监测地球跨圈层扰动 我国新增一座超级观测站

封面新闻记者 张峥

近日，由成都理工大学、桂林理工大学、中国地质大学（武汉）、西南交通大学、昭通市防震减灾局、巧家县防震减灾局等近20家科研与业务单位等共同建设的三维地球物理跨圈层扰动监测系统在云南巧家建成。该系统将与此前于2020年在四川乐山建设的垂向扰动监测站协同运行，共同对地磁场、大气电场等进行监测。另外，第三座监测站将选址四川稻城。

项目负责人，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室教授陈界宏表示，项目将发展一套集“空间三维+时间序列”于一体的地球物理动态监测系统，即所谓“4D全向监测”，更全面捕捉孕震过程中能量在不同圈层间的传递路径。

三项关键技术升级

据介绍，2020年建成的乐山观测站实现了对地壳至电离层垂直剖面上多种物理参量的同步连续观测，涵盖地振动、地磁场、大气电场、电离层电子浓度等14类参数。这一设计为研究地震前兆过程中岩石圈-大气圈-电离层之间的可能关联提供了数据支持。

此次在巧家新建的监测站点，在继承乐山站多参量集成观测优势的基础上，进行了三项关键技术升级：引入高频多普勒监测系统：在距地面约100公里与300公里高度设置反射目标点，结合外部三个固定基站形成干涉网络，可探测高空水平方向上的微弱扰动变化。该方法有助于补充传统垂向观测难以获取的横向传播信息；构建了“卫星+反射点+地基”融合观测架构：整合当地已有测高仪设备，优化北斗卫星数据接收链路，实现天基信号与地基观测的协同反演，提升对电离层动态过程的空间解析能力；增设了三个远距离GNSS观测子站：通过多站点差分计算，增强对电离层扰动波传播方向与速度的识别能力，为研究扰动源区及其与构造活动关系提供数据支撑。

160米的地下观测山洞监测地球活动

目前，巧家系统已实现对20余项地球物理参量的实时采集。配合乐山站的数据，初步形成了横跨川滇地区、覆盖浅地表至350公里高空的立体观测布局，具备一定的跨区域、多维度数据融合分析能力。

巧家县位于青藏高原东缘与云贵高原过渡带，地处小江断裂带附近，历史上强震频发，且受金沙江深切河谷影响，局部岩体破碎，滑坡、泥石流等地质灾害发育风险较高。监测站距金沙江干流约8公里，所处“断裂-河谷”复合地貌为研究构造活动诱发的地表响应及次生灾害演化提供了典型样本条件。

左图：巧家站概貌；右图：站内山体山洞

为保障高精度仪器稳定运行，项目团队建设了一条长约160米的地下观测山洞，用于安置应变仪、倾斜仪、宽频地震计等对温度、湿度和电磁干扰敏感的设备。针对山洞内部高湿环境可能加速设备锈蚀和老化的问题，采取了密封封装、除湿通风与材料防腐等防护措施；同时，采用“北斗授时+无线信号转发”方式解决洞内时间同步难题，确保各传感器时间一致性达到毫秒级精度。

未来规划：推进区域监测网络建设

目前，研究团队正联合西南地区多家单位开展第三座监测站的选址工作，拟在四川省稻城县布设新节点。稻城位于鲜水河断裂带南延段，属青藏高原东南缘典型隆升区，具有较强的构造活动性和独特的圈层相互作用特征。若乐山、巧家、稻城三站最终实现组网运行，将有望形成覆盖不同地质单元的三角形观测格局，提升对西南地区跨圈层扰动空间结构的分辨能力。

据悉，稻城站已完成初步可行性调研，预计在未来1–2年内启动建设。整个系统的持续完善，或将为我国西南地区地质灾害风险评估与地球系统科学研究积累有价值的观测资料。