10月20日，美國(guó)阿拉斯加半島海域發(fā)生7.5級(jí)地震，中國(guó)自然資源部海嘯預(yù)警中心發(fā)布消息表示，該地震已經(jīng)引發(fā)局地海嘯，但不會(huì)對(duì)中國(guó)沿岸造成影響。

地震，是一個(gè)許多人聞之色變的詞。地震的發(fā)生常常造成嚴(yán)重人員傷亡，有可能引起火災(zāi)、水災(zāi)、有毒氣體泄漏、細(xì)菌及放射性物質(zhì)擴(kuò)散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災(zāi)害，人們將地震列為最可怕的自然災(zāi)害之一。

據(jù)了解，全球平均每年發(fā)生約500萬(wàn)次地震，能被人們感覺(jué)到的地震約5萬(wàn)次，可能造成破壞的地震約100次。

但很少有人知道，地震產(chǎn)生的地震波是目前少量可以穿透整個(gè)地球的信號(hào)，可以幫助人們認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為此，地震科學(xué)家、地質(zhì)勘探員、工程師等許多專業(yè)人士研究出人工地震的方法，在工程建設(shè)、科研活動(dòng)中發(fā)揮了重要的作用。

人工地震是了解地球的重要手段

在地表以人工方法激發(fā)地震波，在地震波向地下傳播時(shí)，遇有介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生不同程度的反射與折射。研究人員在地表或深井中設(shè)置檢波器接收這種地震波，收到的地震波信號(hào)可以反映震源特性、檢波點(diǎn)的位置、地震波經(jīng)過(guò)的地下巖層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。研究者們通過(guò)對(duì)地震波信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，就可以推斷出地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。

正因如此，人工地震在勘探領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，也常用在活動(dòng)斷層探測(cè)、核爆炸檢測(cè)、火山活動(dòng)檢測(cè)等領(lǐng)域。

比如地震波在不同成分的巖層(松軟的沙子、粘土物質(zhì)或堅(jiān)硬的石質(zhì)巖石)交接處會(huì)發(fā)生反射和折射，而發(fā)生斷層的地方，地震波能量就會(huì)被斷層“吸進(jìn)去”，因此根據(jù)檢波器接收到的地震波能量變化就可以測(cè)出斷層的所在位置。

早在1975年，中國(guó)科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊(duì)進(jìn)入青藏高原，先后進(jìn)行了9次人工地震試驗(yàn)，成功獲得了地下深達(dá)100公里之內(nèi)的殼、幔結(jié)構(gòu)信息，這也是我國(guó)科技人員在青藏高原腹地采集的第一批寶貴的地球物理數(shù)據(jù)。

2013年12月，日本研究人員也在鹿兒島市櫻島上通過(guò)人工地震探尋地下巖漿狀態(tài)，以掌握巖漿積壓狀態(tài)的變化情況等，幫助人們更好地預(yù)測(cè)火山噴發(fā)。

業(yè)內(nèi)人士告訴科技日?qǐng)?bào)記者，利用人工地震方法進(jìn)行勘探活動(dòng)，具有高精度、高分辨率、大探測(cè)廣度和深度等優(yōu)點(diǎn)，因此運(yùn)用人工地震方法勘探油氣資源遠(yuǎn)勝于其他地球物理勘探方法?，F(xiàn)階段，人工地震所能達(dá)到的深度范圍從數(shù)十米延伸到數(shù)十千米。

由于人工地震勘探所獲取的地質(zhì)構(gòu)造的清晰度，很大程度上取決于分辨率的高低，所謂的分辨率，指的是地震波數(shù)據(jù)對(duì)所探測(cè)的地質(zhì)體和地層細(xì)節(jié)的反映程度，沿垂直方向能夠分辨的最薄地層的厚度即為縱向分辨率，而橫向分辨率則指地震波沿水平方向能夠分辨的最小地質(zhì)體的寬度。因此，利用人工地震進(jìn)行勘探必須不斷優(yōu)化地震波質(zhì)量、提高分辨率，從而更詳細(xì)地了解地層的構(gòu)造與分布。

針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景可選用不同激發(fā)方式

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授王寶善多年從事人工震源在地震探測(cè)中應(yīng)用的研究。他表示，人工制造地震的方式比較多樣，也各有優(yōu)劣，研究者會(huì)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

人工制造地震根據(jù)震源大致可以分為兩種：一種是有炸藥震源，如TNT炸藥或硝銨炸藥等;另外一種是非炸藥震源，如機(jī)械撞擊、氣爆震源、電能震源等。

過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，陸上地震勘探主要是以炸藥作為震源。這種勘探方式以爆炸力強(qiáng)的炸藥為主要材料，利用雷管引爆后，會(huì)在周圍介質(zhì)中形成強(qiáng)大的、脈沖尖銳、頻率范圍較寬的沖擊波。

雖然強(qiáng)烈的沖擊波十分利于觀測(cè)，但是以炸藥為震源的方式有著天然的弊端，例如在工業(yè)區(qū)和人口稠密區(qū)均不宜使用炸藥，同時(shí)，炸藥爆炸帶來(lái)的污染也不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。炸藥震源適用性好，但對(duì)成孔有較高的要求，在疏松干燥的沙漠地區(qū)和疏松礫石層成孔困難的情況不宜使用炸藥震源。

由于諸多因素限制，這一曾經(jīng)在業(yè)內(nèi)被認(rèn)為“簡(jiǎn)單直接好用”的人工地震方法，到現(xiàn)在已經(jīng)用得越來(lái)越少了。

此外，常用的方法還有以重錘作為震源激發(fā)地震，也有研究者將其歸類為可控震源。具體方法是研究人員通過(guò)操控機(jī)械裝置將重物高舉，利用巨大的沖量來(lái)撞擊地面以產(chǎn)生震動(dòng)，通過(guò)接連不斷地“捶打”制造出小型地震效果，并把相關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。

這種方式產(chǎn)生的地震信號(hào)的頻率可以人為調(diào)節(jié)，根據(jù)地表?xiàng)l件、淺層介質(zhì)條件、響應(yīng)特性和勘探目標(biāo)層深度選擇合適的激發(fā)頻寬，有利于提高地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。

此外，可控震源是垂直向下振動(dòng)，其輸出方向垂直向下，絕大多數(shù)能量向下傳遞，減少了反射和表面波，避免了某些環(huán)境噪音的影響。

然而，這種方式雖然適合陸地地震勘探，但由于這種激發(fā)裝置體積過(guò)大，操作并不方便，更重要的是其激發(fā)的地震波頻率較低，適合對(duì)分辨率要求不高的地震勘探。

另一種采用較多的是空氣槍震源，又叫壓縮空氣震源，它是利用壓縮空氣迅速釋放產(chǎn)生巨大的能量來(lái)激發(fā)地震，具體做法是將高壓氣體(空氣)壓入槍膛，并讓其在短暫的瞬間在槍口釋放，產(chǎn)生很強(qiáng)的沖力。

這種震源是典型的脈沖震源，激發(fā)出的地震波信號(hào)具有頻率高、頻帶寬的特點(diǎn)，多適用于水域當(dāng)中的勘探活動(dòng)。

關(guān)鍵詞： 人工地震 試驗(yàn)