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【作者单位】乌鲁木齐市科技情报研究所

【摘要】本文提出了一种用人工诱发地震来消除大地震的新颖设想，其要点在于以排成阵列的多点爆炸震源产生的地震波，在地应力集中区形成相干共振，并利用多次有规律的阵列爆炸，积蓄足够的诱发能，从而达到诱发地震的目的。

【关键词】爆炸震源、阵列相干波、诱发地震

【中图分类号】P315.9

                      　　  一、地震预报的困难及缺陷

地震预报是一个世界性的难题，恐怕比气象预报要难得多。地震的中长期预测主要在于分析地震活动带的岩层运动和应力积累，这些都是可以检测可以计量可以分析的物理量，所以中长期预测目前进展比较大。而人们最关心的短临预报则是难中之难。这主要是因为地震的发生，或者说岩层何时破裂取决于许多不确定的偶然因素，无法用数学模型完全描述。

即使我们今后解决了这个世界难题，能够避免人员伤亡，但大地震的发生势必要对建筑、道路、水文、环境产生巨大的破坏，还会产生大规模的次生灾害，包括火灾、水灾等。所以只靠地震预报究竟是一种消极的防灾思路，只有采取主动才是更彻底的途径。

                      　　    二、地震是可以诱发的

所谓主动方式是指，采取人工方法诱发一系列小震，逐步释放地震能，使大地震化解消失。

我们知道某些自然力是能够诱发地震的。据有关资料记载①，太阳黑子活动、日全食、日月引潮力的增加、大气压的增加、风力的变化等都有可能诱发地震。

另外，人为活动比如水库蓄水也能够诱发地震②，这一点已得到充分证实。这是因为水体重量改变了地层应力状态，渗透水改变了岩层之间的摩擦状态。据统计，坝高超过200米的水库，发生诱发地震的实际比率为34%。当然，诱发地震并非水库蓄水的初衷，所以属于被动诱发方式。

以消除地震为目的的人工主动方式也已有人提出过。比如俄罗斯核专家最近提出设想③，并且已经研制出具体的实施方法，即多次引爆小型核装置来消除地震。核专家指出，在即将发生地震的地区，地壳中蓄积着可以导致地震的巨大应力，而地下核爆炸时形成的巨大压力和张力波会削弱地壳中蓄积的应力、直至消失，从而使地震隐患消失。

其实这种设想并非最近才提出，但一直到现在似乎尚未真正有效实施过。我猜测可能存在以下困难：一、世界普遍反对核试验（包括地下核试验），反对核污染，和平利用核爆炸目前只是一句空话；二、按理说爆炸如果能发生在应力集中区效果最好，但该区域一般离地面较深，核弹不大可能放置到该区域，只能靠爆炸引起的地震波远距离诱发地震，因球面波的能量随距离的平方迅速衰减，造成能量分散，诱发有可能不成功，如果一味增大核弹当量，成本也会增加；三、孕震区地层结构极为复杂，计算可能存在较大误差，核爆炸是否一定能按照预想目标诱发适当规模的地震并无把握，核弹成本较高，如果多次试验未能达到目的，从成本上就可能不划算。

除了核爆炸诱发方式，目前尚未见到其它人工诱发地震方式的设想。笔者只从因特网上检索到俄罗斯一篇科幻小说提出了一种设想④：利用为地电勘测埋入地下的传感信息网络，根据应力的分布向岩石传送电势能，利用逆压电效应（电致伸缩）产生的机械力来消除岩石之间的应力。

由于这是科幻小说，在科学依据上当然可以不必十分追求严密，但如果做为一种实际应用的科学设想来考察就不一定能站住脚了。首先，地震应力集中区域（往往是地震震源）多数深达十几公里到三十几公里之间，地电传感信息网不可能埋这么深，而且信息线一般很细，承受不了巨大的电流负载。其次，逆压电效应是晶体的特征，而地下岩层结构复杂，并非单纯整齐的晶体，不见得能产生可察觉的逆压电效应；再说这种效应一般只用在电子元件上，换能规模非常小，要想通过该效应产生能与地震应力相抗衡的机械力，差距太大。所以这种幻想实现的可能性几乎不存在。

事实上，地层应力能极其巨大，是人工产生的能量远远无法消除的。正确的思路应该因势利导，利用很小的诱发能让地应力能逐步释放出来。

                 　　　　   三、用阵列波人工诱发地震　

我长久以来就有一个设想，用阵列化的人工地震波诱发地震，也许能克服核爆炸方式的困难，较早得到实际应用。

所谓人工阵列地震波在实践中早已存在。我们知道，石油勘探中普遍采用的地震勘探就是这种方法，先挖若干个纵横排成阵列的“炮坑”，放入炸药，同时引爆。并用插在地面的若干检波器检测出地震反射波，最后将地震波数据送入计算机进行分析，通过阵列地震波在岩层界面的反射波及其相互叠加就能绘出地层剖面，从而分析地下是否存在储油构造。

当然，这种地震波远不足以诱发地震，一是能量太小，二是能量不集中，三是一次性爆炸无法积累足够的诱发能。能量太小的问题可以通过增加药量解决，但这里有个成本核算和使用效率的问题，下面将要谈到。其它两个问题的解决方案分别陈述如下。

               　　　   四、将阵列波用相干方式进行定点聚焦

显然，能量如果能集中到岩层的薄弱部位（这里往往是应力集中区），才利于发挥最大效能。我们通过各种地震监测方法，如地电、地磁、地应力、地下水、地温、波速比（据研究，由于波速比异常直接来自于孕震层和震源区附近，因此波速比的空间异常可能预测主震位置⑤）等，应该能大致测出这个区域，实际上只要该区域内某一点产生破裂，裂缝就会沿着应力降落最快的方向扩展，并伴随大面积的岩石错动，从而形成断裂。所以该区域一般呈线状或带状分布，有一定的走向和倾角。在该区域中可能有许多点都可以做为“诱发点”，它往往也是大地震的震源所在。孕震区一般都比较深，从５公里到数百公里不等，多数震源在１７公里到３４公里之间。我的设想是采用阵列地震波将波束的焦点集中到孕震区内。

我们知道某些射线对人体细胞有杀伤作用。有一种射线疗法，采用一个半球面装置，将许多射线源固定在球面上，让这些射线的焦点集中在人体内部某处的病灶上，这样可以只杀死病灶组织，不伤害正常细胞。

我们可以借鉴这种聚焦思路来集中地震波束。可以根据阵列中各点与诱发点之间方位、角度、距离的不同，安排阵列结构，使阵列波束正好集中在诱发点上。由于地震波有波峰和波谷的相位变化，我们可以根据各爆炸点与诱发点之间的距离、角度，利用计算机精确控制各爆炸点的点火时间，使各波束到达焦点时恰好相位相同，也就是说，使各波束在焦点处相互干涉，产生“相干共振”，可大大提高能量的利用率。

这样就克服了单点核爆炸波传递较远后，能量分散的问题。阵列爆炸虽然发生在地表，但人们可以通过计算机控制，使爆炸波在地层深处某点聚焦，等于把炸药安放在地层深处该点。

爆炸在地层中产生两种体波：纵波（Ｐ）和横波（Ｓ）。纵波使岩石中产生纵向的压力与张力形变，波速较快，在地表岩层中可达６公里／秒；横波使岩石产生横向剪切力形变，波速较慢，在地表岩层中可达３．４公里／秒。初波是纵波，一般可在数秒钟内到达诱发点，我们在计算各点爆炸波到达诱发点的距离和时间时，应以初波为准，即让各点的初波同时达到诱发点，这样就能达到相位相同的目的。由于地层结构非常复杂，爆炸波在传播过程中，并非直线匀速行进，当通过不同的岩层界面时会发生折射、反射，从而改变方向，而且在不同岩层中波速也有微小变化，这些都需要在勘测地层基础数据和设计计算中予以考虑，以求尽量同步地产生相干波聚焦。

在实际发生的地震波中也有“聚焦”现象，据《科技日报》报道：“１９７６年唐山大地震时，北京东面廊坊附近的地面运动就比周围强烈得多，究其原因，是因为地震波在这里发生了‘聚焦’的缘故”。之所以发生“聚焦”，是因为地层结构不均匀而导致地震波的“畸变”。这说明使地震波“聚焦”的设想完全是可以实现的。

                     　　　　   五、多次爆炸积累诱发能

虽然通过“相干波”可使能量集中，但如果需要诱发能较大，也许一次爆炸尚不足以诱发地震，此时还需要进一步增加能量。

我们知道，任何物体都有它的固有频率，如果外力振动的频率恰好与该物体固有频率相同，则能造成“共振”（这与上面说的各波束之间的“相干共振”不是一码事）。我碰到这样一件事，我们三个人需要推倒一面墙，一开始我们费了九牛二虎之力，墙壁无动于衷。后来想了个共振的办法，三人在口令下同时猛推一下，墙壁有点轻微的摇晃。由于墙体厚重，晃动周期比较长，大概有三四秒。等它晃过来再往回晃的时候，三人顺着它晃的方向再猛力推一下，等于加强它的晃动。一次次这样推，使墙的晃动振幅越来越大，最后终于将墙推倒。

这实际上是能量一次次积累的例子，可以用到上面的设想中。岩层虽然厚重，也会有它的固有频率。当阵列波束在焦点交汇一次后，会使诱发区产生一次振动，但这个能量也许不足以诱发地震。如果我们继续第二次、第三次同样的过程，并使每次爆炸的间隔时间接近岩层固有振动的周期（岩层固有振动频率可以通过理论的推算、地震反射波的检测分析、小规模试验等多种手段求得），从而使诱发区的振动一次次加强。这就等于我们将每次人工地震的能量逐步积累起来。

要注意的是，这里所说的“共振”并非爆炸波本身的频率与岩层固有频率之间的“共振”，而是多个爆炸次数的频率与岩层固有频率之间的“共振”，比如，一共爆炸了若干次，每１００秒爆炸一次，则频率为０．０１赫兹。要求这个频率与岩层固有频率一致。

石油地震勘探的炮坑属于一次性爆炸，不适于上述连续爆炸的设计。我考虑能否借用自动火炮原理，炮坑中并不埋炸药，而是将火炮对准炮坑。火炮的击发系统与计算机相连，由计算机自动控制发炮时间，一次次排炮轰击，这样就能达到上述设想的目的。或者设想采用复式阵列，即在同一地区重复排列多组阵列，每组对应一次爆炸，由计算机控制逐次引爆，也能达到目的。

                    　　　　　　  六、方案的可行性

虽然炸药的能量远小于核弹能量，但我们可以在空间上通过多点爆源阵列的集合，多波束在方向上形成焦点，在时间上通过多波束振动相位的共振，多次振动的能量积累，爆炸频率与岩层固有频率的接近等多种方法增强诱发能量及其效率。阵列点数可以任意增加，振动次数也可以任意增加，最终总会达到诱发所需要的能量。如果效率计算得好，成本就能降下来，完全可以抵消地震造成的损失。

我们知道，破坏性大地震多属于发生在莫霍面以上的浅源地震，诱发点离地面相对较近，阵列波衰减相对较小，较容易达到所需要的诱发能。

实际上，有时诱发能并不一定很大。我们从上文知道，太阳黑子活动、日全食、日月引潮力的增加、大气压的增加、风力的变化等都有可能诱发地震。这些外因作用在地层中的力有时可能并不很大，只不过作用点或频率或方向等因素凑巧碰上了而已。如果我们设计得准确，完全有可能实现人工诱发地震。

由于诱发点实际上并不是某一个很小的几何点，而是分布在可能的断层面附近较大的区域，所以只要聚焦点选在该区域，就可以达到诱发的目的。

当然，这一切都取决于事先获得的地层数据，周密规划的阵列空间、引爆时间、药量装填，以及计算机处理分析系统的软件功能。笔者从事计算机工作，相信计算机能够胜任这一任务。

另外，成功与否还取决于诱发时机选择得是否合适。如果地层应力积累得还不够，诱发就比较困难，甚至诱发不出地震；如果地层应力积累太大，已经到了断裂边缘，固然容易诱发，但诱发出的地震可能震级过大，造成损失。不过即使这样，也比等待自然发生地震要好得多，起码地震发生时间可以预知，可由人为控制，这样就能大大减少损失。当然，理想的情况是，选择地层应力积累到某个适当量值的时机，使用最小的诱发能量可以诱发出恰好不造成损失的最大地震。

实现以上设想显然存在以下困难：未来大震孕育区无法完全确定，地层数据无法完全精确探测，孕震区应力积累的时机无法完全准确把握，等等。不过，即使俄罗斯专家提出用核弹诱发地震的设想也同样存在这些问题。况且，在本设想中，爆炸的空间时间都可以由计算机控制，反射波的反馈信号也可以通过计算机处理，所以我们可以做到随时纠正初始偏差，使其接近真实。由于化学炸药成本低廉，所以，即使多次试爆也是合算的，完全可以克服核弹在这方面的不足。

我想，如果有关部门能够认真开展这方面研究和实验，上述设想是有可能实现的。即使诱发多次成功一次，与大震造成的损失相比也是合算和可行的。

如果这一设想能够实现，世界上（起码人口稠密区）将不再有大地震，短临预报能否解决的世界难题就变得不那么重要了。地震预报说到底只是一种消极的防御措施，而通过诱发一系列小地震来释放大地震能量，人们可以自行安排地震时间，降低震级，应该说是一种主动的化解措施。

如果想象力再大胆一些，也许这种思路在增加晚期油井产量方面也能有所作为。我们知道油井到了晚期，压力不够无法自喷。目前有不少解决方案，如注水加压、井内燃烧等，井内燃烧一方面增加油滴的流动性，另一方面燃烧后的气体增加井压。另外，人们受到大地震后往往导致油井产量增加的启示，采用人工地震的方案，通过振动促使油滴流动，使其重新富集。但这里所说的人工地震只是简单爆炸的振动，能量比较分散，可能在实践中应用价值不高。如果能采用上述思路，利用阵列震点，使振动能量定位集中，根据油层结构专门振动那些需要振动的区域，而且通过逐步积累增加振动能量的方法使振动能达到足够量值，将会比简单爆炸有效得多。

    参考书目：
    ①  《地震的诱因》《科技日报》2000年2月25日
    ②  夏其发、汪雍熙《水库诱发地震预测勘探》《水利水电技术》1988年10月
    ③  《用地下核爆炸消除大地震》新华社2000年1月28日专电
    ④  维·科马罗夫（前苏联）《只剩下一小时》译自《在陆地和海洋上》丛刊1985年刊
    ⑤  秦保燕　张元生《波速比异常空间演化与主震位置预测》《西北地震学报》2000　Vol.22　No.1　P.5-9
    ⑥  《震源的性质与震波的传播》《科技日报》2002年7月4日


英文题目与摘要：

   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.

作者联系方式
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