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【壮丽70年·奋斗新时代】全球首个固定式气枪信
来源:未知 日期:2019-07-12 21:14

  央广网大理4月29日消息(记者梁爽)“砰——”一声闷响,延迟两秒后水面滚起一层白色的浪花,岸边伴随一阵微微晃动,就完成了一次对地球的“透视”。

  “这相当于0.5级地震。”中国地震局地球物理研究所副研究员杨微说,这个震级的地震只有在岸边能感受到轻微震动,对于周围的环境并没有影响。这种方法就像医院里的B超机,超声波在人体中各个部分进行透射和反射,从而绘制出人体结构信息图。由于气枪震源具有可重复性,通过反复的“人造地震”,研究人员可以对周围的地震波接收台的记录进行多次叠加,就可以获得高信噪比的地震波形记录,从而获得地球深层的结构及变化特征,帮助人们认识地震孕育的秘密。

  站在宾川实验基地,气枪震源信号发射台就在水库边上,看起来并不起眼。一个像吊机的长臂伸到水库上方,吊着8根管子。正下方,水面上漂着一个正方形结构框架。气枪运作的关键就在这片水下,4支气枪藏在正方形框架中下方10米。岸边的操作间,里的一台空气压缩机气路控制系统监控控制着水下的4支气枪里的高气压体气体压力。充气完成后,按下开关就可以让气枪“开枪”,4支气枪同时开枪就能产生0.5级地震释放的地震波能量。

  这0.5级地震可有大作用。目前为止,人们关于地球内部结构的认知,绝大部分来自于地震学家对于地震波的分析。但是,天然地震不可控,且分布不均,存在着大量盲区,不便于进行观测和科学研究。常用的爆破等常规人工震源对环境近场破坏大、成本高环境污染和、可重复性差。当初为了实现对地下介质变化的主动监测,中国地震科学者将气枪震源进一步应用于科学研究和地震监测工作,在世界上首次提出可主动发出地震信号的“地震信号发射台”的概念。

  2011年,云南宾川建成了世界上第一个陆地固定式大容量气枪地震信号发射台。通过气枪震源人工制造地震,实现“天上有北斗(张衡一号),地下有‘明灯’(气枪探测)。”

  天然地震被称为“照亮地下的明灯”,2017年中国地震局地球物理研究所陈颙院士团队用在水中激发的气枪震源“照亮”地球内部,杨微就是其中一员。

  也是从那年开始,杨微开始每年往返于云南和北京之间,负责建设宾川主动源实验基地。八年时间过去,杨微已经不需要再长时间驻扎在此。“现在都实现自动化,平时找当地老乡照看一下就可以。”他站在实验基地操作台前笑着对记者说,“最近2年今年还是第一次过来,要不是你们来可能还不需要我。”

  杨微告诉记者,通过长期地反复“开枪”,对比不同时间所获得的地下“B超图”,人们就可以知道地下有没有什么异常,对于科学研究有非常大的价值。

  事实证明,气枪确实是进行区域地下结构介质变化探测和监测的理想震源。杨微介绍到,在同一个位置重复探测,可以更好的发现地球运动的规律。用爆破的方式做震源会造成该地地质构造发生变化,导致震源区的破坏,不可实现重复探测,但是利用水的冲击波重复性高,并且绿色环保,“十年来,这里没有死过一条鱼。”

  气枪把高压气体压到一个气瓶高压容器里,然后在水下把它们瞬间释放出来,从而产生冲击波。冲击波借由水体,向深处、广处传递,从而产生地震波,实现给用地震波给地球做“B超”。研究团队还研发了适用于江河湖泊、水库等不同水域的移动式气枪震源系统,被应用于台海地区及长江流域结构探测中。

  移动式气枪震源系统(左:空气压缩机 右:储气罐)。(央广网记者梁爽/摄)

  如今,宾川气枪信号发射台的技术还推广到新疆、福建和甘肃等地,分别在大型地下天然气储气库、区域地壳上地幔结构探测和潜在地震危险区等进行应用探索。其中,新疆呼图壁储气库是西气东输工程中的重要节点,气库安全至关重要,但气库内气压变化剧烈,研究人员利用呼图壁气枪震源了解气压变化时地下介质波速的变化,研究结果为气库安全生产提供了重要的参考资料。

  多年来,每周1-3次等不同频次的气枪激发实验为观测地震孕育过程积累了大量数据。“气枪震源的高度可重复性,不仅有利于我们更好的认识地球内部结构及变化,更对未来地震监测预报工作的机理研究具有积极作用。”杨微说。

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