科学家建议实施“地下明灯计划”:制造人工地震监测地球内部

丁佳/科学网

2017-06-23 15:21

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一提到地震,人们首先联想到山崩海啸,房倒屋塌,以及人员和财产的损失。
但对地震学家来说,地震却不完全是个“坏东西”。作为目前少量可以穿透整个地球的信号,地震波可以帮助人们认识地球内部结构。因此,天然地震也被称为“照亮地下的明灯”。
“地震学家通过分析地震波研究地球内部结构的过程类似于老百姓挑西瓜的过程。用手拍拍、耳朵听听就能够判断西瓜是不是熟了。”6月22日,中国地震局主动源探测项目组研究员徐平在接受《中国科学报》记者采访时说,“地震给地球敲一榔头,我们就能听听地球内部的结构是怎样的。”
地下结构与人们的生活息息相关。大多数破坏性地震都发生在地下数十千米的地方,研究这个深度上的结构有利于人们认识地震发生的环境;大部分油气资源储存在5千米以浅的地下,这个地区的精细结构对于油气资源探查具有重要意义;而大部分城市建设于沉积盆地之上,精细的沉积层结构研究将直接服务于城市防震减灾。
然而,随着研究的深入,仅通过天然地震来研究地球内部已经不够了。“科学家就想到制造人工震源,来填补没有地震的地方,或者更加精密地去了解某个地方。”徐平说。
过去20年来,中科院院士陈颙带领主动源探测团队开展了大量野外实验,试图寻找一种合适的人工震源,他们测试了电火花、落锤、人工爆破、可控汽车震源在内的十几种震源,但效果均不理想。
“后来,我们受到海洋石油勘探的启发,最终选择了水中激发的气枪震源作为陆地地壳结构探测和介质变化监测的人工震源。”徐平说。
随后,项目团队解决了大量理论和技术问题,把气枪震源系统从海洋移植到了陆地水体,并于2011年在云南宾川建成了世界第一个专门向外发射地震波的地震台,发射的地震波传播远达200公里,可覆盖近20万平方公里的面积。此外,团队还研制了移动式和船载式等多种气枪震源系统的技术装备,可以适用于大陆上的江河湖泊及近海、水库等水体。
这一技术手段的优势也很快显现出来。云南宾川气枪发射台和甘肃祁连发射台几年的监测发现,气枪发射地震波的走时和固体潮的变化与地震发生有密切的联系,徐平认为,这是一种有希望的地震物理预报的前兆。而在新疆建成的固定式气枪震源除了用于地震监测预报工作外,还服务于国家能源安全,为呼图壁地下储气库的安全生产提供了支撑。
而在长江安徽段330公里水域中进行的气枪5000次激发观测结果则表明,气枪技术可以用来进行区域尺度的地下结构探测。激发的信号被应用于郯庐断裂带南端地壳及上地幔结构探测中,取得了良好效果。
如今,团队还有了一个大胆的设想,根据测算,如果在全国建立10个固定的气枪发射台,每个台的监测距离能达到1000公里的话,就能够覆盖整个中国大陆。“这将在城市地下空间的合理利用、城市地震安全性评价、活动断裂调查、城市地下三维地质图编制、矿山中矿脉追踪等领域有广泛的应用前景。”徐平建议,通过实施这样的“地下明灯计划”,就有望真正实现“天上有北斗,地下有明灯”。
(原题为《地下明灯计划:他们为何要“制造”地震》)
责任编辑:崔烜澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 地下明灯计划 人工震源 气枪发射台

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