随着数字化地震观测水平的提高和数字处理技术的发展,人们有可能实现对地球介质性质的细微变化进行观测,这种观测对研究区域介质性质的变化,研究地震的孕育发生过程具有重要意义。地震波的很多特征(如衰减、频散等)都可以用来研究地下介质的结构及其性质变化,但地震波速度及变化仍然是精度最高的方法。

地震仪记录到的地震波信号,是震源、传播介质和记录仪器三者相互耦合的结果,为研究地球介质的变化,在保持观测记录条件一致的情况下,地震波激发震源的高度一致并可重复是最为关键的问题。经过多次的实验表明,气枪震源具有绿色环保、重复性好、激发能量大、地震波转换效率高及激发地震波的能量主要集中在低频5 Hz左右的特点(陈颙,朱日祥,2005)。为了利用气枪源建立地震波发射台,促进“4D”地震学发展,陈颙院士领导的研究小组在华北上关湖水库等地进行了实验,取得了非常好的观测效果(陈颙等,2007b)。

云南现代构造运动强烈,破坏性地震多发,是进行地震科学研究的理想场所,在中国地震局地球物理研究所、云南省地震局、大理州地震局和宾川县地震局的共同努力下,经过多次堪选,在云南滇西地震预报实验场区的宾川县大银甸水库建成了全球第一个气枪地震信号发射台。

滇西地震预报实验场区具有较好的地震观测条件,从20世纪80年代开始在实验场区内开展了地震地质、地壳探测、地震前兆、地球物理与地球化学参数、地震预报方法等多方面的研究,取得了很多成果,对这一区域的地壳结构、地球物理场等有了较为深入的了解(刘祖荫,秦嘉政,1996),这为开展主动源的观测研究奠定了良好的基础。

宾川地震信号发射台所在的滇西地区位于欧亚板块与印度洋板块碰撞带之东缘地带,地质构造十分复杂,强震活动特别频繁。发射台处于由红河断裂、剑川—丽江断裂和程海断裂围成的三角形块体内(图1)。在金沙江—红河断裂以东地区,应力场主压应力优势方位约为N20°W,该区应力场主要受青藏高原物质侧移造成川滇菱形块体向南南东推挤的力源控制; 澜沧江以西地区,应力场主压应力优势方位约为N30°E,主要受印度洋板块向北推挤对缅甸弧东翼侧向挤压作用的影响。澜沧江与红河断裂之间的印支板块地带,主要应力方位北北西和北北东向兼有之,但更多表现为近于金沙江—红河断裂以东地区。同时,震源机制解显示,在中甸、丽江、鹤庆、永胜带,断层具有较大的倾滑分量,可能与剑川—鹤庆一带地幔物质上隆有关(晏凤桐等,1996)。

图1 台站所处区域地震构造和周边历史地震活动
Fig.1 Seismic structure and historical earthquake activity of the region where the stations located and its adjacent area

图2 滇西地区地壳上地幔速度结构
Fig.2 The crust and upper mantle velocity structure in the western area of Yunnan Province

红河断裂北起洱源湾坡塘,南于河口附近进入越南,在云南境内长约600 km。断裂带由北西向南东穿过洱源盆地、洱海,过弥渡盆地后沿礼社江、元江、红河河谷延伸。总体走向北西,倾向北东,倾角在65°～80°之间。发射台所处的红河断裂北段(洱源至弥渡)自第四纪以来,断裂活动强烈(虢顺民等,2001)。

发射台所处的滇西地震预报实验场核心区域,最早的破坏性地震记载始于公元886年大理51/4级地震,自1481年以来,共发生25次M≥6.0地震,其中,M≥7地震4次,最大为1515年永胜73/4级地震,距发射台约40 km发生过1925年大理凤仪7级地震。近年来区内中强地震活动频繁,大部分地震震源深度约20 km,处于中上地壳内。

大银甸水库(25°48'N,100°30'E)位于宾川县城西南,距县城直线距离约7 km。该水库为中型水库,主坝高58 m,坝长144 m,库容为4 085×10⁴ m³,最大水深大于40 m,每年5～7月水位最低,最大水深约20 m(图3)。该水库以农田灌溉为主,兼防洪、县城供水等。

图3 发射台位置及水库水深分布图
Fig.3 The map of the location of transmitting station and the depth distribution of the reservoir

在公益性行业专项重大项目“中国地震科学台阵探测——南北地震带南段”的资助下,在发射台周围建设了40个地震信号接收台,结合滇西实验场区已有的固定台,金沙江流域的水库地震台,构成地震波信息接收系统(图5)。

图4 建设中的气枪塔吊
Fig.4 The gun tower crane in the construction

图5 发射台周围地震台分布
Fig.5 Distribution of seismostations around the transmitting station

宾川地震信号发射台初步建成后,进行了一个月的实验观测,初步观测结果已被美国地球物理联合会会刊《EOS》和美国科学促进会(AAAS)作了报道,《中国科学报》也对相关报道进行了转载。2012年11月16日《春城晚报》头版对宾川主动源工作进行了全面报道,向公众进行了地震科普知识的宣传。从2012年9月起,已开始一周一次的激发观测,观测结果的分析研究工作正在深入进行中。2013年底,依托于宾川地震信号发射台的科学实验及研究工作被云南省人民政府批准成为“陈颙院士工作站”。近期,在行业专项“滇西地区深部介质变化主动监测技术研究”的支持下,在发射台又开挖了一个直径5 m,深 20 m的实验井,并成功进行了气枪井中激发的观测实验。以地震信号发射台为依托开展的科学研究工作已获得自然科学基金的资助。可预期的是,作为全世界第一个固定的地震信号发射台,随着观测研究的深入,必将在地震科学的探索研究中发挥出重要的作用,开辟出新的研究领域,取得原创性的地震科学成果。

就宾川地震信号发射台今后的工作,应注意以下几个方面的问题:

(1)截至目前,宾川地震信号发射台的建设是在中国地震局专项、行业专项、中国地震局地球物理研究所所长基金等的支持下完成的。为了使这个极具探索性的工作长期坚持下去,应寻求稳定的资金投入渠道。

(2)总结过去一段时间的工作经验和成果,完善观测系统,进一步研究明确宾川地震信号发射台的科学发展规划、科学思路、分阶段的工作目标等。

(3)组建科学家小组,培养研究团队,对观测资料进行深入、全面的分析研究,尽快产出高质量的科学成果。

(4)自2012年11月以来,研究区内发生了多次M≥4地震,最大为2013年3月3日洱源M_W5.5地震,充分利用这些资料,研究地下介质波速的时空变化是近期工作的一个重点。

宾川地震信号发射台的建设,是在中国地震局地球物理研究所、云南省地震局、大理州地震局、宾川县地震局和北京市地震局等有关科技人员的共同努力下完成的,建设过程中得到中国地震局领导的大力支持和关怀。大理州政府和宾川县政府及有关部门对项目的实施做了大量协调工作,在此一并表示衷心的感谢!