什么是人工地震？

　　来源：中科院地质地球所

　　地震，一个不再陌生的名字。但是大多数令我们恐惧的地震都是天然地震。除了天然地震之外，对我们生活更有益的是人工地震。

　　人工地震，就字面意思而言，就是人造的地震，一般指由人为活动引起的地震。主要分为两种：炸药震源，例如工业爆破、地下核爆炸等造成的振动；非炸药震源，如机械撞击、气爆震源、电能震源、大型水库等。

人工锤击（真·人工地震）

　　人工地震最重要的地震震源，不同的震源激发的地震波不一样，其效果也大不相同。在实际生产生活中，特别是应对不同的勘探目标，衍生了不同的人工震源。它们可以激发不同类型的地震波，满足我们对地下结构、地质体特性等的研究。主要的人工震源类型及其适用范围如下：

　　陆上地震勘探方法一直采用炸药为主要震源。以爆炸力强的炸药为主要材料，需要雷管进行引爆，产生的脉冲尖锐，频率范围较宽。激发方式有：井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸和空气中爆炸等，一般以井中爆炸效果最好。

　　但是也有一定缺点，钻炮井和使用炸药所需费用较大，时间较长，在需要钻较深炮井才能获得良好激发条件的地区，耗费就更大；在缺水地区，地形复杂、表层为砾石、流砂、沼泽等钻井困难地区，施工不便；在工业区和人口稠密区均不宜使用炸药；海上由于保护渔业生产，亦不宜使用炸药。

炸药

　　气动震源是一种车装非炸药震源，属于电子装置。地震波发生器为密闭的扁平圆柱体，由高强度的金属构成一个侧壁可以伸缩的爆炸室。爆炸室顶部为一沉重的反冲体，底板与地面接触。在将地震波发生器放置好后，将丙烷及氧气混合物导入爆炸室，在一定大气压力下，由电火花引爆。爆炸时，较轻的底板能迅速（毫秒级）作出反应，将脉冲传至地下。特点：相对来讲体积较小，适合陆地和水域等不同野外条件，适用面较广。对周围环境的影响小，适合城市附近的勘探。

　　但是气动震源和其他冲击震源一样，属于低频、低能量震源，会面临噪声的抑制、分辨率能力、穿透深度等问题。

（陆地电火花震源车 ）

　　重锤震源系统属于车载机械装置。将重物高举，利用重力和重力加速度冲击地面以产生地震信号。在重锤撞击地面之后就马上把它从地面提起，以便使重锤在几秒钟之内在另一个地点再次落下，在这段时间，卡车沿着某个方向移动一定距离，每次激发的地震波由一个排列的接收器接收。其特点包括：相对来讲体积和重量都较大，适合陆地地震勘探；激发的地震波频率较低，适合对分辨率要求不高的地震勘探；能量消耗较大。

　　但是由于使用大型运输车辆，需要能够通过重型车辆的公路，交通便利。并且重锤产生的面波较强，一般会使用大量接收器组合和激发组合而能够进行多次叠加提高信噪比。

（便携式重锤震源）

　　空气枪震源是外形如枪的机械装置，将高压气体（空气）压入枪膛，并在短暂的时间内从枪口释放到水中产生高压气泡，气泡在静水压力作用下产生胀缩震荡而产生向外传播的压力波。这种震源是典型的脉冲震源，激发信号具有频率高、频带宽的特点。此种振动的频率与气泡中空气的容量、压力、水的深度有关，适当地选择这些参数可获得一定的地震效果。其特点是：体积较大，适合水域的地震勘探，通常漂浮在水中使用；激发速度快，组合使用能量大。

（陆地气枪）

（深水气枪）

　　可控震源系统的野外工作方法，在许多方面与炸药震源基本上一致。比较特殊的是在采用可控震源时要进行大量的组合、叠加，即同时用几台震源，以一定的组合形式，在一个振点（即炮点）上振动几次至几十次。每次振动后，各台震源保持其组合形式，向同一方向挪动一定距离，再振动第二次。可控震源的参数主要包括理想子波波形（与扫描频率信号的起始和终了频率有关）、震源台数、扫描长度、振动次数等。其特点是：不产生地层不传播的震动频率，节约能量；不破坏岩石，引起地面损害小；抗干扰能力强，信噪比较高。

　　人工地震在地震勘探领域应用十分广泛，也用在活动断层探测、核爆炸检测、火山活动检测等领域。其摆脱天然地震空间分布不均、震源不明的劣势，有非常好的应用前景。

（地震勘探示意图）

　　利用人工方法造出的“地震波”，能够帮助我们观测地下的岩石结构和构造。比如探测地下断层，地震波在不同成分的岩层（松软的沙子、粘土物质或坚硬的石质岩石）交接处会发生反射和折射，而发生断层的地方，传播的地震波能量就会被断层“吸进去”，因而根据检波器接收到的地震波能量变化就可以测出断层的所在位置。