福建省主动源激发台站选址合理性分析

陈为伟，蔡辉腾，张红才

（福建省地震局，福州 350003）

关于地球内部的结构、组成、过程和状态等知识多来自天然地震的地震波信息[1]。随着气枪等新技术的出现，地学科研人员提出中国地下明灯科学研究计划，通过气枪震源激发产生地震波，利用固定地震台、流动地震台接收的信号，进行地壳深部构造研究[2]。

水库气枪试验是利用大容量气枪激发作为人工震源，进行深部地震构造探测的科学试验。试验中，空气压缩机及管汇系统向放置于水中的气枪注入高压空气，由枪控系统发出激发信号后，高压空气从气枪中喷出，形成向外传播的压力波，它是环保绿色的人工震源。我国云南省、新疆维吾尔自治区、甘肃省先后建立了固定式主动源激发台站。

1 福建省主动源激发台站建设的必要性

福建省位于欧亚板块与菲律宾海板块碰撞带的前缘地带，断裂构造发育，陆域发育三条北东向断裂和五条北西向断裂，形成“三纵五横”的棋盘状断裂格局。福建省地处华南沿海地震带，历史上发生过多次中强地震，陆域已知最大震级达6.5 级，地震活动频繁。福建沿海的北东向滨海断裂带是一条至今仍在活动的全新世活动构造，历史上发生过多次7 级以上大震。

气枪震源为地下介质结构探测提供了有效的主动震源，可以为科学认识福建及台湾海峡的断裂带构造奠定基础。它可以提供海量观测数据，产出地壳速度结构模型，能显著提高地震监测能力和地震定位精度。同时，可根据需要，实时监测相关区域地壳介质物理特性随时间的变化，以便相关区域进行高精度的动态监测，为震情跟踪、研判提供可靠的基础数据。

福建省地震局于2014年自主研发了一套陆上移动式水体气枪震源系统，在福建省多个大、中型水库进行了激发，在理论和试验方面取得了一定的成果。但是，目前的移动式水体气枪震源系统只适用于短期的水库激发工作，不适用于长期固定的主动源科学研究工作。因此，福建省地震局计划在“十三五”期间，根据福建省“十三五”综合防灾减灾规划的总体目标，计划建立一个主动源激发台站。

2 选址的基本要求

根据近几年移动式水体气枪震源系统的激发点选址经验和工作流程，人们总结了主动源激发台站的选址，应满足以下基本要求：震源传播效果好，经过叠加，省内固定台站大部分能收到震源信号；台站要选在安全僻静、交通方便，具备水、电、网络的地点；台站及水上平台与大坝距离大于2 km；水上平台处水深大于20 m，水下地形较平坦；水上平台距离震源系统操作区距离小于200 m；水上平台距离网箱养殖应大于500 m，应远离民宅[3]。

3 移动式水库气枪激发的试验效果与选址地点初定

2014年以来，福建省地震局利用移动式气枪震源系统在多个水库进行了激发，不同水库气枪激发的地震波传播能力均不同。人们可以通过计算不同水库等效震级来定量评价激发效能，其中，激发效果较好的试验等效震级如表1所示，可见，安砂水库激发试验效能最优[4]。

表1 大容量气枪固定点激发试验概况

以福建及附近地区的地震断裂构造为底图，将这四个水库激发的信号接收范围作图，如图1所示。由此可以看出，在福建省中西部建设主动源激发台站，其激发试验的信号经叠加，可被福建、浙江、江西、广东、台湾的地震台站记录，对于华南、台湾海峡、台湾的深部构造调查、实时监测地壳介质变化有积极意义；在安砂水库进行激发，台站接收范围最广。

因此，从台站的建设目的及预期成效上看，主动源激发台站选址地点优选安砂水库。

4 安砂水库场地选址的合理性分析

4.1 选址地概况

主动源激发台站拟定于安砂水库，它位于福建省三明市清流县沙芜乡洞口村附近，在九龙湖省级风景名胜区内，距离沙芜乡镇区约7.2 km，距离洞口村约2.3 km，距离大坝约7.7 km，周边无居民点，选址地南侧为356 国道，连接至沙芜乡、永安，交通较为便利，如图2所示。

图1 水库气枪激发试验传播范围

图2 选址地及周边示意图

笔者对于选址地附近的水域进行了水深测量，最大深度超过20 m（见图3），满足前述的水深条件。附近500 m 范围无网箱养殖。

图3 选址地附近水深分布图

选址地现为荒地，仅有原修路的废弃工棚。选址地处于洞口村土地权属地范围内，属于农村集体土地，需要进行用地征用。

4.2 主动源激发对周边环境的影响

4.2.1 对大气、水的影响

气枪激发，喷出的气体为压缩空气，搅动也较小，对水质、大气无影响。

4.2.2 振动对周边居民及大坝的影响

选址地最近的周边居民点为清流县沙芜乡洞口村，距离气枪激发地点约2.3 km；安砂水库大坝距离激发地点约7.7 km。

2017年，福建省地震局在选址地进行了移动式气枪震源的激发工作。工作期间，在距激发点最近的岸边、最近的村庄洞口村、安砂水库大坝均布设了测震仪器。根据《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071-88）规定，对测量结果进行计算，如表2所示[5]。

根据《城市区域环境振动标准》（GB 10070-88）规定，城市各类区域铅垂向Z 振级标准值如表3所示[6]。

表3 城市各类区域铅垂向Z 振级标准值

由于水库气枪激发点位于野外人烟稀少的地区，附近为356 国道，因此选用的标准值参照交通干线道路两侧，即昼间75 dB、夜间72 dB；洞口村的标准值采用“居民、文教区”标准，即昼间70 dB、夜间67 dB。

水库气枪激发试验中，根据实际观测值计算可得，离激发点109 m 处实际测得振级VLZ值为71.32 dB ＜72 dB，清流洞口村实际测得振级VLZ值为26.90 dB ＜67 dB，均不超过国标规定的标准值。

试验期间，未收到周边居民反映振动影响，未收到激发点附近过往行人反映因气枪激发所产生的振动而造成感觉不适的情况。故试验对周边居民点无影响，对激发点附近过往行人影响甚微。

根据这3 个观测台站记录计算，得到的峰值加速度和参考烈度如表4所示。

《中国地震烈度表》（GB/T 17742-2008）仅列出Ⅴ度以上水平向地震动参考值，根据试验中观测记录，在近岸处水平向地震动值远低于Ⅴ度，评估仅相当于宏观烈度Ⅰ～Ⅱ度，基本为无感[7]。

表2 安砂水库试验中观测台站记录峰值及铅垂向振级VLZ

表4 安砂水库试验中观测台站记录峰值及仪器地震烈度

在大坝布设测震仪器，测得的最大地震加速度峰值为0.18 gal，大坝处于弹性响应阶段，对大坝无影响。

4.2.3 对水生生物的影响

该水域九龙湖的水生生物主要是河鱼，品种有花鲢（又叫鳙鱼）、白鲢、草鱼、鲤鱼、鲫鱼、武昌鱼、翘嘴、桂花鱼、河鲶、罗非鲫鱼、黄尾巴和青背子等。

在移动式气枪震源的激发工作期间，在激发点附近500 m 范围内未发现死鱼；在500 m 范围外，未收到居民关于水生生物有异常表现的反映。

推测原因：每轮气枪激发前，均要先以低于工作压力的条件进行试运行，即先以6.895 MPa、10.342 MPa 进行激发，设备正常运行后，再以13.790 MPa 的工作压力进行工作。推测气枪激发对鱼类伤害有限，且对气枪激发敏感的鱼类在小气压激发时已先行游走逃逸。故试验对水生生物无影响。

综上所述，主动源激发对周边环境无影响。

5 结论

本文分析了福建省主动源激发台站建设的必要性，结合多年来的移动式水库气枪震源工作经验和试验数据，对主动源激发台站选址的合理性进行分析。结果表明，在安砂水库激发，试验等效震级最大，台站接收范围最广，对于华南、台湾海峡、台湾的深部构造调查、实时监测地壳介质变化有积极意义。选址地点优选于安砂水库。选址地位于福建省三明市清流县沙芜乡洞口村附近，距离最近的村庄洞口村约 2.3 km，距离大坝约7.7 km；南侧为国道，交通便利；附近水域满足气枪激发工作要求；选址地为荒地，易进行用地征用。选址地可进行台站的征地建设。

主动源激发对周边环境无影响：气枪激发使用压缩空气，对水质、大气无影响；激发点附近实测振级VLZ值为71.32 dB，清流洞口村实际测得振级VLZ值为26.90 dB，均低于国标规定的标准值，激发期间，未收到行人和居民反映振动影响；在大坝测得的最大地震加速度峰值为0.18 gal，大坝处于弹性响应阶段，对大坝无影响；气枪震源试验期间，未发现对水生生物的影响。因此，该选址地点适宜主动源激发台站建设。