地震预测是全球性的科学难题,而主动震源探测技术是一种可能实现地震预测的新思路,这种做法类似给地球做"B超",提早发现异常。
人工制造0.1级小地震
新疆主动震源野外科学观测研究站,即国内第二家开展主动震源探测技术的实验场,建在昌吉州呼图壁县远离城区的一片农田附近,2013年6月开始运作,研究站占地700余亩。
"之所以选在这里,是为了远离人类活动对实验的干扰,比如人们使用机械就可能影响地震波数据的接收。"新疆维吾尔自治区地震局监测中心副主任魏斌介绍说。
在用于地震主动震源探测实验的激发池如同普通的圆形鱼池,池里有浮标,中央是一个正方边框的浮台。
魏斌介绍说,激发池是人工挖建的,直径100米,深度18米,池中的浮台固定着6支气枪,气枪每支重两百公斤,被放置在约11米深的地方,电脑控制气枪定时放气,释放出的能量通过水波传到地下,在地下以地震波的形式传播出去,附近的地震监测台就会监测到地震波,这就相当于人工制造一个小地震,震级大致相当于0.1级。
随着轰的一声响,窗外激发池里,大量的水从浮台涌出。距激发池约10米远的控制室二楼,电脑显示屏实时监测的多个站点的地震波中,本地站点的直线出现了轻微波动,而其它监测点如乌苏、天池、乌鲁木齐等地的地震波还依然是直线。
魏斌说,实验固定为每周一次,每次都在23点以后,持续到第二天早上八九点,一晚上能放30多枪。"晚上人的活动少,机械活动也少,对地震波的干扰小,信号接收得就好,0.1级的能量毕竟不大,白天放10枪不如晚上放1枪,也不会对周边农户生活造成影响"。
就像给地球做"B超"
"主动震源探测技术就是用人工地震探测地下结构和状态,这相当于给地球做‘B超',我们通过接收到的地震波了解地底下到底发生了什么变化,而这6支气枪就是人工震源。"魏斌说。
为了达到实验效果,气枪的深度有一定要求,"池子也要深,表面积还得要大,这样才能把能量捂到地下去,才能在地底下传播得更远。"魏斌说,"放一枪的能量并不大,所以我们采取叠加的方式进行,也就是说一晚上放30多枪,能量能传到阿勒泰的青河县,达380公里远,这比我们预期的效果要好。"
魏斌解释说,地震发生后,地震波传上来,地震监测台记录数据,这个波形变化就带来了从震源到监测台之间的路径变化,也就是地底下的情况,人们对地壳地幔地核等的研究,大都是从地震得出来的。但也有个问题,天然地震是复杂、随机的,震源会变,路径会变,只有地震监测台站的仪器不变,仅仅通过模型、数据的推论是很难找出规律的。
主动震源监测技术能保证震源固定,同时气枪发出的气量是固定的,台站仪器是固定的,实验时间也是固定的,这许多因素固定后,如果监测到的波形发生变化,那只能是路径发生了变化,也就是说地底下发生变化,有可能是挤压、密度变化、出现缝隙等等原因,使得地下介质的物理性质发生变化。
据介绍,人工震源在地震监测预报中主要用于地壳深部探测和地震危险区高精度动态监测,由于大容量气枪震源具有结构简单、可靠性好、穿透力强、绿色环保等特点,被地震、石油等部门广泛应用。
地震预报能力仅为10%
魏斌说,新疆地震多发,地震部门希望能探索更多的地震预测方式,所以在专家指导下开展主动震源探测技术。"云南是国内第一个开展主动震源探测研究的,那里水域条件好,激发池可以选择天然水库,而人工大规模开挖激发池我们是第一个,所以刚开始心里挺不安的,这个研究理论上可行,可实际操作受很多因素影响,所以还是没底"。
魏斌说,目前该项目还属于设备建设完善阶段,激发平台已经建设完毕,监测台站的建设还需要完善。"从6月正式启动来看,效果还是能达到预期的。如果能摸清楚地下的情况,也许真是实现地震预报的一种很好的方式"。