中国地下流体监测站网规划（2023-2030年）.docx

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1、中国地下流体监测站网规划(2023-2030年)中国地震局2023年8月中国地下流体监测站网规划目录引言1第一章现状分析21.1分布与规模213才艮目匕jT41.4 国际发展趋势5第二章需求分析72.1 iIIlLy5!寸艮白勺An72.2 地震科学研究的需求72.3 社会经济高质量发展的需求83.1 部分强震多发区观测站点稀疏93.2 测项之间相互映证不够93.3 观测环境面临严重干扰93.4 自动化观测技术储备不足10第四章设计思路和目标114.1 设计思路114.1.1 点线面结合、分类设计114.1.2 效能优先、稳步发展114.1.3 因地制宜、合理布设114.2 设计目标12第五章

2、站网设计135.1 观测站分类135.1.1 基准站135.1.2 基本站145.1.3 新技术新方法应用165.2 主要指标161.1.1 1*161.1.2 精准度指标181.1.3 时效性指标18第六章规划实现路径196.1 5ijAU、196.2 实现路径19为全面贯彻落实习近平总书记关于提升自然灾害防治能力、防灾减灾救灾和科技创新重要论述精神，贯彻实施中华人民共和国防震减灾法关于中国地震监测台网实行统一规划和分级分类管理的要求，落实中国地震局党组关于全面深化改革的指导意见地震监测预报业务体制改革顶层设计方案关于进一步加强地震监测预报工作的实施意见等改革部署，需要对标新时代防震减灾事业

3、现代化要求和监测预报国际发展趋势，围绕地震预报特别是短临预报业务需求，科学设计中国地下流体监测站网。地下流体直接参与地壳中的各种动力作用过程，被认为是最有效的地震短临预测预报手段之一。我国地下流体观测始于1966年邢台地震后，经过上世纪八十、九十年代的建设发展，本世纪以来的数字化升级改造，已初步建成覆盖我国大陆主要地震带的地下流体站网。通过五十多年的观测和预报实践，取得了上万条异常信息，为数十次较为准确的短临预报提供了重要依据，表明地下流体站网具有良好的地震前兆监测能力，同时还在我国地震科学研究中发挥了重要作用。但是，与当前防灾减灾救灾需求相比，现有地下流体站网密度、观测布局与观测技术等方面仍

4、存在较多问题与不足，远不能满足地震孕育过程中地下流体信息监测与异常识别的实际需求。本规划根据地下流体站网现状和需求分析，坚持目标引领与问题导向相结合，深入分析现有站网存在的问题，明确地下流体站网发展目标、设计思路和实现途径。到2030年，通过科学布局和合理配置资源，建成覆盖我国大陆地震重点监视防御区和地震重点危险区的地下流体站网，实现对强震震源区应力应变及深部活动信息的动态监测，获取主要断层活动与地震孕育过程多视角、高信噪比的地下流体观测信息。同时，全面提升地下流体站网观测、运维、数据处理和产出的标准化水平，为我国地震预报和科学研究提供高精度、高分辨率的数据产品，为最大限度防范化解地震灾害风险

5、提供支撑。第一章现状分析地下流体普遍存在于地下介质中，直接参与地壳中的各种动力作用过程，是研究地震孕育与发生过程的有效手段之一。1.1 分布与规模我国自1966年邢台地震以来，以地震预报及科学研究为目标，开展了以水文地质学、地球化学和地热学为基础学科的地下流体观测研究。经过五十多年的不懈努力，建立了覆盖我国大陆主要地震带的地下流体站网，获得了揭示地球物理和地球化学动态过程的地下流体观测资料，积累了大量震前、同震观测异常，取得了一批新的科学认识，在我国地震预报探索实践中发挥着重要作用。根据1966年以来中强地震震例总结，地下流体观测显示出异常比例高、典型震例多、预报效能好等特点。我国地下流体站网

6、以地下水和地下气为观测对象，通过对地下水的物理特性和地下水、地下气的化学特性开展连续观测，获取与地壳应力应变、地热相关且反应断层活动的时变信息，为地震预报提供基础数据。当前，我国地下流体站网的观测方式分为观测井、泉、孔三类，其中观测井439口、观测泉78口和断层气观测孔31个，共同组成548个地下流体观测站（图Ll）。观测项目（以下简称测项）包括地下水位、水温、流量、氢、汞、水质和气体组分含量等多达40余种,其中水位观测370项、水温观测394项、人工水氨（以下简称水氨）观测90项、自动化气氨（以下简称气氢）观测85项、人工水汞（以下简称水汞）观测22项、自动化气汞（以下简称气汞）观测52项，

7、可见水位、水温、氢观测已具有一定规模。同时，具有两个及以上测项的观测站共440个，占比约80%。空间分布上，观测站主要分布在华北、东北、东南沿海地震带、南北地震带和天山地震带中段，总体呈现东密西疏的特点。近年来，除地下流体站网固定观测站开展连续观测外，还开展了以温泉化学组分和断层气为观测对象的流动观测探索与实践，主要通过捕获地壳深部信息来判断断层活动状态，并服务地震中期、短临预报。温泉化学组分观测点主要分布在西南的川滇地区、西北的新疆地区，断层气观测点主要分布在华北、西北地区。1.2 产出与应用地下流体站网产出主要包括水位、水温、氨、汞、水质和气体组分等测值的时间序列，以及温泉化学组分和断层气

8、释放的空间变化图像，应用于地震中期、短临预报，具体如下：(1)水位观测数据产品：观测精度优于2厘米，时间分辨率为1分钟。主要反映地壳应力应变状态的变化。(2)水温观测瘫产品：观测精度优于0.05C,时间分辨率为1分钟，主要反映地热场的变化。（3）水（气）氨观测数据产品：观测相对标准偏差不大于10%；水氨观测数据产品时间分辨率为1日,气氢观测数据产品时间分辨率为1小时，主要反映岩体受力及裂隙状态的变化。（4）水（气）汞观测数据产品：观测相对标准偏差不大于10%,水汞观测数据产品时间分辨率为1日；气汞观测数据产品时间分辨率为1小时，主要反映断裂带裂隙分布及状态的变化。（5）水质和气体组份观测物居产

9、品：时间分辨率为1日，主要反映深浅部物质交换、水岩作用的强弱。（6）流动观测数据产品：温泉化学组分和断层气释放空间变化图像，时间分辨率与流动观测周期相关，多为1个季度、半年或1年,主要反映断层活动状态的变化。1.3预报效能分析中国震例涉及有地下流体观测异常的震例约170次，其中包含水位、水温、水（气）氢、水（气）汞及其它（化学离子、气体组分、同位素、宏观）等观测异常共1162条，其中,水氨异常386条（占比33.2%）,水位异常339条（占比29.2%）,水温异常143条（占比12.3%）,水汞异常62条（占比5.3%）,气氢异常14条（占比1.2%）,气汞异常7条（占比0.6%）,其它各类异

10、常211条（占比18.2%）。可见，地下流体观测异常中水氢、水位和水温异常相对较多，特别是水氨测项目前仅90项，最多时期也仅100余项，但记录到的地震前兆异常占比却达到了33.2%,在地震预报工作中具有重要的价值。基于震例统计，从观测异常与震中距来看，地下流体观测异常集中分布在震中距300千米范围内，尤以100-200千米范围内居多。从观测异常持续时间来看，水位、水温、氢、汞观测异常多集中出现在震前半年以内。以地下流体观测相对密集的云南为例,2014年云南鲁甸6.5级地震前,震中300千米范围内共出现23条地下流体观测异常，其中震前一个月到六个月的异常H条、震前一个月内的异常6条，短临合计占比

11、达到74%o2014年景谷6.6级地震前，震中距300千米范围内共出现13条地下流体观测异常，其中震前一个月到六个月的异常5条，震前一个月内的异常7条,合计占比达到92%o全面总结五十多年来的观测研究实践和预报效能评估结果，从测项看，水氨、水位和水温的干扰因素较少、预报效能较高，气氢和气汞的数据质量和预报效能则相对较差。从观测场地看，承压性好的深井较浅井的抗干扰能力更强，对应力应变反应更灵敏；上升泉较下降泉更有利于捕获到来源地壳深部的信息；位于活动断层附近或关键构造部位的井泉更有利于捕获到地壳变形和深部断层活动信息。1.4国际发展趋势国外众多研究成果表明，地下流体可灵敏反应地壳变形及断层活动信

12、息，地震发生前可以捕获到地下流体观测异常。例如，2011年日本9级地震前，日本气象厅利用井水位和水温观测发现了断层滑移造成的地壳变形现象。美国、俄罗斯、意大利、土耳其等国家学者，也多次报道过震前的地下流体观测异常。国际地震学与地球内部物理学联合会曾组织对37项观测异常进行科学评估，评估认为其中5项可作为地震前兆，其中就包括水氢、水位和水温。国际上众多国家对地下流体观测和研究极为重视，在地震预报实验场或地震重点监视区建设地下流体观测站网。与我国相比，这些国家的观测站网在布局方式、观测场地、观测手段等方面各有特点，呈现出新的发展趋势。布局方式方面，主要以密集台阵方式布设。例如，美国在圣安德烈斯断层

13、的帕克菲尔德实验场，以捕获6级以上地震前兆为目标，沿断层及附近布设了密集的地下流体测项，突出水位观测，间距T殳小于10千米。观测场地方面，更加注重对可能反映深部断层活动的深井、温泉开展观测，同时还可以减少环境干扰。近年来,日本开展了深度超过IoOO米的深层水物理和化学观测，俄罗斯勘察加实验场开展了最大井深超过2500米的深层水化学观测，获取了地下介质热动力条件、热效能转换和物质运移特征等有效信息。观测手段方面，更加注重多学科联合观测和深浅部流体多测项对比观测及研究。例如，日本建设的部分地下流体观测站，不仅与测震、钻孔应变、GNSS等其他学科测项共址观测，还同时开展水位、水温、水氢、流量等多测项

14、的对比观测。第二章需求分析为更好发挥地下流体观测站网效能，需要科学分析并明确其未来发展方向，从而优化设计其站网布局，有效支撑地震预报实践，满足地震科学研究需要。2.1 地震监测预报的需求提高地震前兆信息的可靠性和多样性，是推进地震预测预报能力和水平提升的有效途径。(D提高地震前兆值三糊力的需求有效捕获尽可能多的震前观测异常，并有效识别其相应时空演化特征，是实现震前有效的中短期预报的基本前提。地下流体能有效反应地壳介质应力应变状态、深浅部物质运移及断层活动信息，在可能发生强震的区域及其周边布设一定密度的观测站网，获取与地震孕育发生过程有关的地下流体观测异常,可有效提高地震短临预报能力。(2)提高地Xt前兆侑息可靠性的需求地震孕育发生是一个与地下流体活动密切相关的复杂物理化学过程，叠加地壳深部观测困难以及地表观测干扰因素较多等原因，推进地下流体多测项综合观测，可有效增强地下流体观测异常之间的相互映证，有助于揭示孕震区应力应变场一渗流场一温度场一化学场的协调特征和耦合作用，有效增强地震前兆信息的可靠性。2. 2地震科学研究的需求地震孕育发生过程中常伴随地下流体活动，同时断层及附近的地下流体活动也可加速地震的发生。为监视跟踪并研究分析地下流体活动与地震孕育发生过程的关系，需要在地质构造和水文地质条件清楚的区域，加密地下流体观测站网，动态监视地震孕育发