地球物理與地震研究現(xiàn)狀分析

董浩天

摘要：物理學(xué)對(duì)很多中學(xué)生來(lái)說(shuō)，感到的是枯燥、深?yuàn)W，往往令人望而生畏.然而物理學(xué)與我們的生活密切相關(guān)，它延伸出的各種應(yīng)用不知不覺(jué)深入了生活的各個(gè)角落。地震是一個(gè)令人聞之色變的詞語(yǔ)，但就在我們的身邊，它延伸到了我們的生活。在我們的記憶當(dāng)中，滿目殘?jiān)珨啾冢幪幫纯嘟^望的人們，感到的是廢墟片片，留給人們的是無(wú)盡的哀傷。如果從生活走向物理，將物理與地震研究結(jié)合起來(lái)，便有可能實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)，將地震帶來(lái)的損失與精神傷害減小到最大程度。物理與生活的有機(jī)結(jié)合將讓我們的生活更美好。

關(guān)鍵詞：物理應(yīng)用；地震；物理與生活

一、前言

提到“物理”一詞，不由地讓人敬畏，試卷上滑來(lái)滑去的小木塊、倒數(shù)發(fā)射的火箭衛(wèi)星、相對(duì)論多維空間等等，都會(huì)使人感到物理是聰明人的學(xué)科，學(xué)習(xí)物理很困難，學(xué)習(xí)的成果離我們很遙遠(yuǎn)。但事實(shí)上，物理來(lái)源于生活，物理中的許多問(wèn)題就是生活中的問(wèn)題，例如：蘋果為何一定會(huì)落地、月亮為何會(huì)繞著地球轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)怎樣轉(zhuǎn)化為電流……通過(guò)物理我們我們揭開(kāi)了大自然的一個(gè)個(gè)謎團(tuán)，闡釋了生活中的許多規(guī)律和現(xiàn)象，也為我們自己帶來(lái)了便捷舒適的生活。就連令人談之色變的地震也與物理有著不可分割的聯(lián)系，并且可以通過(guò)物理方法實(shí)現(xiàn)地震預(yù)測(cè)。

二、地震中地球物理方法的應(yīng)用

我國(guó)位于亞歐板塊的東南部，受到太平洋板塊、印度板塊以及菲律賓板塊的影響和互相作用，地震十分活躍。不管是1976年里氏7.8級(jí)的唐山大地震，還是近幾年的四川汶川地震、雅安地震，甚至是2014年8月3日的云南魯?shù)榈卣?，都給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了重大影響。人們不禁要問(wèn)：人類何時(shí)才能夠成功預(yù)測(cè)地震災(zāi)害的發(fā)生，以減少傷亡和損失呢？伴隨著科技的不斷發(fā)展，人類在地震預(yù)報(bào)研究的道路上正不斷前行。但很少有人注意到這地震的原理及研究方法其實(shí)有很大一部分建立在物理學(xué)的基礎(chǔ)上，甚至物理學(xué)方法為地震的研究及預(yù)測(cè)做出了巨大貢獻(xiàn)。

中國(guó)的地震地質(zhì)研究目前采用的是物理方法。地質(zhì)學(xué)中采用了動(dòng)力學(xué)方法來(lái)研究，1967年，Parmelee提出了土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的計(jì)算模型，土一結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是研究地基對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響，是土動(dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的交叉學(xué)科.它將結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)作為互相藕連的體系來(lái)研究其在地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)，通過(guò)理論分析法、模型試驗(yàn)法和原型測(cè)試法進(jìn)行研究。

研究重力異常也有一種地震研究的方法，目前科學(xué)界普遍認(rèn)為地震是地殼巖層受力后快速破裂錯(cuò)動(dòng)引起地表振動(dòng)或破壞，而地殼運(yùn)動(dòng)會(huì)造成地球的重力場(chǎng)發(fā)生改變，所以通過(guò)測(cè)量和監(jiān)測(cè)地球的重力異常便可研究地震。另一方面①有了重力異常區(qū)域，就一定會(huì)有均衡調(diào)整，在這種均衡調(diào)整過(guò)程中，就有可能造成應(yīng)變能的積累。只要質(zhì)量轉(zhuǎn)移足夠，形成的重力異常足夠，能形成一定量的應(yīng)變能積累，就有可能引發(fā)地震，因此，重力異常也是地震產(chǎn)生的一個(gè)原因。總而言之，重力異常的均衡調(diào)整作用就是重力的作用，地幔對(duì)地殼的浮力作用。當(dāng)然，太陽(yáng)、月亮及太陽(yáng)系里的各個(gè)行星的引力作用也不可忽視，在各種因素作用下，地殼受力大于地震臨界點(diǎn)力，就會(huì)發(fā)生地震。

利用重力場(chǎng)，我國(guó)也進(jìn)行了絕對(duì)重力觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用②，通過(guò)對(duì)高精度的重力網(wǎng)的重復(fù)高精度的觀測(cè)，構(gòu)建出了中國(guó)大陸現(xiàn)今重力場(chǎng)變化圖像，反映了現(xiàn)今中國(guó)大陸地殼垂直運(yùn)動(dòng)的特征，也總結(jié)出了各地的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈程度。為地震預(yù)報(bào)、海平面變化和地球動(dòng)力學(xué)研究提供了信息。

在地震勘探中，人們注重了對(duì)“地震波”的研究，一是波傳播的時(shí)間與空間的關(guān)系，稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；另一是波傳播中它的振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，稱為動(dòng)力學(xué)特征。前者是地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)，后者則更多地表現(xiàn)出地下地質(zhì)體的巖性特征，有時(shí)亦是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)特征的響應(yīng)。上述兩種特征統(tǒng)稱為地震波的波場(chǎng)特征，通過(guò)研究地震波的波場(chǎng)特征，就能解決淺部地層和構(gòu)造的分布，確定巖、土力學(xué)參數(shù)等工程和水文勘探中所涉及到的地質(zhì)問(wèn)題。

日本是地震多發(fā)國(guó)家，該國(guó)對(duì)于地震的預(yù)警有獨(dú)到深入的研究，也取得了研究成果。日本采用了地震動(dòng)參數(shù)閥值報(bào)警方法③，一是加速度閥值，當(dāng)水平向合成加速度記錄超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閥值，就發(fā)出地震警報(bào)；另一個(gè)是破壞烈度DI，即地震動(dòng)豎向加速度和速度的內(nèi)積的對(duì)數(shù)，從物理意義上看，這是一個(gè)與功率相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)結(jié)合另一個(gè)震源參數(shù)報(bào)警方法，在 2011年03月11日的“東日本大地震”中，監(jiān)測(cè)站成功預(yù)警，使新干線列車及時(shí)采取緊急制動(dòng)，1min10s后最強(qiáng)地震到來(lái)，而新干線沒(méi)有一列脫軌，沒(méi)有發(fā)生人員傷亡。

就目前觀測(cè)結(jié)果來(lái)說(shuō)，地震前后，會(huì)出現(xiàn)電磁異常，震中附近的地表、近地大氣層中存在異常電磁輻射現(xiàn)象，呈現(xiàn)脈沖式的磁場(chǎng)異常。回觀中國(guó)盈江5.8級(jí)地震通過(guò)電磁監(jiān)測(cè)、功率譜計(jì)算及視電阻率和阻抗相位的計(jì)算，得出了一系列的變化特征，而進(jìn)而發(fā)生的緬甸7.2級(jí)地震則符合觀測(cè)得出的規(guī)律，說(shuō)明臨震前電磁信號(hào)與觀測(cè)點(diǎn)的電極方位和信號(hào)的頻率有密切的關(guān)系。

三、結(jié)論

精確的地震預(yù)測(cè)可以有效地減輕地震中的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如今，地震預(yù)測(cè)技術(shù)的研究已走出了實(shí)驗(yàn)室，地震方法的應(yīng)用已多種多樣。隨著科技和信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類成功預(yù)測(cè)地震指日可待。物理的研究與應(yīng)用將深入到了生活的各個(gè)方面，通過(guò)物理學(xué)研究，可以擴(kuò)展到地震的研究。運(yùn)用重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及波的傳播等知識(shí)，可以將復(fù)雜的地動(dòng)歸納出美麗的規(guī)律。通過(guò)地震的研究，物理學(xué)促進(jìn)了地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)的進(jìn)展，更為社會(huì)的和諧穩(wěn)定、人民安居樂(lè)業(yè)帶來(lái)數(shù)之不盡的好處。地震研究通過(guò)物理方法取得的成就，讓人們的地震預(yù)防更為及時(shí)和精確，最大限度保障了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。不得不說(shuō)，物理與生活緊密相連，隨著時(shí)代的進(jìn)步，研究的深化，地球物理學(xué)在地震中的應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)許多嶄新的成果，必將造福于人類。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖永巖.廣東海洋大學(xué)，地震形成原理.

[2] 張為民，王勇，周旭華.我國(guó)絕對(duì)重力觀測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究與展望.

[3] 高曙德，湯吉，孫維懷.盈江5.8級(jí)和緬甸7.2級(jí)地怎錢電磁異常.