透视跳动的心脏

陈晨

人类在地球上已经生活了二三百万年，它的内部到底是个什么样子呢?有人说，如果我们向地心挖洞，把地球对直挖通，不就可以到达地球的另一端了吗?然而，这却是不可能的。因为目前世界上最深的钻孔也仅为地球半径的1／500，所以人类对地球内部的认识还很浅显。

随着科技的发展，科学家发现有许多仪器和侦测方法能够有效的“透视”出地球内部结构，为更好地研究和观察地球结构变化做出了贡献。同时，人们从火山喷发出来的物质中了解到地球内部的物理性质和化学组成，并且利用地震波揭示了地球内部的许多秘密。

2001年昆仑山口8.0级以上大地震，标志着中国大地构造应力场已经进入了新一轮的调整期，这和全球是一致的。

在新的调整高潮期内，由于宇宙内部地球等天体运行变化及地球内核物质运行变化等因素，导致地球内部物质与结构的变化；由于地球内部物质与结构产生的剧烈变化，导致地球岩石圈内部构造断块之间的运动与变化；由于地球岩石圈内部构造断块之间的相互叠置运动产生了断块间的弹性回跳，从而引发巨大地震的发生则是不可避免的。

另外，地球岩石圈内部物质与构造产生的波动，导致地球大气圈内部天气现象产生变化。地球岩石圈内部物质与构造产生的剧烈变化和地球大气圈内部天气现象产生变化，必然影响到地球生物圈内部的人类、动物、植物的变化。这无疑清晰地告诉我们，物质之间的相互变化都是相互影响相互联系的。

新闻缘起

2011年9月，中国科研人员在27日出版的英国《自然·地球科学》杂志报告上说，通过分析“全球卫星定位系统”和“卫星合成孔径雷达干涉测量”等方面的数据，从观测到的地表形状变化，推断出内部断层的结构变动，可对地震区域作出破裂分布规律及可能成因，并作出未来的风险分析。

2011年3月，据美国加州理工学院报告，日本3·11大地震致使日本东部向北美洲方向移动了12英尺，地球板块已然移动。

2012年2月13日，我国第28次南极科学考察队成功回收布放在南极普里兹湾的海底地震仪。此次回收的海底地震仪是科考队近两个月前在雪龙船由中山站前往长城站途中布放的，这也是我国首次在南极周边海域投放海底地震仪。

海底地震仪观察地球深部圈层变化

据科考队员介绍，海底地震仪由地震计、记录仪和释放器三部分组成。其中地震计负责将接收到的地震波转化为电子信号，记录仪对电子信号进行采集和存储。科研人员通过释放器将海底地震仪回收后，可从记录仪中读取相关数据。

“这有点像地震台站，只不过与大家平时了解的不同，是把地震監测设备放在了海底。”国家海洋局第一海洋研究所研究员郑彦鹏表示，开展这项工作有助于了解海域深部地质结构特征及其构造演化。通过进一步分析研究所获取的数据，将大大提升我国在南极海域地球物理调查技术方面的国际影响力。

他解释，地震发生时产生的地震波在地球内部圈层传递过程中，穿越不同深度和不同种类的岩石时产生了细微的差异，利用对仪器接收到地震波信号的频谱和速度分析可以揭示出地球内部不同圈层岩石的性质和分布，为研究南极大陆的形成演化及其动力机制提供依据，丰富了全球大陆地质构造演化研究中的南极区域资料。

从国际上看，至今已有超过20个国家在南极大陆及其周缘地区开展了系统的科学调查活动。调查内容包括航空和卫星地球物理调查、走航式海洋地球物理调查以及陆地地球物理测站等，主要用来研究和解决冈瓦纳大陆构造历史重建及冈瓦纳古陆破裂的地壳动力机制、南极板块边界及其地壳结构、大型火山岩省形成的地幔过程以及沉积盆地的形成演化和资源远景评价等问题。

“这次还只是试验性阶段，为明年开展的1～2年长时间探测奠定基础。”郑彦鹏说，地震是一种灾害现象，但也是了解地球内部结构的重要手段。

他说，目前我国已在南极中山站建立了地震观测台站。按照设想，未来将在南极大陆从中山站到昆仑站的途中建立多个流动地震观测台站，向海域布设4～6台海底地震仪，通过搭建一条雪域高原向深海平原的延伸线，对地球内部数十甚至上百公里深度以内的地壳和上地幔内部结构进行“透视”。

中西部地壳结构特征及变化研究喜获进展

过去大量资料表明，华北克拉通东部在中一新生代经历了广泛和强烈的岩石圈构造活动，造成其岩石圈地幔与地壳的厚度和性质都发生了明显改变。然而，克拉通中西部的显生宙演化由于研究起步较晚和资料缺少，还存在争议。近年来，地球化学与地球物理资料都表明克拉通中、西部的一些局部区域可能已经发生或者正在发生岩石圈的减薄和改造。因此，深入研究克拉通中、西部的地壳结构特征及其横向变化，可以为进一步研究华北克拉通的构造演化及其区域差异的深部机制提供重要约束。

为此，中国科学院地质地球所采用了接收函数的方法来研究地壳结构。接收函数方法采用接近垂直入射的远震波形记录，具有较高的横向分辨率，因此在布设了密集固定或流动地震台阵的区域，基于该方法可以得到台阵下方高分辨率的结构图像。中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室博士研究生危自根与导师陈凌研究员等对此开展了相关研究，他们利用两条线性密集台阵记录的地震资料，采用接收函数叠加方法来研究华北克拉通中、西部南北两侧的地壳厚度和平均波速比横向变化特征。

结果显示，地壳厚度和波速比在克拉通中部南北两侧具有相同的变化趋势，并且变化剧烈，反映了显生宙华北克拉通活化对该区域的影响。研究得到的华北克拉通内部明显不均匀的地壳结构特征不仅仅反映了显生宙不同的区域构造差异，而且还为稳定的大陆地壳的长期保存提供了证据。

美国地球透视计划

美国国家科学基金会(NSF)、美国地质调查局(USGS)和美国国家航空与航天局(NASA)在2001年联合发起了地球透镜(Earthscope)计划，该计划旨在通过分布式、多用途仪器和观测台网的组合使用，来加深对北美大陆结构、演化和动力学特征的理解。通过近10年的努力，地球透镜计划形成了三大研究设施，即美国地震台阵、板块边界观测站和圣安德烈斯断层深部观测站。

《揭示北美大陆的奥秘——地球透镜科学计划2010--2020》指出，地球透镜计划在北美大陆活动变形研究，整个地质时代的北美大陆演化研究，深部地球结构和动力学研究，地震、断层与岩石圈流变学研究，地壳与地幔中的岩浆和挥发物研究，地形学和构造学研究，地球透镜计划与水圈、冰冻圈和大气圈的关系研究7个方面取得了重大突破。但是，未来仍然面临诸多挑战，如地壳、地幔浮力和流体如何影响并维持处于构造活动状态的美国西部的地形，整个地质时间内，岩石圈如何在北美西部板块边界下方俯冲。