苏科学家谈明天的地震学 [复制链接]

    【苏《知识就是力量》月刊第八期刊登苏联科学院地球物理研究所尼古拉耶夫教授对该刊记者谈话】题：明天的地震学
    现有的地震学和地震勘探法是建立在独特的三个台柱上。首先，建立在关于介质的线性弹性假设上：地球内的地震波相互不影响，它们的行为不取决于强度。其次，地球被看作是被动的——它只从震动波取得能量，而本身不放射能量。最后，假定地球是不随时间而变的。
    这是相当粗略的说明。事实上，一切都不是这样的。地球，特别是表面几层是非线性的：它对地震作用的反应方式是不简单的，常常不像预言的那样；地震波彼此之间是相互起作用的。介质是活跃的，不仅吸收，而且自己也放射地震能。最后，地球是活的，它在不断地变化着。
    我们从非线性谈起。这一性能同地球内部声音的速度在压力改变时也改变有联系。当地球内纵向地震波行进时，压力改变。结果是，它们自己影响自己的行进速度并改变自己的形状。信号失真。例如，两个不同频率的波相遇后，产生新的、总和和差数频率的波。这些新的波同原始波以及在它们彼此之间相互起作用，引起介质的复杂波动，这种波动实际上是不可能预见的。
    非线性取决于多孔性、裂隙和水份、空气的饱和程度，即这是地质内容丰富的特性。位于表面的多孔岩石具有最大的非线性。
    波的相互作用给我们打开了建立“振动保护法”来防备地震的原则可能性。振动器发出的波能够破坏地震波，好像超声波打断声音联系一样。
    我是从非线性开始谈的，因为从非线性可以得出许多结论。地球是活的，它的特性是随时间而变化的，它的“新陈代谢”的表现同若干原因——物质移动、它的化学成分和应力的变化以及相变等有关。如果应力改变，那么，地震波的速度，即介质的弹性特性也就改变。非线性系数就是测量波速对应力变化这一“敏感度”的。由于月亮和太阳引力的变化以及地球内部发生的各种过程应力不断在变化。例如，每次地震都改变震源区的应力状况，而且地震越强烈，这些变化也越大。强烈的地震伴随有震中地区地震波速的异常。异常在地震之前发生，地震之后消失，根据这些征兆可以预报地震时刻。
    在寻找矿产地方面也开辟了新的前景。
    我们认为，比如石油矿层，它是以自己特殊的生命形式存在着并可以根据波速变化异常来查明。矿层应该具有特别高的非线性水平，所以，正是在矿层内应该发生最强的周期性速度变化。这样，对“活的不均匀性”的研究和监视将能解决两个最重要的任务：预报地震和寻找矿产地。
    关于一个“新的”特性——地球的活动性还需要说几句。只有在视线非常集中的情况下才会发觉它。岩石能发出自己的光或声：断层带、热岩浆池、金属矿床由于化学过程以及同它们伴随而生的应力状况的变化而发出高频微震。这个所谓的地震放射——地球不均匀性发光，是在月球—太阳潮汐以及强地震，甚至振动源弱信号所引起的弹性波的作用下发生的。根据这种地震发光，正好也可以发现可认为是矿产地和未来地震震源的异常，确定行星，比如月亮本身振动的周期和热流高于正常情况的震源。今天可以说，这个定理已被证实——在苏联科学院西伯利亚分院和戈麦尔市地震工程专门设计局都建立了强大的振动器。
    在几百公里距离外能够记录到振动信号。就是说，的确，可把力增强到几百吨的振动器工作几小时就能足够地照亮差不多整个地球的深度。期望在最近五到十年内振动器能牢固地进入“大地震学”，并把对地球深处的研究从被动的地震法变为主动的地震勘探法。
    应该用振动源代替任何情况下的爆炸，这不过是为了主要一点——保护大自然。但除此以外，碰运气的是，它们的其他品质也很出色：振动信号容易控制，能够使它们具有一定的形式并把它们送到地球上所需要的地区。
    在将来改造对地球进行地震研究的思想和技术方面，振动器起着引线的作用，拉住它就能捯开整个任务和现象的线团。要知道，振动器——这是可控制和操纵的波源，它能照亮几乎任何深度；这是用来观察非线性效应的专门地震信号源；最后，振动器和谐的工作状态使有可能采用新方法来研究介质。新方法接近光学和声学全息摄影所使用的方法。
    在光学中把全息摄影理解为一种专门方法，在这种方法中，利用散射光波位相的信息建立图像。地震学、地震勘探向来是利用关于波行进径时间，即波相的信息。如果按照经典定义，那么，地震研究法原则上可以称作地震全息摄影，并可以认为，全息摄影不是在一九四八年加博尔的著名试验中诞生的，而要早几十年。
    利用和谐的地震振动源的方法可以称作是地震全息摄影。同光学地震全息图的区别是，这不是印有某种小点集合体的感光板，而是一张不太大的，印有波幅和波相数值的表，或者是一套穿孔卡片，或是记有表上数字的磁带。恢复想要的图象不需要任何仪器，这项任务电子计算机完全可以解决。
    地震全息摄影同光学全息摄影一样，利用散射波，而且物体的散射性能越明显，就能越好地“看到”物体。
    应该说，地震源能够放射各种频率的波。如果使每种频率有自己的颜色，那么将会得到彩色的地球内部的立体图景。
    在发展地震全息摄影方面主要是存在着技术困难：需要观测几百、几千个点，还要有专门的电子计算机来深入处理大量数据。目前只是迈出了最初几步：在实验室模型上进行试验，处理日常观测数据。