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【作者單位】烏魯木齊市科技情報研究所

【摘要】本文提出了一種用人工誘發地震來消除大地震的新穎設想，其要點在於以排成陣列的多點爆炸震源産生的地震波，在地應力集中區形成相干共振，並利用多次有規律的陣列爆炸，積蓄足夠的誘發能，從而達到誘發地震的目的。

【關鍵詞】爆炸震源、陣列相干波、誘發地震

【中圖分類號】P315.9

                      　　  一、地震預報的困難及缺陷

地震預報是一個世界性的難題，恐怕比氣象預報要難得多。地震的中長期預測主要在於分析地震活動帶的岩層運動和應力積累，這些都是可以檢測可以計量可以分析的物理量，所以中長期預測目前進展比較大。而人們最關心的短臨預報則是難中之難。這主要是因為地震的發生，或者説岩層何時破裂取決於許多不確定的偶然因素，無法用數學模型完全描述。

即使我們今後解決了這個世界難題，能夠避免人員傷亡，但大地震的發生勢必要對建築、道路、水文、環境産生巨大的破壞，還會産生大規模的次生災害，包括火災、水災等。所以只靠地震預報究竟是一種消極的防災思路，只有採取主動才是更徹底的途徑。

                      　　    二、地震是可以誘發的

所謂主動方式是指，採取人工方法誘發一系列小震，逐步釋放地震能，使大地震化解消失。

我們知道某些自然力是能夠誘發地震的。據有關資料記載①，太陽黑子活動、日全食、日月引潮力的增加、大氣壓的增加、風力的變化等都有可能誘發地震。

另外，人為活動比如水庫蓄水也能夠誘發地震②，這一點已得到充分證實。這是因為水體重量改變了地層應力狀態，滲透水改變了岩層之間的摩擦狀態。據統計，壩高超過200米的水庫，發生誘發地震的實際比率為34%。當然，誘發地震並非水庫蓄水的初衷，所以屬於被動誘發方式。

以消除地震為目的的人工主動方式也已有人提出過。比如俄羅斯核專家最近提出設想③，並且已經研製出具體的實施方法，即多次引爆小型核裝置來消除地震。核專家指出，在即將發生地震的地區，地殼中蓄積着可以導致地震的巨大應力，而地下核爆炸時形成的巨大壓力和張力波會削弱地殼中蓄積的應力、直至消失，從而使地震隱患消失。

其實這種設想並非最近才提出，但一直到現在似乎尚未真正有效實施過。我猜測可能存在以下困難：一、世界普遍反對核試驗（包括地下核試驗），反對核污染，和平利用核爆炸目前只是一句空話；二、按理説爆炸如果能發生在應力集中區效果最好，但該區域一般離地面較深，核彈不大可能放置到該區域，只能靠爆炸引起的地震波遠距離誘發地震，因球面波的能量隨距離的平方迅速衰減，造成能量分散，誘發有可能不成功，如果一味增大核彈當量，成本也會增加；三、孕震區地層結構極為複雜，計算可能存在較大誤差，核爆炸是否一定能按照預想目標誘發適當規模的地震並無把握，核彈成本較高，如果多次試驗未能達到目的，從成本上就可能不划算。

除了核爆炸誘發方式，目前尚未見到其它人工誘發地震方式的設想。筆者只從因特網上檢索到俄羅斯一篇科幻小説提出了一種設想④：利用為地電勘測埋入地下的傳感信息網絡，根據應力的分佈向岩石傳送電勢能，利用逆壓電效應（電致伸縮）産生的機械力來消除岩石之間的應力。

由於這是科幻小説，在科學依據上當然可以不必十分追求嚴密，但如果做為一種實際應用的科學設想來考察就不一定能站住腳了。首先，地震應力集中區域（往往是地震震源）多數深達十幾公里到三十幾公里之間，地電傳感信息網不可能埋這麼深，而且信息線一般很細，承受不了巨大的電流負載。其次，逆壓電效應是晶體的特徵，而地下岩層結構複雜，並非單純整齊的晶體，不見得能産生可察覺的逆壓電效應；再説這種效應一般只用在電子元件上，換能規模非常小，要想通過該效應産生能與地震應力相抗衡的機械力，差距太大。所以這種幻想實現的可能性幾乎不存在。

事實上，地層應力能極其巨大，是人工産生的能量遠遠無法消除的。正確的思路應該因勢利導，利用很小的誘發能讓地應力能逐步釋放出來。

                 　　　　   三、用陣列波人工誘發地震　

我長久以來就有一個設想，用陣列化的人工地震波誘發地震，也許能克服核爆炸方式的困難，較早得到實際應用。

所謂人工陣列地震波在實踐中早已存在。我們知道，石油勘探中普遍採用的地震勘探就是這種方法，先挖若干個縱橫排成陣列的“炮坑”，放入炸藥，同時引爆。並用插在地面的若干檢波器檢測出地震反射波，最後將地震波數據送入計算機進行分析，通過陣列地震波在岩層界面的反射波及其相互疊加就能繪出地層剖面，從而分析地下是否存在儲油構造。

當然，這種地震波遠不足以誘發地震，一是能量太小，二是能量不集中，三是一次性爆炸無法積累足夠的誘發能。能量太小的問題可以通過增加藥量解決，但這裡有個成本核算和使用效率的問題，下面將要談到。其它兩個問題的解決方案分別陳述如下。

               　　　   四、將陣列波用相干方式進行定點聚焦

顯然，能量如果能集中到岩層的薄弱部位（這裡往往是應力集中區），才利於發揮最大效能。我們通過各種地震監測方法，如地電、地磁、地應力、地下水、地溫、波速比（據研究，由於波速比異常直接來自於孕震層和震源區附近，因此波速比的空間異常可能預測主震位置⑤）等，應該能大致測出這個區域，實際上只要該區域內某一點産生破裂，裂縫就會沿着應力降落最快的方向擴展，並伴隨大面積的岩石錯動，從而形成斷裂。所以該區域一般呈線狀或帶狀分佈，有一定的走向和傾角。在該區域中可能有許多點都可以做為“誘發點”，它往往也是大地震的震源所在。孕震區一般都比較深，從５公里到數百公里不等，多數震源在１７公里到３４公里之間。我的設想是採用陣列地震波將波束的焦點集中到孕震區內。

我們知道某些射線對人體細胞有殺傷作用。有一種射線療法，採用一個半球面裝置，將許多射線源固定在球面上，讓這些射線的焦點集中在人體內部某處的病灶上，這樣可以只殺死病灶組織，不傷害正常細胞。

我們可以借鑒這種聚焦思路來集中地震波束。可以根據陣列中各點與誘發點之間方位、角度、距離的不同，安排陣列結構，使陣列波束正好集中在誘發點上。由於地震波有波峰和波谷的相位變化，我們可以根據各爆炸點與誘發點之間的距離、角度，利用計算機精確控制各爆炸點的點火時間，使各波束到達焦點時恰好相位相同，也就是説，使各波束在焦點處相互干涉，産生“相干共振”，可大大提高能量的利用率。

這樣就克服了單點核爆炸波傳遞較遠後，能量分散的問題。陣列爆炸雖然發生在地表，但人們可以通過計算機控制，使爆炸波在地層深處某點聚焦，等於把炸藥安放在地層深處該點。

爆炸在地層中産生兩種體波：縱波（Ｐ）和橫波（Ｓ）。縱波使岩石中産生縱向的壓力與張力形變，波速較快，在地表岩層中可達６公里／秒；橫波使岩石産生橫向剪切力形變，波速較慢，在地表岩層中可達３．４公里／秒。初波是縱波，一般可在數秒鐘內到達誘發點，我們在計算各點爆炸波到達誘發點的距離和時間時，應以初波為準，即讓各點的初波同時達到誘發點，這樣就能達到相位相同的目的。由於地層結構非常複雜，爆炸波在傳播過程中，並非直線勻速行進，當通過不同的岩層界面時會發生折射、反射，從而改變方向，而且在不同岩層中波速也有微小變化，這些都需要在勘測地層基礎數據和設計計算中予以考慮，以求盡量同步地産生相干波聚焦。

在實際發生的地震波中也有“聚焦”現象，據《科技日報》報道：“１９７６年唐山大地震時，北京東面廊坊附近的地面運動就比周圍強烈得多，究其原因，是因為地震波在這裡發生了‘聚焦’的緣故”。之所以發生“聚焦”，是因為地層結構不均勻而導致地震波的“畸變”。這説明使地震波“聚焦”的設想完全是可以實現的。

                     　　　　   五、多次爆炸積累誘發能

雖然通過“相干波”可使能量集中，但如果需要誘發能較大，也許一次爆炸尚不足以誘發地震，此時還需要進一步增加能量。

我們知道，任何物體都有它的固有頻率，如果外力振動的頻率恰好與該物體固有頻率相同，則能造成“共振”（這與上面説的各波束之間的“相干共振”不是一碼事）。我碰到這樣一件事，我們三個人需要推倒一面墻，一開始我們費了九牛二虎之力，墻壁無動於衷。後來想了個共振的辦法，三人在口令下同時猛推一下，墻壁有點輕微的搖晃。由於墻體厚重，晃動周期比較長，大概有三四秒。等它晃過來再往回晃的時候，三人順着它晃的方向再猛力推一下，等於加強它的晃動。一次次這樣推，使墻的晃動振幅越來越大，最後終於將墻推倒。

這實際上是能量一次次積累的例子，可以用到上面的設想中。岩層雖然厚重，也會有它的固有頻率。當陣列波束在焦點交匯一次後，會使誘發區産生一次振動，但這個能量也許不足以誘發地震。如果我們繼續第二次、第三次同樣的過程，並使每次爆炸的間隔時間接近岩層固有振動的周期（岩層固有振動頻率可以通過理論的推算、地震反射波的檢測分析、小規模試驗等多種手段求得），從而使誘發區的振動一次次加強。這就等於我們將每次人工地震的能量逐步積累起來。

要注意的是，這裡所説的“共振”並非爆炸波本身的頻率與岩層固有頻率之間的“共振”，而是多個爆炸次數的頻率與岩層固有頻率之間的“共振”，比如，一共爆炸了若干次，每１００秒爆炸一次，則頻率為０．０１赫茲。要求這個頻率與岩層固有頻率一致。

石油地震勘探的炮坑屬於一次性爆炸，不適於上述連續爆炸的設計。我考慮能否借用自動火炮原理，炮坑中並不埋炸藥，而是將火炮對準炮坑。火炮的擊發系統與計算機相連，由計算機自動控制發炮時間，一次次排炮轟擊，這樣就能達到上述設想的目的。或者設想採用複式陣列，即在同一地區重復排列多組陣列，每組對應一次爆炸，由計算機控制逐次引爆，也能達到目的。

                    　　　　　　  六、方案的可行性

雖然炸藥的能量遠小於核彈能量，但我們可以在空間上通過多點爆源陣列的集合，多波束在方向上形成焦點，在時間上通過多波束振動相位的共振，多次振動的能量積累，爆炸頻率與岩層固有頻率的接近等多種方法增強誘發能量及其效率。陣列點數可以任意增加，振動次數也可以任意增加，最終總會達到誘發所需要的能量。如果效率計算得好，成本就能降下來，完全可以抵消地震造成的損失。

我們知道，破壞性大地震多屬於發生在莫霍面以上的淺源地震，誘發點離地面相對較近，陣列波衰減相對較小，較容易達到所需要的誘發能。

實際上，有時誘發能並不一定很大。我們從上文知道，太陽黑子活動、日全食、日月引潮力的增加、大氣壓的增加、風力的變化等都有可能誘發地震。這些外因作用在地層中的力有時可能並不很大，只不過作用點或頻率或方向等因素湊巧碰上了而已。如果我們設計得準確，完全有可能實現人工誘發地震。

由於誘發點實際上並不是某一個很小的幾何點，而是分佈在可能的斷層面附近較大的區域，所以只要聚焦點選在該區域，就可以達到誘發的目的。

當然，這一切都取決於事先獲得的地層數據，周密規劃的陣列空間、引爆時間、藥量裝填，以及計算機處理分析系統的軟體功能。筆者從事計算機工作，相信計算機能夠勝任這一任務。

另外，成功與否還取決於誘發時機選擇得是否合適。如果地層應力積累得還不夠，誘發就比較困難，甚至誘發不出地震；如果地層應力積累太大，已經到了斷裂邊緣，固然容易誘發，但誘發出的地震可能震級過大，造成損失。不過即使這樣，也比等待自然發生地震要好得多，起碼地震發生時間可以預知，可由人為控制，這樣就能大大減少損失。當然，理想的情況是，選擇地層應力積累到某個適當量值的時機，使用最小的誘發能量可以誘發出恰好不造成損失的最大地震。

實現以上設想顯然存在以下困難：未來大震孕育區無法完全確定，地層數據無法完全精確探測，孕震區應力積累的時機無法完全準確把握，等等。不過，即使俄羅斯專家提出用核彈誘發地震的設想也同樣存在這些問題。況且，在本設想中，爆炸的空間時間都可以由計算機控制，反射波的反饋信號也可以通過計算機處理，所以我們可以做到隨時糾正初始偏差，使其接近真實。由於化學炸藥成本低廉，所以，即使多次試爆也是合算的，完全可以克服核彈在這方面的不足。

我想，如果有關部門能夠認真開展這方面研究和實驗，上述設想是有可能實現的。即使誘發多次成功一次，與大震造成的損失相比也是合算和可行的。

如果這一設想能夠實現，世界上（起碼人口稠密區）將不再有大地震，短臨預報能否解決的世界難題就變得不那麼重要了。地震預報説到底只是一種消極的防禦措施，而通過誘發一系列小地震來釋放大地震能量，人們可以自行安排地震時間，降低震級，應該説是一種主動的化解措施。

如果想象力再大膽一些，也許這種思路在增加晚期油井産量方面也能有所作為。我們知道油井到了晚期，壓力不夠無法自噴。目前有不少解決方案，如注水加壓、井內燃燒等，井內燃燒一方面增加油滴的流動性，另一方面燃燒後的氣體增加井壓。另外，人們受到大地震後往往導致油井産量增加的啟示，採用人工地震的方案，通過振動促使油滴流動，使其重新富集。但這裡所説的人工地震只是簡單爆炸的振動，能量比較分散，可能在實踐中應用價值不高。如果能採用上述思路，利用陣列震點，使振動能量定位集中，根據油層結構專門振動那些需要振動的區域，而且通過逐步積累增加振動能量的方法使振動能達到足夠量值，將會比簡單爆炸有效得多。

    參考書目：
    ①  《地震的誘因》《科技日報》2000年2月25日
    ②  夏其發、汪雍熙《水庫誘發地震預測勘探》《水利水電技術》1988年10月
    ③  《用地下核爆炸消除大地震》新華社2000年1月28日專電
    ④  維科馬羅夫（前蘇聯）《只剩下一小時》譯自《在陸地和海洋上》叢刊1985年刊
    ⑤  秦保燕　張元生《波速比異常空間演化與主震位置預測》《西北地震學報》2000　Vol.22　No.1　P.5-9
    ⑥  《震源的性質與震波的傳播》《科技日報》2002年7月4日


英文題目與摘要：

   Provocation Earthquake by the Array Coherent Waves

  Urumqi Science & Technology Information Research Institute Wang Lide

  [Summary] The article put forward a novel assumption that mankind can avoid large earthquake by artificial provocation earthquake. The main method is to use the earthquake waves from array multi-point explosions to from the coherent resonance in centralization region of stress. When enough provocation energy from many times and regular array explosions has been stockpiled the provocation earthquake can come into being.

作者&&方式
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