人工地震不是瘋狂科學家的試驗

10月20日，美國阿拉斯加半島海域發生7.5級地震，中國自然資源部海嘯預警中心發布消息表示，該地震已經引發局地海嘯，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。地震的發生常常造成嚴重人員傷亡，有可能引起火災、水災、有毒氣體泄漏、細菌及放射性物質擴散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災害，人們將地震列為最可怕的自然災害之一。

據了解，全球平均每年發生約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，可以幫助人們認識地球內部結構。為此，地震科學家、地質勘探員、工程師等許多專業人士研究出人工地震的方法，在工程建設、科研活動中發揮了重要的作用。

人工地震是了解地球的重要手段

在地表以人工方法激發地震波，在地震波向地下傳播時，遇有介質性質不同的岩層分界面，地震波將發生不同程度的反射與折射。研究人員在地表或深井中設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、檢波點的位置、地震波經過的地下岩層的性質和結構。研究者們通過對地震波信號進行轉化處理，就可以推斷出地下岩層的性質和形態。

正因如此，人工地震在勘探領域應用十分廣泛，也常用在活動斷層探測、核爆炸檢測、火山活動檢測等領域。

比如地震波在不同成分的岩層（鬆軟的沙子、粘土物質或堅硬的石質岩石）交接處會發生反射和折射，而發生斷層的地方，地震波能量就會被斷層“吸進去”，因此根據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，中國科學院青藏高原綜合科學考察隊進入青藏高原，先后進行了9次人工地震試驗，成功獲得了地下深達100公裡之內的殼、幔結構信息，這也是我國科技人員在青藏高原腹地採集的第一批寶貴的地球物理數據。

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岩漿狀態，以掌握岩漿積壓狀態的變化情況等，幫助人們更好地預測火山噴發。

業內人士告訴科技日報記者，利用人工地震方法進行勘探活動，具有高精度、高分辨率、大探測廣度和深度等優點，因此運用人工地震方法勘探油氣資源遠勝於其他地球物理勘探方法。現階段，人工地震所能達到的深度范圍從數十米延伸到數十千米。

由於人工地震勘探所獲取的地質構造的清晰度，很大程度上取決於分辨率的高低，所謂的分辨率，指的是地震波數據對所探測的地質體和地層細節的反映程度，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體的寬度。因此，利用人工地震進行勘探必須不斷優化地震波質量、提高分辨率，從而更詳細地了解地層的構造與分布。

針對應用場景可選用不同激發方式

中國科學技術大學地球和空間科學學院教授王寶善多年從事人工震源在地震探測中應用的研究。他表示，人工制造地震的方式比較多樣，也各有優劣，研究者會根據具體情況進行選擇。

人工制造地震根據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，如機械撞擊、氣爆震源、電能震源等。

過去的很長一段時期內，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的炸藥為主要材料，利用雷管引爆后，會在周圍介質中形成強大的、脈沖尖銳、頻率范圍較寬的沖擊波。

雖然強烈的沖擊波十分利於觀測，但是以炸藥為震源的方式有著天然的弊端，例如在工業區和人口稠密區均不宜使用炸藥，同時，炸藥爆炸帶來的污染也不利於生態環境的保護。炸藥震源適用性好，但對成孔有較高的要求，在疏鬆干燥的沙漠地區和疏鬆礫石層成孔困難的情況不宜使用炸藥震源。

由於諸多因素限制，這一曾經在業內被認為“簡單直接好用”的人工地震方法，到現在已經用得越來越少了。

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械裝置將重物高舉，利用巨大的沖量來撞擊地面以產生震動，通過接連不斷地“捶打”制造出小型地震效果，並把相關數據記錄下來。

這種方式產生的地震信號的頻率可以人為調節，根據地表條件、淺層介質條件、響應特性和勘探目標層深度選擇合適的激發頻寬，有利於提高地震數據質量。

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

然而，這種方式雖然適合陸地地震勘探，但由於這種激發裝置體積過大，操作並不方便，更重要的是其激發的地震波頻率較低，適合對分辨率要求不高的地震勘探。

另一種採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生巨大的能量來激發地震，具體做法是將高壓氣體（空氣）壓入槍膛，並讓其在短暫的瞬間在槍口釋放，產生很強的沖力。

這種震源是典型的脈沖震源，激發出的地震波信號具有頻率高、頻帶寬的特點，多適用於水域當中的勘探活動。（記者 李 艷）