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

地震，是一個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500萬次地震，能被人們感覺到的地震約5萬次，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地球的信號，可以幫助人們認(rèn)識地球內(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，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，收到的地震波信號可以反映震源特性、檢波點(diǎn)的位置、地震波經(jīng)過的地下巖層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。研究者們通過對地震波信號進(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，也常用在活動斷層探測、核爆炸檢測、火山活動檢測等領(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)或堅硬的石質(zhì)巖石)交接處會發(fā)生反射和折射，而發(fā)生斷層的地方，地震波能量就會被斷層“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出斷層的所在位置。

早在1975年，中國科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊進(jìn)入青藏高原，先后進(jìn)行了9次人工地震試驗，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)測火山噴發(fā)。

業(yè)內(nèi)人士告訴科技日報記者，利用人工地震方法進(jìn)行勘探活動，具有高精度、高分辨率、大探測廣度和深度等優(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。現(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)對所探測的地質(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。

針對應(yīng)用場景可選用不同激發(fā)方式

中國科學(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。

過去的很長一段時期內(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，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，炸藥爆炸帶來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“簡單直接好用”的人工地震方法，到現(xiàn)在已經(jīng)用得越來越少了。

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操控機(jī)械裝置將重物高舉，利用巨大的沖量來撞擊地面以產(chǎn)生震動，通過接連不斷地“捶打”制造出小型地震效果，并把相關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來。

這種方式產(chǎn)生的地震信號的頻率可以人為調(diào)節(jié)，根據(jù)地表條件、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，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。(李 艷)