天上有北斗 地下有“明燈”

　　在人們的印象中，地震總是嚇人的，與之相伴的是山崩海嘯、房倒屋塌，以及人員和財(cái)產(chǎn)的損失。但在這些“破壞力”之外，它也會(huì)帶來(lái)一個(gè)小小的“福利”——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)。

　　國(guó)際著名的俄國(guó)地震學(xué)家伽利津就曾將地震波比喻為短時(shí)間照亮地球內(nèi)部的一盞燈，認(rèn)為這盞燈不僅可以照亮地球內(nèi)部，還有可能幫助人類明了自然界的復(fù)雜現(xiàn)象。

　　近日，中國(guó)地震局發(fā)布消息稱我國(guó)地震學(xué)家正在實(shí)施“地下明燈”計(jì)劃。包括中國(guó)地震局地球物理研究所、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)等多個(gè)單位的科學(xué)家們?cè)诘厍蛭锢韺W(xué)家陳颙院士帶領(lǐng)下，通過(guò)氣槍震源人工制造地震，“照亮”地球內(nèi)部來(lái)獲得數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大、記錄和分析，不僅讓我們?cè)絹?lái)越了解地球內(nèi)部的情況，更能研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化與地震、火山等災(zāi)害發(fā)生時(shí)間、過(guò)程之間的關(guān)系。這一研究目前已取得了一系列研究成果。

　　“地震學(xué)家通過(guò)分析地震波研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過(guò)程類似于老百姓挑西瓜的過(guò)程。用手拍拍、耳朵聽(tīng)聽(tīng)就能夠判斷西瓜是不是熟了，”中國(guó)地震局主動(dòng)源探測(cè)項(xiàng)目組研究員徐平說(shuō)，“地震給地球敲一榔頭，我們就能聽(tīng)聽(tīng)地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是怎樣的?！?/span>

　　這一榔頭怎么敲卻是一門(mén)大學(xué)問(wèn)。從1995年開(kāi)始，陳颙帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展人工震源的探索，先后嘗試了電火花、化學(xué)爆破、重載列車、電落錘、人工震源車等多種震源，但效果均不理想。最后科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在水中激發(fā)的氣槍震源具有信號(hào)重復(fù)性高、綠色環(huán)保、低成本、安全高效等優(yōu)點(diǎn)，決定將氣槍震源應(yīng)用于科學(xué)研究和地震監(jiān)測(cè)工作。這是世界上首次提出可主動(dòng)發(fā)出地震信號(hào)的地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)的概念。

　　隨后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)解決了大量理論和技術(shù)問(wèn)題，把氣槍震源系統(tǒng)從海洋移植到了陸地水體，2011年，他們?cè)谠颇腺e川建成了世界上第一個(gè)陸地固定式氣槍地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)。后又分別于2013年和2015年建成了新疆呼圖壁和甘肅張掖兩個(gè)地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)。此外，團(tuán)隊(duì)還研制了移動(dòng)式和船載式等多種氣槍震源系統(tǒng)的技術(shù)裝備，可以適用于大陸上的江河湖泊及近海、水庫(kù)等水體。

　　這些發(fā)射臺(tái)幾年的監(jiān)測(cè)，陳颙院士和他的團(tuán)隊(duì)有了許多階段性的成果。徐平說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)氣槍發(fā)射地震波的走時(shí)和固體潮的變化與地震發(fā)生有密切的聯(lián)系，這是一種有希望的地震物理預(yù)報(bào)的前兆?！?/span>

　　船載式氣槍震源系統(tǒng)在長(zhǎng)江安徽段激發(fā)的信號(hào)被應(yīng)用于郯廬斷裂帶南端地殼及上地幔結(jié)構(gòu)探測(cè)中，取得了良好效果。

　　徐平告訴科技日?qǐng)?bào)記者，在新疆呼圖壁6.2級(jí)地震發(fā)生時(shí)，周邊地震臺(tái)站觀測(cè)到的地震波走時(shí)變化曲線可以看到地震波走時(shí)在地震之前一直處于較低的狀態(tài)，臨近地震發(fā)生時(shí)出現(xiàn)明顯上升，這為進(jìn)一步觀測(cè)和研究地震孕育發(fā)生的物理過(guò)程提供了技術(shù)手段和研究范例。

　　值得一提的是，這一研究在國(guó)家能源安全中也有一定的應(yīng)用。一方面大部分油氣資源儲(chǔ)存在5000米以淺的地下，了解地下精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)于油氣資源探查具有重要意義；另一方面，在地下能源使用過(guò)程中，了解地下情況的變化能為安全生產(chǎn)提供重要參考資料。比如，在新疆建成的固定式氣槍震源除了用于地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作外，就為呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)的安全生產(chǎn)提供了支撐。

　　現(xiàn)在，氣槍震源激發(fā)信號(hào)的探測(cè)距離已經(jīng)可以達(dá)到1300千米，可探測(cè)發(fā)射點(diǎn)附近面積達(dá)400萬(wàn)平方公里，深達(dá)60千米的地下結(jié)構(gòu)。按照科學(xué)家們的設(shè)想，如果在全國(guó)建立10個(gè)固定的氣槍發(fā)射臺(tái)，就能夠覆蓋整個(gè)中國(guó)大陸?！斑@將在城市地下空間的合理利用、城市地震安全性評(píng)價(jià)、活動(dòng)斷裂調(diào)查、城市地下三維地質(zhì)圖編制、礦山中礦脈追蹤等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，實(shí)現(xiàn)‘天上有北斗，地下有明燈’?！毙炱秸f(shuō)。