2017年07月06日 08:29 來源：科技日報
參與互動在人們的印象中，地震總是嚇人的，與之相伴的是山崩海嘯、房倒屋塌，以及人員和財產的損失。但在這些「破壞力」之外，它也會帶來一個小小的「福利」——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。
國際著名的俄國地震學家伽利津就曾將地震波比喻為短時間照亮地球內部的一盞燈，認為這盞燈不僅可以照亮地球內部，還有可能幫助人類明了自然界的複雜現象。
近日，中國地震局發布消息稱我國地震學家正在實施「地下明燈」計劃。包括中國地震局地球物理研究所、南京大學、中國科學技術大學、北京大學等多個單位的科學家們在地球物理學家陳顒院士帶領下，通過氣槍震源人工製造地震，「照亮」地球內部來獲得數據，這些數據經過放大、記錄和分析，不僅讓我們越來越了解地球內部的情況，更能研究地球內部結構變化與地震、火山等災害發生時間、過程之間的關係。這一研究目前已取得了一系列研究成果。
「地震學家通過分析地震波研究地球內部結構的過程類似於老百姓挑西瓜的過程。用手拍拍、耳朵聽聽就能夠判斷西瓜是不是熟了，」中國地震局主動源探測項目組研究員徐平說，「地震給地球敲一榔頭，我們就能聽聽地球內部的結構是怎樣的。」
這一榔頭怎麼敲卻是一門大學問。從1995年開始，陳顒帶領團隊開展人工震源的探索，先後嘗試了電火花、化學爆破、重載列車、電落錘、人工震源車等多種震源，但效果均不理想。最後科學家們發現在水中激發的氣槍震源具有信號重複性高、綠色環保、低成本、安全高效等優點，決定將氣槍震源應用於科學研究和地震監測工作。這是世界上首次提出可主動發出地震信號的地震信號發射臺的概念。
隨後，項目團隊解決了大量理論和技術問題，把氣槍震源系統從海洋移植到了陸地水體，2011年，他們在雲南賓川建成了世界上第一個陸地固定式氣槍地震信號發射臺。後又分別於2013年和2015年建成了新疆呼圖壁和甘肅張掖兩個地震信號發射臺。此外，團隊還研製了移動式和船載式等多種氣槍震源系統的技術裝備，可以適用於大陸上的江河湖泊及近海、水庫等水體。
這些發射臺幾年的監測，陳顒院士和他的團隊有了許多階段性的成果。徐平說：「我們發現氣槍發射地震波的走時和固體潮的變化與地震發生有密切的聯繫，這是一種有希望的地震物理預報的前兆。」
船載式氣槍震源系統在長江安徽段激發的信號被應用於郯廬斷裂帶南端地殼及上地幔結構探測中，取得了良好效果。
徐平告訴科技日報記者，在新疆呼圖壁6.2級地震發生時，周邊地震臺站觀測到的地震波走時變化曲線可以看到地震波走時在地震之前一直處於較低的狀態，臨近地震發生時出現明顯上升，這為進一步觀測和研究地震孕育發生的物理過程提供了技術手段和研究範例。
值得一提的是，這一研究在國家能源安全中也有一定的應用。一方面大部分油氣資源儲存在5000米以淺的地下，了解地下精細結構對於油氣資源探查具有重要意義；另一方面，在地下能源使用過程中，了解地下情況的變化能為安全生產提供重要參考資料。比如，在新疆建成的固定式氣槍震源除了用於地震監測預報工作外，就為呼圖壁地下儲氣庫的安全生產提供了支撐。
現在，氣槍震源激發信號的探測距離已經可以達到1300千米，可探測發射點附近面積達400萬平方公裡，深達60千米的地下結構。按照科學家們的設想，如果在全國建立10個固定的氣槍發射臺，就能夠覆蓋整個中國大陸。「這將在城市地下空間的合理利用、城市地震安全性評價、活動斷裂調查、城市地下三維地質圖編制、礦山中礦脈追蹤等領域有廣泛的應用前景，實現『天上有北鬥，地下有明燈』。」徐平說。記者 李 豔