自然资源部北京地壳应力应变野外科学观测研究站

野外站简介

1、成立时间

2019年10月29日，自然资源部北京地壳应力应变野外科学观测研究站（简称“野外站”）纳入自然资源部野外科学观测研究站管理序列。

2、发展历史

1966年邢台地震后，为了分析内生地质灾害的发展趋势，地质力学所开始地应力野外台站建设（隆尧台站）。

2000年以来，围绕国土空间开发利用、深部资源安全开采和国家防灾减灾战略的需求，在青藏高原腹地及其周缘、南北地震带、华南地块、郯庐断裂带开始了北京昌平站、甘肃山丹站、陕西宁强站、山东蓬莱站、海南海口站等现代化地壳应力应变野外观测台站建设。

2011年11月12日，甘肃山丹站、陕西宁强站、北京昌平站等地应力综合监测站成为自然资源部（原国土资源部）第一批批准命名和建设的野外科学观测研究基地，即地应力综合监测--甘肃山丹野外基地、陕西宁强野外基地、北京昌平野外基地。

2015年7月15日，地应力综合监测--甘肃山丹野外基地、陕西宁强野外基地、北京昌平野外基地等野外科学观测基地通过了自然资源部（原国土资源部）野外科学观测研究基地办公室组织的中期检查。

2019年10月29日，野外站纳入自然资源部野外科学观测研究站管理序列。

 

定位与研究方向

1、定位

积累长期、稳定、科学、规范的地壳应力应变观测数据，提升我国地壳应力应变观测水平，支撑地应力与地壳运动演化过程、地应力与地壳稳定性评价、地应力与深部资源开发安全利用等重大基础科学研究，推动地球动力学、固体物理学等学科长足发展，引领示范地壳应力应变领域科研发展与人才培养、成果示范与推广、开放共享与跟踪服务、知识传播与科学普及，打造国际领先的野外科学观测研究站。

2、研究方向

（1）中国大陆地壳应力应变变化规律研究

利用野外站地壳应力应变监测数据，揭示我国各个板块单元内部地壳应力应变随时间变化规律，分析地壳应力应变与地质灾害、工程地质问题发生机理的关系，探索地壳应力应变与构造活动关系。

（2）应力应变监测技术方法研究

采用互联网、物联网、大数据、5G通讯、人工智能等技术，创新地壳应力应变监测技术方法和监测体系，包括海域监测技术体系、仪器深孔安装技术；研制陆海地应力监测仪器设备，涉及电容式应变仪、压磁式应力计、压容式应变仪、体积式应变仪等。

（3）地壳应力应变观测标准规范研究

通过室内仪器标定、井下实验、野外观测实践和观测数据处理等，制定台站建设标准、仪器标定标准、室内仪器测试标准、观测数据处理标准、地壳应力应变观测标准等，为野外站产出科学、规范、长期、稳定的观测数据提供支撑，逐步建立地壳应力应变国家标准规范体系，大幅提升我国地壳应力应变观测的整体科技水平。

（4）地壳应力应变信息服务国土空间规划、地质灾害防治等领域的应用研究

利用野外站长期累积地壳应力应变数据，获得监测站点构造部位现今地应力状态及其动态变化规律，提取地质灾害发生的应力应变前兆信息，为国家重大工程、深部矿山、水电地下厂房、重要交通设施、核废料处理场址等工程灾害防治提供建议和预防措施。

 

野外站人员组成

1、野外站主任

彭华，1964年生，二级研究员。现任中国地质科学院地质力学研究所地应力与地壳稳定性研究室副主任、野外站站长及首席科学家。一直从事地应力测量与监测、地学仪器研制、地壳稳定性等方面科研工作。

主要业绩：承担了科技专项、自然基金重点项目（课题）、地震行业专项、地质调查项目、社会项目等20余项。发表学术论文60余篇，获授权专利10余项。

主要成果与贡献：近三年，通过海域活动断裂调查与地壳稳定性评价，厘清了渤海海峡、台湾海峡、琼州海峡（三大海峡）地区活动断裂活动性与地壳稳定性的关系。同时，完成了海洋地应力观测体系建设，形成一套海洋地应力观测平台建设技术，研制出了适合于海底活动断层监测的新型仪器，为未来开展海床地应力调查提供了技术支撑。

2、野外站副主任

陈群策，男，1963年生，二级研究员。现任中国地质科学院地质力学研究所地应力与地壳稳定性研究室主任，地应力测量与监测实验室主任，中国岩石力学学会地壳应力与地震专家专业委员会委员，野外站副站长。

主要领域：一直以来从事水压致裂地应力测试理论、技术及工程应用领域的研究工作，在“水力阶撑”测试技术，水压致裂三维地应力测试技术和钻孔原生裂隙三维水压致裂地应力测试技术等领域取得了重要成果。

主要业绩与贡献：近年来主要承担国家重大专项任务“地下深部水压致裂地应力测试设备研发及应用”项目，在水压致裂地应力测试设备研发及其在非常规油气、干热岩等领域得到了推广应用。取得了科研成果的同时，实现了科技成果转化应用，服务于国家经济建设。

谭成轩，男，1964年生，研究员。现任中国地质科学院地质力学研究所地质灾害研究室主任、中国地质调查局“重要活动构造与区域工程地质调查工程”首席专家、地应力综合监测野外科学观测研究基地高级顾问，野外站副站长。

主要领域：主要从事构造应力场、区域地壳稳定性评价、工程地质、油气勘探开发、地震地质等领域应用研究。

主要业绩与贡献：近期主持并推进我国重要活动构造与区域工程地质调查工作，组织探索我国重要活动构造与区域工程地质调查及其服务国家重大战略、国家重大工程规划建设、地质灾害防灾减灾、国防和军事工程建设、地下空间开发利用、城市地质调查评价等工作方式、技术方法体系。

3、秘书

马秀敏，男，1978年生，高级工程师，野外站秘书、甘肃山丹分站负责人。主要从事地应力、活动断裂、地壳稳定性等方面地质调查与科研工作，担任中国地质调查局二级项目负责人，先后主持/作为骨干完成国家级或省部级科研项目近20项，发表论文50余篇，出版专著1部（合著），授权专利10项，软件著作权2项。

张鹏，男，1985年生，副研究员，野外站秘书、北京昌平主站负责人。主要从事地应力、岩石力学等方面地质调查与科研工作，担任中国地质调查局二级项目子项目负责人。

 

基地构成

野外站已建成1个主站（北京昌平站）、4个分站（甘肃山丹、陕西宁强、海南海口和山东蓬莱）和1个数据中心，涉及53个站点，占地面积26675平方米，建筑物面积7205平方米，地应力监测站最长连续运行时间已近10年。

依托野外站布设地壳应力应变观测点（观测点构成，图1），开展各种环境参数观测，包括如气象（风向、风速、气压、气温、降雨、降雪、土壤温度、土壤含水量）、水文（水位、水温、水体交换流速）、地应力应变变化引起的其他物理参数的变化（地倾斜、地温、微地震、地磁、地电）等。

图1 地壳应力应变野外观测研究台站构成

仪器介绍

野外站主要有固定野外监测仪器与辅助性仪器设备，包括钻孔组合式应力-应变多参数自动监测仪、分量式压磁地应力监测仪、分量式电容钻孔应变仪、体积式钻孔应变仪等，共有194台套。

1、钻孔组合式应力-应变多参数自动监测仪

该监测仪器采用多种通讯技术和多种传感器（钻孔式高精度倾斜仪、分量式应变计、体应变仪、高精度石英温度计、短周期地震计、孔隙压计和三分量磁力仪），自动监测钻孔内多种地球物理量，包括地倾斜、地应变、地温、地震波、孔隙压和地磁，是一种研究地球动力学的科学仪器，台站安装率60%。

2、分量式压磁地应力监测仪

该监测仪器为地质力学研究所研制的深孔压磁应力解除监测系统。本新型监测系统集自动加力、井下自动定向和数据存储功能为一体，显著提升了原有仪器设备的测试能力和可靠性，台站安装率35%。

3、分量式电容钻孔应变仪

RZB系列电容式钻孔应变测量系统由井下探头和地面主机、数采等设备组成。井下探头内水平安装4个位移传感器，传感元件采用三极板差动式电容传感器。传感器被安装在钢桶（井下探头）内，随着探头外筒的压缩、拉伸，极板间距会发生相应的变化，其电容量便随之改变，台站安装率5%。

 

研究成果

1、山丹分站获取了汶川地震前后典型应变数据曲线（图2）。

a.四川汶川8.0级地震拉伸阶段(应变曲线)

b.2008.5.12-14连续四天地应变监测曲线(具有前兆现象)

图2 地应力观测站（点）典型应变曲线

2、野外站建立了深孔应力解除法、水压致裂法、滞弹性恢复法地应力测量理论体系，编制了1:500万中国现今地应力状态图，初步揭示了中国大陆地应力时空分布规律。

3、野外站编制了海域活动断层监测技术指南，建成水压致裂地应力测试平台（图3）和海域地应力监测体系（图4），累计获得国家专利授权14项。

图3 北京十三陵基地专用实验钻孔及井中测试平台

图4 海洋综合地应力观测体系

4、利用野外站提供的数据，在三大海峡跨海通道规划选址、金川镍矿安全生产保障（图5）、龙门山构造活动趋势分析（图6）、兰渝铁路木寨岭隧道变形机理研究（图7）、某机场地裂缝防治等方面卓有成效。

图5 金川镍矿构造应力场状态与巷道治理成效

图6 芦山地震前后龙门山断裂带西南段地应力测量与监测结果

图7 兰渝铁路木寨岭隧道活动断裂分布、地应力测量监测

5、采用野外站监测数据和研究成果，累计发表学术论文93篇，地壳应力应变监测数据实现了社会共享。

 

北京昌平野外科学观测主站（简称“昌平站”）

海南海口石山火山野外科学观测分站（简称“海口站”）

山东蓬莱姜沟野外科学观测分站（简称“蓬莱站”）

甘肃山丹野外科学观测分站（简称“山丹站”）

陕西宁强野外科学观测分站（简称“宁强站”）