0 引言

地震台阵是为监测微弱地震信号而发展起来的一种地震观测系统（寿海涛，2005），其主要目的是，监测和识别地下核试验，提高微震监测能力，开展精细的地下介质结构研究（郝春月等，2007）。地震台阵是在与所观测地震波波长相当的孔径范围内有规则排列的一组地震计，通过地震计的输出信号进行各种组合分析，采用独特的地震数据处理方法，汇聚各子台数据记录，突出有用地震信号，获取有关震源及地球内部结构的信息，与单个地震台相比，地震监测能力更强，特别是微弱地震信号的提取能力（陈建涛等，2017）。

郑重等(2000, 2014, 2016)、郝春月等(2002, 2006, 2007, 2016)对我国建设的兰州、海拉尔、和田等地震台阵的勘址数据处理、台阵设计、台阵观测技术等进行了一系列研究。地震台阵工作机理如下，均假定台阵覆盖地区地质构造是均匀的，保证各子台记录的信号具有较强的相似性。这是因为，只有波形相似，才能使用聚束法（杨千里等，2019）叠加波形（郝春月，2007），达到抑制噪声干扰、增强地震信号的效果。若要记录到波形相似的地震波，就要求台阵场址具有良好、稳定的地质构造条件，即地质构造均匀且背景噪声水平符合要求（郝春月，2007）。GB/T 19531.1—2004、DB/T 16—2006、JSGC—01（2005）等相关规范，对地震台场址的地质条件、背景噪声观测环境提出了明确的技术、指标要求。

为提高我国东北地区的地震监测能力，“一带一路”地震台网监测项目组拟在黑龙江鹤岗地区建设一个地震台阵。台阵建设的首要阶段是进行台阵场址勘选和设计（郑重等，2000），即对场地的地质和背景噪声条件进行科学严谨的评价分析。为保证台阵记录的数据质量，台阵建设前期进行详细勘选工作。文中详细介绍了鹤岗三道林场地震台阵场址前期地质环境勘选工作，从地震构造环境、场址地形地貌、场地工程地质岩性特征等地质条件和场址环境噪声勘测结果，与相关规范对比，分析所选台址是否具备建设条件。

1 台阵建设背景

鹤岗地震台阵是国家“一带一路”地震监测台网项目的重要组成部分，台阵建成后，将有效提高东北地区微小地震活动的监测能力。该台阵的主要建设内容为改造1个数据管理站、新建25个地下型子台，其中1个子台作为参考台，每个子台均拟建一个观测室和1口直径150 mm、深100 m的观测井。三道林场地震台阵布局模式设计为NORESS同心圆型（寿海涛，2005；郑重等，2014），包括1个中心点，4个环，共布设25个子台，其中：第一环半径为200 m，建设3个子台；第二环半径为400 m，建设5个子台；第三环半径为800 m，建设7个子台；第四环半径为1 600 m，建设9个子台。环上各站点均匀分布，以保证测定来自各个方向的地震事件的方位角和慢度。

鹤岗地震台阵场址位于鹤岗西部三道林场，与鹤岗市中心直线距离约20 km，距鹤岗机场约36 km，与新建鹤佳高铁最近距离约14 km，与鹤嫩线省道最近距离约10 km，交通较便利，且场址所在地未列入当地发展规划，周边无机场、水库、湖泊、采石场等大型干扰源，适合建设地震台阵。

2 地质构造背景

鹤岗地震台阵场址地处山区与平原交接地带，大地构造位置属兴安岭—内蒙地槽褶皱区，地处伊春—延寿褶皱系，丰茂—亚布力地槽褶皱带和兴凯湖—布列亚山地块区与老爷岭地块佳木斯隆起带的结合部位，历经早元古代—早前寒武世、古生代和中生代—新生代3个大的构造发展阶段，主要出露元古界、古生界、中生界、第三系及第四系地层，其中：研究区西北部以燕山期、华力西期、印支期混合花岗岩为主；东南部地层分布如下：第四系较发育，主要在梧桐河、鹤立河、阿陵达河及西北部汤旺河等河谷分布，形成高、低河漫滩堆积层及一级阶地；第三系主要在鹤岗市七山、新华镇、鹤立镇等地分布；元古界、中生界、古生界地层零星分布。

进入新生代以来，新构造运动较为强烈，火山活动、地震活动明显受NE向依兰—伊通断裂控制。构造的新生性（断块差异升降）主要表现在嘟噜河等河谷两岸，依兰—伊通断裂北西侧相对抬升，东南侧相对下降，显示了断裂在新生代的活动性。受近NS、NW向断裂及NE向依兰—伊通断裂活动的影响，该区沿断裂带有新第三纪玄武岩充填。

场地所在地震分区属于东北地震区的张广才岭地震构造区，本次选址工作充分收集了场址周边地区的地质构造资料，并结合现场调查，发现场址周边存在NE、NW、NS向8条断裂，其中NE向依兰—伊通断裂（F₁）和NS向牡丹江断裂（F₈）规模较大，在研究区内最新活动时代为早、中更新世（Q_p1-2），其他断裂的最新活动时代为第四纪早期或前第四纪，不存在晚更新世以来的活动断裂，台阵场址范围内无断裂通过。台阵台址位于比较稳定的大地构造单元。各断裂名称、性质以及与台阵位置关系见表 1、图 1。

（1）依兰—伊通断裂。依兰—伊通断裂带是我国东北地区规模最大的断裂带之一，穿过研究区东南部，与场址最近距离约18 km。近年来，在该断裂西支的通河、尚志、舒兰等地发现多处晚更新世、全新世活动证据（闵伟等，2011；余中元，2016），彻底改变了对该断裂带北段不活动和不存在发生地表破裂型地震的构造背景的认识。

依兰—伊通断裂在研究区展布约100 km，走向NE，倾向NW，遥感解译资料表现为一系列NE向展布的线性影像。该断裂可作为研究区西北部山区与平原区的界线，同时控制了第三纪沉积形成地堑，且沿断裂带有晚第三纪玄武岩分布。该断裂北西侧相对抬升，东南侧相对下降，显示出断裂在新生代的活动性。在鹤岗机场地震安全性评价工作中，在研究区布设浅层地震勘探剖面，其中L6测线反射波时间和深度解释剖面见图 2（黑龙江省地震局，2018）。由图 2可见，解译得到2个北倾正断层FP7和FP7.1，且向上穿透第四纪底界。由此推测，依兰—伊通断裂在研究区范围内最新活动时代为第四纪早期（Q_p1-2）。

（2）牡丹江断裂（F₈）。该断裂由牡丹江市向北经依兰、汤原、嘉荫，过黑龙江进入俄罗斯境内，在中国境内长约500 km，贯穿整个研究区，与台阵场址最近距离约30 km。

牡丹江断裂形成于古生代，燕山期以来继承性活动，走向近NS，是小兴安岭张广才岭槽地褶带和佳木斯台隆的分界线，为岩石圈断裂（黑龙省区域地质志，1993），被依兰—依通断裂和敦密断裂切割分为南北中三段，研究区即位于牡丹江断裂北段，该段最新活动时代为第四纪早期（Q_p1-2）。

3 台阵场址工程地质条件 3.1 地形地貌

台阵场址位于黑龙江省东北部鹤岗市三道林场，地处小兴安岭和三江平原的缓冲地带，场地地貌单元属低山丘陵，地势西高东低，地面高程在136.00—292.00 m。各子台地面最大高差约50 m，地形起伏不大（图 3）。台阵各子台站点高程见表 2。

3.2 场地地层结构

据本次台阵场址钻探勘察报告结果，台阵场址上部为全新统堆积、冲积地层，覆盖层厚约0.5—1m，覆盖层下部主要是印支期晚奥陶世中（细）粒二长花岗岩O_3ηγ，呈灰色、灰黄色，细中粒似斑状结构。勘察区基岩多为全风化、半风化，在勘察范围10 m内均未穿透。除上部的表层土近期受人类活动影响外，下部各地层分布较稳定，各子台台址工程地质状况良好。台阵各子台基岩顶板埋深及性质见表 2。

3.3 场地地震动效应

依据勘察结果和《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）（2016年版）中表 4.1.1、表 4.1.3的规定，确定台阵建筑场地为建筑抗震一般地段。在场地20 m深度范围内，土层等效剪切波速值在265—325 m/s，各场地覆盖层厚度均 < 5 m，S波速为250 m/s < v_S≤500 m/s，属中硬土，建筑场地类别为Ⅰ₁类。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2015）规定，台阵场址基本地震动峰值加速度为0.10 g（抗震设防烈度为Ⅶ度），基本地震动反应谱特征周期为0.35 s。据“一带一路”地震监测台网项目设计报告，该台阵建筑抗震设防类别为乙类，属于重点设防类。据建筑工程抗震设防分类标准（GB50223—2008）规定，乙类建筑指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。

3.4 场地地震地质灾害

根据场地地形、地貌及环境工程地质条件，场地及附近不存在对工程安全有影响的岩溶、崩塌、泥石流、采空区等不良地质构造作用，不存在湿陷性土、红粘土、膨胀岩土、盐渍岩土、多年冻土等特殊性岩土。根据各子台站点所揭露的岩性可知，场地下方不存在饱和沙土和饱和粉土，不存在土层液化问题。

4 背景噪声环境测试 4.1 勘选概况

在本次勘选中，三道林场共布设9个子台，分别是sdzx、sd1-2、sd2-5、sd3-2、sd3-4、sd3-6、sd4-3、sd4-6、sd4-9（图 3中粉色点为勘选布设台站）。观测时段为2019年5月11日—24日，勘址仪器使用CMG-3ESPC宽频带地震计和REFTEK-130s数据采集器。勘选期间共记录完整清晰的地震5次，其中矿震1次，近震1次，远震3次，具体参数见表 3。以2019年5月18日松原5.1级地震为例，分析各子台记录的地震波形。中心点由于观测仪器EW向靠摆，未记录到地震波形，各子台波形记录见图 4，可见波形基本一致，相似性较好。

4.2 背景噪声分析

随机选择5月23日00:00—23:00（北京时8:00—24日7:00）作为数据样品段，计算中心点台基噪声（频率1—20 Hz）在24小时内RMS小时均值，计算结果见图 5(a)，可见大部分时段环境噪声水平Enl值小于3.16×10^-8 m/s，达到Ⅰ级环境地噪声水平，评估三道林场环境噪声水平为Ⅰ级。综合24小时段的功率谱密度PSD值，结果见图 5(b)，可见频率5 Hz对应的功率谱密度基本小于135 dB，满足小孔径地震台阵背景噪声的另一个指标，即国际监测系统IMS（International Monitoring System）的建设标准。

其他8个勘选点背景噪声分析结果见表 4，可见除sd3-6点（sd3-6点靠近道路，白天受人为干扰严重，地噪声水平超Ⅰ级，夜间时段为Ⅰ级，计算得到的噪声功率谱密度PSD值偏大），其他点与中心点评估结果一致，功率谱密度均满足建站标准。

5 结论

综上所述，可以得出以下结论。

（1）台阵台址地处较为稳定的大地构造单元，场址无断层通过；台址范围内地形平坦，无陡坡、风口，不存在河滩等易涝地形条件；场地工程地质条件较好，不存在溶洞、夹层、裂隙和液化层。场地覆盖层厚度 < 5 m，下部为基岩，岩性主要为印支期花岗岩，坚硬完整、致密均匀。

（2）勘选期间各子台记录的地震波形相似性较好；无偶发性振动干扰情况下，环境地噪声均达到Ⅰ级水平。在频率5 Hz处，垂直向地噪声功率谱小于-135 dB，满足IMS系统台阵的建设标准。

（3）通过地震构造环境、地形地貌、场地工程地质岩性特征、台址环境噪声等实际勘选测试结果，与地震台站建设规范——测震台站DB/T 16—2006、中国数字测震台网技术规程JSGC—01、地震测震台站观测环境技术要求GB/T 19531.2—2004及地震台阵台址勘选技术指南的规定要求进行对比，认为鹤岗地震台阵三道林场符合规范要求。