地震观测与地球物理成像重点试验室建设

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北京国家地球观象台“十二五”发展规划（征求意见稿）
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前言 (1)
第一章现状分析 (2)
一、需求分析 (2)
二、主要进展 (4)
三、存在问题 (7)
（一）技术能力制约观象台对地球内部探测计划的支撑与保障作用 .. 7
（二）实验室建设与防震减灾事业和地球科学研究需求存在差距 (8)
（三）基础设施条件不能适应观象台的发展需要 (9)
第二章发展战略 (9)
一、指导思想 (9)
二、基本原则 (10)
第三章总体目标与指标体系 (10)
一、总体目标 (10)
二、指标体系 (12)
（一）国家野外科学观测研究站达到“观测、研究、示范”标准 (12)
（二）满足实施“喜马拉雅计划”的技术保障能力要求 (12)
（三）显著提升对地探测的多尺度/多学科综合实验能力 (13)
（四）进一步提升地球内部结构探测和成像的科技创新能力 (13)
（五）建成国家对地探测人才队伍培训基地 (14)
（六）基础设施条件满足观象台发展需要 (14)
第四章战略重点和工作布局 (14)
一、战略重点 (14)
（一）提升对地探测重大计划的技术支持能力 (15)
（二）建设国家级地球物理观测、实验和研究基地 (15)
（三）为防震减灾科技人才队伍建设做出贡献 (15)
二、工作布局 (16)
（一）北京国家地球观象台的任务布局 (16)
（二）北京国家地球观象台的功能布局 (17)
第五章主要任务 (24)
一、国家基准台站的综合地球物理观测 (24)
二、地震科学探测台阵和主动震源探测实验的技术保障 (24)
三、地球物理成像与地震物理实验 (25)
四、地震台阵海量探测数据分析处理 (25)
五、数字地震观测网络设备质量检测 (26)
六、国际科技合作基地建设 (26)
七、地下结构探测技术人才培养/培训基地建设 (27)
八、地震科学普及和防震减灾知识宣传 (28)
九、后勤保障环境建设 (28)
第六章重大专项 (29)
一、观象台科技基础条件平台建设 (29)
（一）北京国家地球观象台综合实验楼扩建 (29)
（二）观象台综合地球物理观测技术条件和观测环境建设 (31)
（三）观象台基础设施条件改造 (32)
二、地震观测与地球物理成像重点实验室建设 (32)
（一）完善“主动源探测系统” (33)
（二）建成具有国际先进水平的大型双轴综合实验系统 (33)
（三）建成断裂带综合监测系统 (34)
（四）建设标准化野外实验基地 (35)
三、深部结构动态演化主动源探测计划（地下明灯计划） (36)
第七章保障措施 (39)
一、强化观象台体制建设，提升科技创新能力 (39)
二、完善合作与交流机制，加强人才队伍和学科建设 (40)
三、拓宽经费渠道，加快观象台发展步伐 (40)
前言
北京国家地球观象台是科技部批准的国家野外科学观测研究站（北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站），该观象台的综合地球物理观测基准台站、综合地球物理实验平台、地震科学探测台阵技术支持中心、国家测震台网仪器质检中心、应急测震观测技术支持中心和多个学科的研究力量构成了国家地震科技体系重要的科技创新基地，也是国家开展地震内部结构探测的重要技术支撑基地。

为面向国家发展需求，明确观象台的定位，实现观象台的全面、协调、可持续发展，研究所依据《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》、《国家地震科学技术发展纲要（2007—2020年）》、《中国地震局地球物理研究所“十二五”发展规划》和地震行业科研专项重大项目《中国地震科学台阵探测》的设计方案，于2010年10月开始组织编制《北京国家地球观象台“十二五”发展规划》。

在规划编制过程中，中国地震局正式印发了《中国地震局事业发展规划纲要》，明确提出了“中国地震科学环境观测与探察计划”（简称“喜马拉雅计划”）等战略行动。

本规划的编制，是在国家有关要求和规划的指导下，分析总结观象台的发展现状，和在支撑和引领防震减灾事业发展的地震科技体系中的定位和任务，以科学发展观为指导，谋划观象台的长远发展，有重点、有步骤地全面提升观象台的基础观测、科学实验能力和社会服务能力，为地震监测预报、震灾预防和地震应急救援提供科技支撑，提升地震科技对防震减灾事业的贡献率。

第一章现状分析
一、需求分析
对做好防震减灾工作，回良玉副总理有一个简单明了的要求：“地下清楚、地上结实”。

在《国家地震科学技术发展纲要（2007—2020年）》中，明确将“深部精细结构的地震台阵观测”列入国家地震减灾科学计划。

《中国地震局事业发展规划纲要》提出的“喜马拉雅计划”战略行动，进一步提出对中国大陆进行地震台阵观测，对华北、青藏高原东缘、青藏高原、西北、华南和东北等6大工作区域分期实施均匀分布和整体平移式的观测，布设人工地震、重力、地磁和大地电磁测深等剖面，在青藏高原东缘和华北地震危险区进行精密可控主动震源重复探测，获取地壳与上地幔顶部精细结构。

介质参数和重要构造部位断层图像。

2010年正式启动的地震行业科研专项重大项目“中国地震科学台阵探测”是落实上述战略行动的重大基础性工作项目。

项目第一期涉及十一个协作单位和多个省局的流动观测队伍的上百名科技人员，涉及到甘肃、四川、云南、广西、贵州等省（自治区）的上百个固定地震台站、流动地震观测设备500套、固定式气枪发射平台设备一套、地震宽角反射/折射观测仪器500台、地震深反射剖面探测仪器900道，大吨位可控震源车4部，流动重力观测仪器6套、流动地磁观测仪器36套、大地电磁测深设备2套、浅层反射地震勘探设备1套。

科研人员开展数据分析处理工作时需要掌握多个学科和多种格式的
原始观测数据。

为保证这些仪器在布设之前工作得到良好检修维护，投入观测后具有高度一致性、连续正常运转，流动台站勘址和建设符合项目标准、观测环境达到项目所需指标，需要一个高水平技术支持中心。

这个技术中心应满足多个学科、多种技术手段的大批野外观测仪器维护、监测、测试、使用技术培训的需要。

受数据收集、数据存储硬件平台和数据传输技术能力限制，现有的数据管理技术能力不能适应“喜马拉雅计划”要求。

随着国家对地震监测投入力度的加大，地震观测系统产出的数据以每天几十GB的速度增长，并且随着台网的加密和流动地震观测仪器的增加，这个速度还会不断增长。

进一步提高海量地震数据的管理能力，提高地震观测数据的服务能力，对增强海量数据存储的安全性，充分发挥地震观测数据的科学效益具有重要意义。

几年前，陈颙院士等提出了发展由地震波的人工震源激发、接收和信息处理三个部分组成的主震源探测技术系统设想。

同时，提出了设立“地下明灯研究计划”的建议。

该计划的提出，对地球物理实验室建设提出了多种尺度结合、室内外结合、微观尺度样品实验和区域尺度地震实验场建设相结合的新要求。

现代条件下的实验室已非传统意义上的实验室，与现代科学研究的发展趋势相适应，现代实验室已经走出“楼房”成为宏观意义上的“广义实验室”，呈现出“综合性”、“系统化”、“实验与观测相结合”的特点。

特别是以观测为基础的地球科学领域，实验室依托大型观测系统，开展大尺度、综合性研究的特征越来越明显。

“深部结构动态演化主动源探测计划”（“地下明灯
计划”）已正式列入《“十二五”防震减灾科学技术发展规划》之中，该计划作为一项以防震减灾为导向的基础科学研究，围绕“探测区域性深部构造动态演化”的科学目标，通过实施主动源探测技术系统研发、区域性探测系统建设、连续动态监测与研究，获取深部结构动态演化信息。

作为一个国家级的重点野外科学观测、实验和研究台站，国家基准台的地球物理背景场观测能力建设、常规维护运行、基础数据获取、处理和共享，面向“喜马拉雅计划”和“地下明灯计划”的技术支持能力建设，以及观象台多种尺度实验平台的建设，都具有明显的公益性，需要国家全力支持。

观象台的发展，将对国家社会发展、经济建设、国防建设和地球科学领域科学研究提供科技支撑作用。

二、主要进展
北京国家地球观象台经过多年建设形成的技术平台，和长期积累的大量连续地球物理综合观测数据，是实施喜马拉雅计划的重要基础。

观象台的前身是1930年由中国人自己建设和管理的第一个地震台——鹫峰地震台，1955年在北京温泉镇白家疃村建成了目前的观象台。

根据国家经济建设和科学研究的需要，观象台逐步发展为拥有多种实验设施，和地震学、地磁学、地电、重力、形变、地下流体等多种观测技术手段的重要野外观测、科学实验和研究基地。

观象台集观测、实验和研究于一体，为防震减灾事业、国家经济建设、地球科学研究、国防科技和地震科技的国际合作与交流做出了重要贡献。

观象台建台50余年的连续观测数据，是开展地球各圈层环境演化过程研究的重要依据。

依靠这些宝贵的数据，可以研究地球内部结构，以及其变化特征，为与地震相关的基础和应用基础研究提供基础数据。

观象台拥有的综合地球物理实验平台、地震台阵技术中心、国家测震台网仪器质检中心技术系统、综合地球物理观测系统可以为建立孕震过程模型和观测仪器研制提供实验条件。

同时，北京国家地球观象台是研究所开展地震学和地球物理学观测技术创新的重要实验基地。

台站良好的观测环境为开展新型地震仪器性能检测和运行稳定性测试提供了条件。

2000年观象台被科技部确定为国家重点野外科学观测试验站（试点）。

2007年，科技部正式批准北京国家地球观象台为国家野外科学观测研究站。

2011年，科技部确定北京国家地球观象台为“国际科技合作基地”。

通过国家重大科学工程项目和修购专项的支持，建立起了具有国际水平的科技基础条件平台。

在2004年正式启动的“中国数字地震观测网络”项目中，在北京国家地球观象台实施了多个技术平台的建设。

目前，观象台建有综合地球物理实验室、中国地震科学探测台阵技术中心、国家测震台网质量检测技术系统、国家地震基准台和地磁台、全面禁止核试验条约组织的国际监测系统台站、中国地震局应急流动地震监测技术支持中心。

其中，地震科学探测台阵技术中心仪器检测维护系统的建立，形成了大规模流动地震观测仪器、大功率人工震源系统等大型仪器系统管理、技术支持和运行维护的能力，为大规模对地探测技术平台的质量、性能和一致性检测提供了先
进技术平台。

该平台的建成，确保了地震台阵野外运行工作稳定，为开展大规模地震流动观测提供了强有力的支撑。

中国测震台网仪器质量检测中心建成的“测震台网的质量检测和技术支持系统”，形成了包括振动检测、噪声测试、电子性能测试、环境试验和运行功能检验在内的地震仪器质量检测技术平台。

自2001年以来，在陈颙院士倡议下，中国地震局地球物理研究所与多个单位开展联合研究，以大容量气枪为震源，在河北省遵化市上关湖、北京房山牛口峪、陕西宁强等地开展了介质物性变化主动源探测的试验研究，已经基本形成了一套有效的激发、接收和数据处理的技术系统，实现了探测10万平方公里（深60公里）的绿色、环保的激发技术，发现了华北北部地壳低速层存在的地震学证据。

由获得的走时变化反演出地下介质变化取得了令人可喜的初步结果。

目前，已在云南省大理白族自治州宾川县建成大型气枪发射平台，开展“地下明灯计划”的前期实验工作。

在加强观象台基础条件平台建设的同时，通过人才引进和青年人才队伍培养，观象台建立起适应国家地震基准台站观测、大型地震台阵技术支持和综合地球物理实验技术和理论研究发展需要的科研队伍，青年科技骨干已崭露头角。

目前，观象台坚持“室内外相结合，观测、实验、研究相结合”的发展方向，形成了地球物理背景连续观测和地球物理成像与地震物理实验紧密结合的学科发展和研究特色。

三、存在问题
（一）技术能力制约观象台对地球内部探测计划的支撑与保障作用面向喜马拉雅计划开展覆盖全国范围，同时进行地震、电磁、重力等多个学科高密度的连续观测，需要观象台具备对大批野外装备的维护和检定、海量数据的存储和分析处理、利用多个学科观测数据进行地下结构的成像等综合技术能力。

与喜马拉雅计划需求相比较，观象台的科技平台条件在各类环境条件仪器性能测试、台阵仪器野外运行状态监控、岩石物理性质和力学性质实验条件、野外观测数据存储和分析处理技术平台能力等方面都存在较大差距。

面向“地下明灯研究计划”，迫切需要观象台的实验能力扩展的室外的区域尺度，同时，需要不断提升气枪激发源的激发效率，和建设具有机动性的移动激发人工震源。

要实现喜马拉雅计划获取的海量观测数据的统一管理，现有技术能力在数据获取、存储、分析、处理和共享服务管理技术能力、数据产品生成的自动化程度仍然需要进一步提高；基于项目获取数据产出的数据产品类型较少，数据服务的形式不够进一步丰富，不能满足防震减灾事业需求和科技社会发展需要；保证观测质量的实时数据和非实时数据的数据质量状况评估能力有待提高；
虽然近年来国家对地震科技的投入不断增加，在国家大型科学工程项目、台站环境优化改造项目和修购专项的支持下，观象台的综合技术能力不断提高，科技基础条件平台有了较大改善，但是目前制约
观象台为全国范围地球内部结构探测（喜马拉雅计划）和“地下明灯研究计划”的进一步推进提供技术支持的瓶颈，仍旧是技术能力的不足。

（二）实验室建设与防震减灾事业和地球科学研究需求存在差距面向减轻地震灾害损失的地震科学研究以观测和实验为重要基础。

重点实验室是科技创新平台、对外交流的窗口和人才培养的基地，是高水平基础研究和应用基础研究、汇聚和培养优秀科学人才、开展学术交流的重要基地。

建设在北京国家地球观象台的“地震观测与地球物理成像”实验室是突破地球内部观测局限性、开展孕震机理研究与成灾机理研究、支持高层次的科技合作与交流的科技创新基地。

其发展目标是近期成为“中国地震局重点实验室”，并努力创造条件，争取早日成为国家重点实验室。

要达到实验室的发展目标，实验室在科技人才队伍的规模、结构、梯次、学科分布和科技创新能力、开放合作方面还存在着较大的差距。

同时，面向“地下明灯研究计划”，“地震观测与地球物理成像”实验室也迫切需要改善装备条件，配置核心实验设备。

在吸引系统内外、国内外的专家学者进入实验室开展观测、实验和研究方面，实验室的实验装备水平、工作环境、项目支持条件等还缺乏强有力的竞争优势。

为此，尚需结合重大项目和任务培养人才，积极改善实验装备条件，明确科学问题，建设学科队伍，建立和完善岗位管理和评价激励机制，以及经费保障机制。

（三）基础设施条件不能适应观象台的发展需要
在面向“喜马拉雅计划”和“地下明灯计划”的基础设施建设方面，北京国家地球观象台占地面积5.96万平方米，测震和地磁等观测室1955年建成，建筑面积0.4万平方米；山洞观测区1980年建成，建筑面积0.1万平方米；办公楼和零磁空间实验室1984年建成，建筑面积0.3万平方米；地球物理综合实验楼2006年建成，建筑面积0.26万平方米。

虽然近年来在国家重大建设项目。

修缮购置专项和中国地震局大力支持下，观象台的基础设施条件和科技基础条件平台技术能力有了显著改善，但是与国家级的野外科学观测研究站和“国际科技合作基地”标准条件比较，还有明显差距。

特别是在国外和行业内外同类观测实验基地整体能力提高的趋势下，这种基础设施条件的差距还有进一步拉大的趋势。

观象台建成五十余年来，受基础设施建设投入的限制，基本建设历史欠账较多，再加上国家地球观象台位于市政基础设施薄弱的农村，工作环境等基础设施能力不能适应“喜马拉雅计划”等重大地球内部结构探测计划的技术支持、全球地震观测与地震台阵探测国际科技合作、实验室开放运行所需要的人员工作条件需要。

办公区的部分基础设施需要进行配套改造，观象台的修缮和基础设施改造的任务依然较重。

第二章发展战略
一、指导思想
本规划的编制，以科学发展观为指导，认真研究国家经济建设和
社会发展对防震减灾事业的新要求，深刻领会中国地震局党组提出的提升地震科技对防震减灾事业贡献率的工作部署。

以《国家地震科学技术发展纲要（2007—2020年）》和《中国地震局事业发展规划纲要》为依据，强调在“十二五”期间加强观象台科技平台条件和基础设施能力建设，发挥观象台长期地球物理综合观测和实验平台优势，注重多学科交叉和新兴学科发展，为“喜马拉雅计划”和“地下明灯计划”提供技术支持和观测、实验保障，通过观测、实验和研究的紧密结合不断提高对地下静态结构和动态变化的认识，努力实现“地下清楚”的战略目标。

二、基本原则
实施本规划的基本原则是根据“喜马拉雅计划”战略行动和“地下明灯计划”需求，找出学科发展、队伍建设、技术能力和基础设施条件差距，突出重点问题，提出观象台“十二五”期间发展的总体目标与指标体系、战略重点和工作布局、主要任务、重大专项建议，和切实有效的保障措施。

在规划指导下，重点开展观象台的技术能力建设、科研队伍和学科建设，以及与之相配套的基础设施环境建设。

第三章总体目标与指标体系
一、总体目标
1. 在“十二五”期间，通过扩展山洞观测区观测环境保护范围，异地共建地磁观测台站，更新台站陈旧观测仪器，保持国家地震基准
台站观测标准；达到国家野外科学观测研究站的“观测、研究、示范”的定位要求。

到2020年，在综合地球物理观测方面，形成满足观测技术要求的良好观测环境和观测技术能力；在技术队伍、地震台站观测和管理、运行维护、技术支持、信息服务、新技术研发能力方面，达到美国阿尔伯克基地震实验室等国际高水平台站的同期水平。

2. 在“十二五”期间，通过基础设施、科技基础条件平台和人才队伍建设，达到实施“喜马拉雅计划”战略行动和“地下明灯研究计划”等重大基础性任务和重大工程的技术支持条件平台能力和技术支持人才队伍能力要求。

到2020年，通过实施国家重大工程建设项目，在全国范围实施“喜马拉雅计划”，建设达到IRIS-PASSCAL和IRIS-DMC综合技术能力和技术研发能力水平的地球内部结构探测技术支持中心。

3. 在“十二五”期间，加强学科建设、实验技术装备建设、人才队伍建设、开放交流与合作、资源数据共享服务和运行管理能力建设，提升观象台的科技创新能力，将观象台建设成为国家地球物理科学发展的重要野外观测实验、科学研究和示范基地；在管理水平和开放交流水平上达到科技部国际科技合作基地的标准；地震观测与地球物理成像实验室基本达到国家重点实验室的申报要求。

到2020年，将观象台的实验平台建设成为全面符合国家野外科学观测研究站和重点实验室考核标准的国际先进水平地球物理观象台。

二、指标体系
围绕北京国家地球观象台发展的总体目标，观象台的观测、探测、实验的综合能力建设指标应满足提升地下结构探测与研究相关能力的具体要求：
（一）国家野外科学观测研究站达到“观测、研究、示范”标准通过观测环境保护和基础设施建设，保证山洞观测区的环境地噪声不超过10-8m/s；山洞观测室具有良好的防潮保温性能；增加绝对重力观测项目，与相对重力观测配套，达到重力基准台的标准。

流体观测通过建设1000米左右的专用水井，达到避免城镇用水干扰的技术要求。

增加适合台站观测环境的地球物理和地球化学的观测手段，如次声、井下应变（形变）、气汞和氦气等观测项目。

通过数字化手段，实现对历史地震、地磁观测资料的保护和共享服务。

通过局所合作模式，选择距离观象台目前地磁观测区较近的地点，和合适的观测环境，共建北京国家地球观象台地磁观测区。

（二）满足实施“喜马拉雅计划”的技术保障能力要求
1. 地震科学台阵探测的技术保障能力
满足支持1200台流动地震仪器组成的流动地震台阵的技术保障能力；
满足保障12套观测单元监控管理系统在野外现场正常工作的技术能力；
满足保障气枪、可控震源系统、流动观测数据中心和流动观测实
验场在野外工作现场正常运行的技术能力。

2. 地震观测仪器的质量检测和性能测试
在观测环境、测试仪器性能方面，满足对国家和区域测震台网主要型号技术装备及近年来国际上主要使用型号的地震仪器的质量检测和性能测试能力。

3. 地震台阵数据分析和共享服务
满足“喜马拉雅计划”涉及的地震仪器、人工地震测深、重力、大地电磁测深探测获取的海量观测数据的收集、存储、质量监控和共享服务能力。

（三）显著提升对地探测的多尺度/多学科综合实验能力
以“地下清楚”为目标建设“地震观测与地球物理成像重点实验室”。

通过开展区域尺度的主动震源探测实验能力、岩石物性、壳幔结构和地震过程成像实验，发展深部介质结构、性质和状态及其变化的监测技术和主动震源监测技术。

经过“十二五”期间的建设，实验室建设基本达到国家重点实验室的申报要求，并以此带动研究所科学研究水平的提高，推动我国防震减灾事业的发展。

（四）进一步提升地球内部结构探测和成像的科技创新能力相关学科建设和开展相关学科的创新性和应用型研究的评价指标，就是满足“喜马拉雅计划”海量探测数据分析要求；为地壳、上地幔三维精细结构及物性成像提供高分辨率的先进理论、方法；形成产出中国大陆地壳与上地幔的精细三维速度结构模型、介质物性模。