踐意義。

2 國內外地震主動源探測學科發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外地震主動源探測研究現(xiàn)狀

利用主動源地震資料研究地殼結構可追朔到馬利特的工作，他是利用人工地震對折射波進行觀測的第一人，之后折射方法先后用于鹽丘探測、海洋地殼結構研究以及陸上折射觀測試驗。上世紀下半葉，前蘇聯(lián)和西方發(fā)達國家廣泛開展了深地震測深(Deep Seismic Sounding，DSS)的實驗探測工作。20世紀60～70 年代中期，聯(lián)邦德國在深地震測深方面取得較大的進展。由Giese Prodehl 和Stein 主編的《歐洲中部爆破地震研究》（國家地震局地球物理勘探大隊譯）總結了十幾年探測工作的主要成果，并介紹了新觀點和新認識、新技術和新方法。自國際大地測量和地球物理聯(lián)合會提出全球性的上地幔研究計劃以后，直到上世紀八十年代中期數(shù)字式便攜地震儀出現(xiàn)，這一時期該方法曾先后被歐洲地學斷面等著名地學研究計劃采用，并發(fā)揮了重要作用?？倲埲蛏畈刻綔y的發(fā)展與演化，以美國20 世紀70 年代開始的大陸反射地震探測計劃(COCORP)為標志，各國以地殼和巖石圈結構為目標的探測行動至今已經持續(xù)40余年。據不完全統(tǒng)計，全球深反射地震剖面(CDP)總長約12km×104km，寬角反射/折射地震剖面(DSS)總長約50km×104km，伴隨地震剖面大多數(shù)開展了重、磁測量。另外，通過全球固定地震觀測臺站和天然地震流動臺站采集的天然地震數(shù)據難以估算。當然，還有與地殼、巖石圈變形有關的大地變形測量數(shù)據(GPS、InSA等)。根據各國地球探測計劃的實施目標和技術特征，可以將全球深部探測行動劃分為兩個階段，即:上世紀第一輪探測階段(1970～1999年)和新世紀第二輪探測階段(2000年至今) 。

2.1.1 美國深部探測計劃

COCORP(The Consortium for Continental Reflection Profiling)是美國于20世紀70年代末運用多道地震反射剖面技術系統(tǒng)探測大陸地殼結構的先鋒。COCORP將石油勘探的近垂直反射地震技術發(fā)展到穿透地殼甚至巖石圈的深地震反射技術，在深度和精度上達到了前所未有的程度，開辟了探測地球深部的新紀元。COCORP在美國30個州采集了11000 km長的反射剖面。其中最著名的探測結果有:發(fā)現(xiàn)阿帕拉契亞大規(guī)模、低角度沖斷層，確認了拉拉米基底抬升的逆沖機制，描繪了大陸MOHO的變化特征，包括后造山再均衡的新證據及多起成因(相變) 以及作為構造拆離面的可能作用，新生代裂谷下的巖漿“亮斑”，盆嶺省東部的地殼規(guī)模的拆離斷層，填出美國內陸隱伏前寒武系層序，確定隱伏克拉通典型的元古宙構造2地殼剪切帶等。COCORP的成功帶動了20 多個國家的深地震探測計劃?？导{爾大學科學家在世界范圍參與了一系列深地震探測行動，包括喜馬拉雅/西藏碰撞造山帶的INDEPTH計劃，俄羅斯烏拉爾山的URSEIS探測計劃和南美洲安第斯山脈的ANDES計劃等。實驗成功以來，美國反射地震剖面至今已經完成了60000 km，覆蓋了美國大陸所有構造單元和盆地。

地球透鏡計劃( Earth Scope)是美國國家科學基金會(NSF) 為地球科學在新世紀新設立的、空前規(guī)模的、開創(chuàng)性的科研計劃，是美國繼COCORP之后的第二輪地球探測計劃。在未來20年里，Earth Scope將綜合多學科的理論與方法，對北美大陸地區(qū)的地球構造、地質演化進行全方位研究——從地震的活動中心到單個火山、斷層，到沿著板塊邊界的變形，再到大陸構造。

2.1.2 歐洲深部探測計劃

歐洲深部探測計劃(1982～2001年)旨在實施新一代的重大項目，更好地了解地殼和地幔的構造。歐洲探測計劃挑選9 個目標區(qū)域從事主要研究活動，每個區(qū)域都由高度自治的研究團隊管理，所有的團隊都致力于運用地質學、地球化學、地球物理學相結合的方法，了解地球表層和深層的關系，解釋形成歐洲大陸巖石圈主要特征的過程。歐洲大陸巖石圈大多是造山帶，形成年代從太古宙至今；克拉通內部裂谷也是其重要特征。DEKORP 計劃(1984～1999年) 的目的是探測下地殼和華力西造山帶結構，通過接收、處理和解釋地球物理數(shù)據，取得了對歐洲深部地質結構的新認識。深地震反射揭示了巖石圈不同尺度的各向異性和下地殼的“鱷魚嘴”構造，確定了Moho位置。英國自1981年實施的反射地震計劃(BIRPS2, The British Institutions Reflection Profiling Syndicate) 已完成了20000 km 深地震剖面，覆蓋了英倫三島及大陸架，為北海油田的發(fā)現(xiàn)奠定了深部基礎。意大利的深地殼反射計劃(CROP，CROSTA PROFONDA: Deep Crust)起始于20世紀80 年代，一共完成了近10000 km的反射地震剖面，形成了覆蓋意大利半島及周邊海域的地震剖面網。

2.1.3 俄羅斯深部探測計劃

俄羅斯是世界上最早開展深部探測的國家之一，但是一直以折射地震(DSS) 技術和大地電磁技術為主，累計超過10km×104km。而且，在骨干剖面的交叉點上，部署科學深鉆進行驗證，這在國際上是唯一的，也是非常超前的。其中科拉半島科學鉆深度超過12 km，成為世界上最深的鉆孔，至今仍未超越?？评钽@改變了地球物理探測解釋的許多深部現(xiàn)象，特別是否定了中、上地殼間的物理界面——康氏面，在10 km 深處發(fā)現(xiàn)流體和礦化作用。

2.1.4 加拿大巖石圈探測計劃(LITHOPROBE)

巖石圈探測計劃(1984～2003年) 是加拿大國家級的多學科合作的地球科學研究項目，是為了綜合了解北美大陸北半部的大陸演化而設立的項目。巖石圈探測計劃研究加拿大大陸的演化，研究地幔巖石圈的新方法和若干有關巖石圈變形的數(shù)字化模型以及對巖石圈探測項目的綜合。巖石圈探測項目源于1984年，是在高等院校和加拿大地質調查局的基礎地球科學家的努力下啟動的。加拿大巖石圈探測計劃將北美大陸劃分為十個斷面區(qū)進行探測研究，每一個斷面區(qū)的探測都以深地震反射剖面作為先行方法，切開巖石圈并揭示斷面的結構圖像。

2.1.5 澳大利亞地球探測計劃

澳大利亞聯(lián)邦政府與礦產資源和能源勘探工業(yè)密切合作，建立澳大利亞大陸地球動力學框架，以增強工業(yè)界發(fā)現(xiàn)世界級礦床的能力。AGCRC(1993～2000年)應用數(shù)字模擬技術模擬礦床形成的地球動力學過程，使用數(shù)字模擬技術對單一地質過程進行模擬，如巖石變形、流體和熱事件模擬。AGCRC在探測板塊邊界、地殼三維結構和殼幔過渡帶產狀及上地幔結構同時，開展了全國主要成礦帶和大型礦集區(qū)的3個層次的三維結構探測，通過高分辨率地震反射技術、重磁3D反演技術和構造動力學模擬技術，獲得了主要成礦帶的地殼結構、成礦系統(tǒng)結構和礦集區(qū)熱—變形—流體控制成礦的演化過程。

2.2 國內地震主動源探測研究現(xiàn)狀

我國用主動源地震研究地殼結構始于曾融生院士在青海柴達木盆地的折射試驗探測工作。后來在華北盆地進行過深地震反射剖面試驗。上世紀90年代初以來，經過多次國際合作，掌握了深地震反射剖面和寬頻地震觀測技術。目前，我國地球物理學家已在喜馬拉雅山、秦嶺、北祁連山、西昆侖山、天山、大別山等山區(qū)進行了深反射地震剖面探測，數(shù)據采集質量和處理解釋已為國際同行認可，達到一流水準。其中，中美等合作的“青藏高原深地震探測”( INDEPTH 1992～2006) 發(fā)現(xiàn)了印度地殼俯沖到亞洲地殼之下的精細結構和高原地殼中廣布的流體，引起舉世矚目。我國開展深部探測研究工作已經有很好的工作基礎，有一定的技術能力。自上世紀50年代即開始地殼深部探測工作，80年代由地質礦產部、國家地震局和中國科學院聯(lián)合組織過14條地學斷面的探測研究，隨后各部門獨立或與國外合作開展了一系列探測研究反射/折射地震剖面調查，累計探測達5萬多km。

3 福建省地震主動源探測學科進展情況

3.1 福建地震主動源探測進展情況

福建地區(qū)利用人工震源進行深部構造研究最早可以追溯到20世紀70年代后期，利用江西永平礦山爆破，在福建境內布設了武夷山至寧德剖面，但是由于爆破點僅一炮，無法構成相遇、追逐和多重完整的觀測系統(tǒng)，故其解釋結果略顯粗糙。80年代中期，福建省地震局首次在本地區(qū)采用人工震源方式布設了一條主測線汕頭—泉州—長樂（400km）和4條次級測線，并設計了可追逐、相遇的較為完善觀測系統(tǒng)，其解釋結果表明，福建沿海地區(qū)地殼結構可分為上地殼、中地殼、下地殼三層結構模型，其中泉州以南中地殼下部存在低速層（LVZ），并初步判斷低速層可能是由熔融或部分熔融物質組成，在漳州盆地下面還可能存在巖漿囊。此后，為了探測福州地區(qū)地殼深部結構和預測地熱資源遠景，福建省地震局在福州盆地及其周邊地區(qū)布設了寧德—永春主測線、洪瀨—寧德測線、蓮峰—福州（尚干）測線、南平—永泰—平潭非縱測線、寧德—古田—嵩口扇形測線。為了查明漳州熱田地區(qū)深部背景，中國科學院地球物理研究所于1985～1986年區(qū)間在漳泉地區(qū)布設了云霄—安溪測線；1987年實施阿爾泰—臺灣地學斷面時，中國地質大學組織布設邵陽—泉州測線，其中福建境內為寧化—泉州段。進入本世紀后，受中國地震局全國城市活動斷層探測的試點與示范項目資助，同時為了探求孕震構造環(huán)境，福建省地震局在福州與漳州盆地完成了2條剖面。深地震反射法因其觀測點密集、利用多次覆蓋技術壓制干擾能力強、具有較高分辨率，是刻畫地殼上地幔精細結構的最有效手段。深地震反射方法的提出和運用比深地震測深早，但在福建地區(qū)，直到21世紀初才開始開展深地震反射工作，即為了提高福州盆地和泉州盆地發(fā)震危險性的認識，福建省地震局在上述兩個盆地內及周邊地區(qū)完成了2條深地震反射剖面。

3.2 福建地震主動源應用進展

3.2.1 福建陸域探測

為把福建“地下搞清楚”，從2010年開始由福建省地震局組織并委托中國地震局地球物理勘探中心負責實施，以深地震測深（人工地震測深寬角反射/折射）方法為主，覆蓋福建省大部分陸域的綜合人工地震測深工程，并結合天然地震資料聯(lián)合探測研究福建陸域殼內界面形態(tài)以及地殼上地幔速度結構。測深研究區(qū)處在一個特殊的地質構造環(huán)境之中，斷裂構造縱橫交錯，地形復雜。陸域測深工程按照總體規(guī)劃、分期實施的原則，布設“四縱四橫”（即4條北西向主測深測線和4條北東向輔助測深測線），組成區(qū)域網格化臺陣總體布局的同時，在每條測線上還保留有其獨立的觀測系統(tǒng)，測深范圍基本均勻的覆蓋福建大部分地區(qū)。整個測深工程分三年（2010—2012年）實施野外作業(yè)，作業(yè)區(qū)基本全部位于山區(qū)。其中，2010年完成FJ3一條縱剖面野外地震測深任務和FJ5、FJ6、FJ7三條剖面以非縱觀測為主的野外測深任務；2011年完成FJ1一條縱剖面野外地震測深任務和FJ5、FJ6、FJ7、FJ8四條剖面以非縱觀測為主的野外測深任務；2012年完成FJ2、FJ4兩條縱剖面野外地震測深任務和FJ5、FJ6、FJ7、FJ8四條剖面以非縱觀測為主的野外測深任務。最后在完成三期探測工程基礎上，集成四條北西向縱剖面（FJ5、FJ6、FJ7、FJ8剖面）和一個完整的三維觀測系統(tǒng)。

通過對8條縱剖面地震波組震相的統(tǒng)一識別與對比，并就不同震相進行初步分析，得到如下結論：①反映基底結構的Pg波震相具有明顯的區(qū)域特點。閩西北地區(qū)Pg波折合走時較小，一般為0.30～0.40s，可清晰追蹤至120km左右，振幅穩(wěn)定，此特征可能反映了閩西北地區(qū)上部地殼蓋層較薄地震波速度較高；閩西南地區(qū)Pg波折合到時明顯滯后，一般在0.4～0.8s之間，意味著該區(qū)域坳陷帶上部地殼速度較閩西北隆起帶偏低；Pm波震相在距炮點180.0km以遠的延伸趨勢顯示了較低的視速度，這一現(xiàn)象在FJ1～FJ4四條測線西段和FJ5、FJ8兩條測線表現(xiàn)得尤為明顯，此現(xiàn)象可能體現(xiàn)了研究區(qū)下地殼速度相對較低的結構特征。②本區(qū)地殼結構的分層基本上按結晶基底層、上地殼、下地殼劃分。結晶基底層是由地表—G界面之間的構造層位構成，上地殼是由G界面—C界面之間的構造層位構成，下地殼是由C界面—Moho界面之間的構造層位構成。

根據LIAE1D程序反演得到福建地殼一維P波模型，其可分為結晶基底層、上地殼和下地殼三層，結晶基底層又分為兩層，層界面深度分別為0.23、2.82km，層速度分別5.04、5.44km/s，上地殼也分為兩層，層界面深度分別為6.44、18.81km，層速度分別為6.06、6.16km/s，下地殼為單層，MOHO面深度為30.42km，層速度為6.39km/s，上地幔頂部速度為8.08km/s。

8條二維探測剖面結果顯示，大體上以政和—大埔斷裂帶為界，在該斷裂帶東西側下地殼的速度結構與構造有明顯差異。由基底折射波Pg所反映的地層G界面厚度為0.5～2.0km，基底頂面G向下至C界面之間的二維地殼結構顯示出的C界面的形態(tài)具有一定起伏變化，其深度變化范圍為16.0～19.5km，在FJ3剖面華安—龍巖附近埋深較淺（15.9～16.5km）。由殼內Moho界面反射波Pm確定Moho界面深度為28.8～33.6km，總體上看，地殼厚度由東部沿海至西部內陸逐漸加厚。由基底折射波Pg所反映的地層速度結構為一較強的正速度梯度，其速度由地表面的5.10～5.60km/s，向下到G界面速度增加為5.52～5.70km/s；自基底頂面向下基本上呈正速度梯度變化，上部速度梯度較強、速度等值線較密；下部速度梯度較弱、速度等值線稀疏，其速度在6.16～6.35km/s之間變化。由殼內Moho界面反射波Pm所確定的構造層位的速度分別為6.10～6.92km/s和6.48～6.92km/s，靠近Moho面上方速度等值線較密速度梯度增強。上地幔頂部Pn波的速度結構為一個較弱的速度梯度層，其速度在橫向上具有一定程度的的變化。下地殼速度結構大體上以政和—大埔斷裂帶為界，在該斷裂帶東西側下地殼的速度結構與構造有明顯差異。東側為一層結構，自上而下呈正梯度變化，從速度等值線來看上部較疏，表明速度梯度較弱，下部至Moho面上方速度等值線較密速度梯度增強，速度由頂部的6.48～6.59km/s到底部的6.82～6.92km/s，平均速度相對較高；西側下地殼呈兩層結構特征，在大田、永安、沙縣、寧化、新泉等區(qū)域下方存在6.20km/s左右的低速層體，使得該層位呈負、正速度梯度相相間的結構特征。依據上述二維地殼速度結構與構造差異特征，推測政和—大埔斷裂帶可能斷至地殼底部。

3.2.2 臺灣海峽深部探測

從2013年開始，福建省地震局實施“臺灣海峽西部地殼深部結構探測”項目。2014年，在廈門外海和漳州外海等區(qū)域完成了三條長度分別為320km（HX6)、340km（HX10)、400km（HX12)的陸海聯(lián)合探測剖面的野外探測任務，得到了HX6、HX10兩條陸海聯(lián)測剖面地殼上地幔二維速度結構圖像。2015年5～6月，在泉州外海等地采集完成了兩條長度分別為410km（HX7)、250km（HX13)的陸海聯(lián)合探測剖面的野外探測任務。其中陸海聯(lián)測HX7剖面（武平—永定—漳浦—海峽）位于福建—臺灣海峽南部，以北西—南東方向展布，陸域230km，海域180km。陸上平移內插布設100臺地震測深三分量數(shù)字地震儀，海上40臺次海底OBS地震儀，完成永定棉花灘水庫、武平石黃峰水庫、海上3個固定激發(fā)點的氣槍震源1350次激發(fā)觀測和750次的海上150km氣槍走航式激發(fā)觀測工作。海域HX13剖面（詔安外?！萃夂＃┪挥谂_灣海峽中線附近，測線長200km，海上27臺次海底OBS地震儀，完成1250次海上250km氣槍的走航式激發(fā)觀測工作，獲得超過100萬條探測數(shù)據。利用多種方法對HX7、HX13二條剖面的資料進行處理計算，獲得沿HX07測線的基底面、殼內界面和莫霍界面的起伏特征，初步建立地殼上地幔速度模型。采用地震—重力聯(lián)合反演初步得到HX07剖面地殼上地幔二維速度—密度結構。獲得沿HX13測線的基底面、殼內界面和莫霍界面的起伏特征，初步建立地殼上地幔速度模型。

為獲得福建陸域、陸海過渡帶及臺灣海峽的三維地殼上地幔精細速度結構、構造特征以及介質物性信息等，計劃2016—2018年在福建及臺灣海峽地區(qū)實施主動源和被動源相結合的三維臺陣陸海聯(lián)合探測項目，2016年在福建及臺灣海峽南部地區(qū)實施三維陸海聯(lián)測的第一期工程。2016年5～6月，三維野外探測資料采集完成了長340km、寬100km的陸海聯(lián)合探測Ⅰ區(qū)的野外探測任務。激發(fā)系統(tǒng)方面，完成陸上南靖南一水庫526炮、永定棉花灘水庫601炮、海上7個固定激發(fā)點821炮、海上1500km走航式4647炮的氣槍震源激發(fā)工作。觀測系統(tǒng)方面，福建地區(qū)實時傳輸臺189臺，短周期三分量流動數(shù)字地震儀100臺，海上47臺海底OBS地震儀，周邊省地震臺208臺。對獲得的陸海三維探測野外觀測數(shù)據進行初步分析，陸域水庫氣槍信號最遠傳播距離406km，海域固定點氣槍信號最遠傳播距離450km，海底OBS記錄初步分析質量較好。2016年，陸海三維探測實驗成功實施，現(xiàn)場分析得到臺灣海峽南部深部地殼結構初步結果。在已有福建地區(qū)陸域一維速度結構的基礎上，通過對福建省2008－2016 年1 級以上的地震的反演得到走時殘差更小的福建及臺灣海峽一維結構。構建了多條陸海聯(lián)測二維速度結構；根據氣槍震源激發(fā)所記錄的P 波到時數(shù)據，拾取Pm 和Pg 震相，利用層析成像方法對福建地區(qū)和臺灣海峽地殼三維速度結構進行研究。建立了福建及臺灣海峽三維P 波速度模型。

3.2.3 技術裝備建設情況

研制了兩套可供開展區(qū)域尺度地球深部結構探測與科學研究的大容量氣槍震源技術裝備，具備固定式、移動式和流動式的激發(fā)功能，滿足水庫水坑到江河湖海等不同水域的探測震源需求，填補了國內相關領域技術裝備的空白。

按照“一體化設計”和“模塊化拼裝”的理念，研制出國內第一套用于地殼結構探測研究的移動式氣槍震源技術裝備，解決了水庫水坑等陸地水體環(huán)境進行快速部署和流動作業(yè)的需求。實踐表明，氣槍震源是替代爆破震源進行地球深部結構探測的有效手段，但還需解決氣槍信號發(fā)射臺建造成本高、周期長、無法移動作業(yè)、環(huán)境適應性和設備擴展性較差等問題。為此，項目組設計開發(fā)出一套集裝箱移動式氣槍震源技術裝備，實現(xiàn)了氣槍震源系統(tǒng)的快速部署。

為解決震源系統(tǒng)的機動性與便捷性，實現(xiàn)裝備的快速集結、運輸和安裝，項目組高度適配集成國內外相關設備，將氣槍震源系統(tǒng)所需發(fā)電機系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、管匯調壓系統(tǒng)和控制監(jiān)控系統(tǒng)分別緊湊地配置在三個集裝箱體內，實現(xiàn)了中型貨車即可裝載、山地道路也可通行的模塊化拼裝式移動式震源技術裝備。為解決在不同激發(fā)場地的快速安裝問題，項目組首創(chuàng)一種可拆裝、可移動、可變換槍陣、可調節(jié)槍深的水庫氣槍震源水上浮臺，可用于研究不同尺寸氣槍激發(fā)的能量變化情況，適應在水庫水坑等不同水體場地環(huán)境的工況實驗需求。

在福建省4個水庫的4000余次激發(fā)實踐證明，該技術裝備通過一次運輸作業(yè)、3d內即可完成安裝部署，每次激發(fā)耗時約3min，最長連續(xù)工作時間超過24h。具有部署快速便捷、激發(fā)間隔時間短、持續(xù)工作時間長等性能，激發(fā)信號具備傳播遠、穿透深、可重復性好、授時精度高等特性。

采用“一體化設計”和“模塊化拼裝”理念，建成一套適應不同船舶的船載式氣槍震源技術裝備，滿足在江河湖海等不同水域進行走航式和固定式激發(fā)作業(yè)需求。該項目高度適配集成國內外不同廠家的設備和技術，將氣槍震源系統(tǒng)按功能設計建造為安裝、固定便捷的5大功能模塊，可以適應不同船舶類型（科考船、工程船等），在當?shù)剡M行模塊組裝，從而快速完成氣槍震源系統(tǒng)的集結；有別于石油勘探裝備，船載式氣槍震源裝備采用集裝箱集成垂直收放方式，便于各類船舶搭載使用，實現(xiàn)了安全、快速、便捷的槍陣收放；該技術裝備可適用在江河和海域進行走航式和固定式激發(fā)作業(yè)，滿足不同深度層的探測目標。

4 地震主動源探測學科面臨的重大課題

4.1 地下介質人工地震波數(shù)字解譯研究課題

人工震源激發(fā)的地震波不僅可以用于探測地球介質結構，高度重復的信號也為研究地下介質隨時間的變化提供了可能。地下介質隨時間的變化非常微弱，其相對變化量級通常在10-3～10-4。觀測這么微弱的變化，要求觀測系統(tǒng)具有極高的測量精度。傳統(tǒng)由人工手動拾取震相的精度約為0.1s，波形互相關方法可以獲得采樣間隔的精度(~0.01s)，對應的相對變化測量精度為10-2～10-3。從量級上看，這些測量手段實現(xiàn)的精度均很難滿足以上微弱變化的測量。

4.2 水庫氣槍震源最優(yōu)工況研究

氣槍激發(fā)效果受場地環(huán)境、槍陣平面尺寸、沉放深度、氣室壓力、氣室容量等因素影響。那么在激發(fā)環(huán)境和槍陣能量（氣室壓力和氣室容量）已定的情況下，即在正式實驗前如何科學合理地確定最優(yōu)槍陣平面尺寸和沉放深度，是亟待解決的問題。為此，項目組解耦槍陣平面尺寸和沉放深度組合影響因素，設計交替循環(huán)的最優(yōu)工況找尋實驗流程，并制定基于能量（信噪比）和覆蓋范圍（臺站分布）雙參數(shù)控制的評估規(guī)則，通過實時評估不同工況的激發(fā)效果，判定最優(yōu)槍陣平面尺寸和沉放深度。通過福建街面水庫氣槍實驗、福建棉花灘水庫氣槍實驗、福建石黃峰水庫氣槍實驗和福建南一水庫氣槍實驗，證明該套實驗前最優(yōu)槍陣找尋評估流程是科學合理的，是充分利用氣槍震源性能的必要流程。

4.3 福建及臺灣海峽地殼上地幔三維速度結構研究

在福建—臺灣海峽地區(qū)進行主動源和被動源相結合的三維臺陣陸海聯(lián)合探測。利用短周期PDS 觀測臺陣、可移動寬頻帶遙測臺陣以及固定臺網接收陸海聯(lián)測人工震源激發(fā)的地震波信號，同時長時期觀測接收天然地震、噪聲等，研究陸域跟海域的地殼上地幔頂部及地幔的速度結構，并結合福建地區(qū)近年來最新的重磁觀測數(shù)據處理結果進行綜合解釋，了解深部介質的物質成分、構造和物理狀態(tài)，揭示深層動力過程。

4.4 地震主動源探測技術成果應用課題

項目面向防震減災社會化服務的需求和海洋科學研究工作的需要，與國內外相關科研單位合作，結合閩臺地震科技交流的實際情況，將相關成果直接推廣和應用于海峽兩岸的防震減災工作，為科學研究、環(huán)境保護、資源勘探、防災減災提供服務。

5 福建省地震主動源探測學科發(fā)展思路與目標

5.1 發(fā)展思路與重要戰(zhàn)略

在研究區(qū)域及探測方式上，從福建地區(qū)地殼結構探測逐漸發(fā)展到海陸二維地殼結構探測，最后擴展到福建至臺灣海峽的主動源和被動源相結合的三維地殼深部構造探測；在主動震源激發(fā)方式上，從大噸量的炸藥震源發(fā)展為大容量氣槍陣列定點和走航相結合的震源激發(fā)方式。

5.2 總體目標與階段目標

根據主動源激發(fā)的地震波記錄的走時和振幅信息，用先進的地震學方法綜合確定福建及臺灣海峽二維、三維地殼結構模型，了解和研究地殼上地幔的結構構造、物質組成、物質的物理化學性質以及熱力學狀態(tài)，查明其深部構造背景，對于理解本區(qū)域地球動力學機理和地震發(fā)生機制具有重要意義，并可為地震定位、地震預警和地震工程等研究和工程運用提供背景基礎數(shù)據。

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王善雄，李培，任叢榮，黃天洲，蔡輝騰，王林，陳偉，黃宗林。