给海底做“CT”

于鹏飞 吴文男

如何让地球乖乖做“CT”

类似医学上使用X-射线来透视身体结构，地球科学家也可以在海水表面或是海床上放置仪器，接收携带地下地层信息的地震波。海底“CT”利用空气枪激发地震波传播到海底，这些地震波遇到波阻抗界面会发生反射，反射的地震波携带了地下地层的信息，被拖揽、海底电缆、海底节点等仪器接收。我们在医院做CT之前，医生往往会要求我们拿走身上的随身物品，例如手机、钥匙、手表等，否则CT结果会不准确，而海底在做“CT”时，也存在着很多“随身物品”。由于地球不会“乖乖”听科学家的话，所以在地震采集的过程中，我们接收到的地震波往往携带大量讨厌的干扰信号，这些干扰信号会干扰地质学家对地下真实模样的判断，因此我们需要想方设法消灭掉这些干扰，这就需要专业地震数据处理人员进行“去伪存真”，有时候因为震源能量较小，携带的关于地层的信号较弱，会影响我们对真实信号的判读，可以透过将具有相同性质的信号整合在一起以加强信号的强度，帮助我们指认真实的信号，建立真正的地下结构。透过专业的处理，海底的真实模样就呈现在我们面前，海底的神秘面纱也就被我们准确揭开。

神器OBS对海底了如指掌

海底“CT”由浅到深，有不同的海洋地震探测手段。针对不同深度地层，海洋地震探测手段有所不同。如果我们把海底地下结构比喻成一个人体，那么想厘清海底的“皮肤层”和“皮下组织”，只需要利用浅剖或单道地震的手段，对海底做一个经济、快速的浅表层“CT”，从而获得较为直观的海底浅层地层结构剖面。如果想检查到“骨骼”与“内脏”，也就是几千米到上万米的地层深度，则需要用多道地震探测。对于超过万米深度的探测，海底地震仪（OBS）就派上用场了。

OBS是近年来发展起来的一种海底地震探测设备，广泛应用于大洋调查、海洋资源勘查、海底构造研究、海洋防灾减灾与大陆架划界等方面。通过直接将OBS放置在海底，探测深度可达30千米以上。按照记录信号源频率的不同，OBS可以分为短周期和长周期，短周期OBS用于对海洋人工地震剖面的探测（人工源探测），探查海洋地壳和地幔的速度结构及板块俯;中带、海沟、海槽演化的动力学特征等;长周期OBS用于观测天然地震（被动源探测），等同于在海底布设流动地震台站，研究天然地震的地震层析成像以及地震活动性和地震预报。

探海中國之光

2016年6月22日至8月12日，中国科学院探索一号科考船在马里亚纳海沟海域开展了中国第一次综合性万米深渊科考活动，填补了中国长期以来无法获得超大深度、特别是万米海底数据的空白。此次科考所用的9000米级深海海底地震仪由中国科学院地质与地球物理研究所自主研发。使用国产OBS首次在挑战者深渊西部开展主动源人工地震勘探，成功获得一条完整地震剖面。同时，采集到了自1900年以来第三次发生在马里亚纳海沟的大于7.7级的天然地震信号。这些数据可用于研究马里亚纳海沟这个世上最深海沟的俯冲带结构。

给地球做“CT”所使用的海上震源主要分为海上人工地震和海底天然地震。海上人工地震主要是利用空气枪产生能量，而海底天然地震是地下岩石突然断裂发生的急剧运动，板块与板块之间相互运动和作用发生的。海底地震主要分布在活动大陆边缘和大洋中脊。

海底天然地震同时也会引发一些地质灾害，如海啸、地面裂缝、喷水等，其中以海啸最有代表性，也最有杀伤力。海底地震一般发生在几千米的海底，海底地震会引起海啸，海啸以类似喷气式飞机的速度沿海面运动，而它一旦到达陆地上，产生的破坏力相当于无数颗原子弹爆炸。海底地震发生的同时，也有可能从地心冒出很多有害气体，对海洋生物有严重的危害。