海底石油開發(fā)的先鋒——怎樣探測(cè)海底石油

地層又硬又不透明，人是看不穿的。只有封神演義里有一位神仙，可以看穿地下。但這畢竟是神話。要在大海中找出什么地方有石油，這就要靠聲波了。因?yàn)樵诤Ｖ秀@一個(gè)孔很貴，花費(fèi)時(shí)間也多，如果沒有油，就全浪費(fèi)了。只有用聲學(xué)方法做大面積探測(cè)，在發(fā)現(xiàn)可能有油的地方再打鉆進(jìn)行查探就準(zhǔn)確多了。用一條調(diào)查船，后面拖一條長(zhǎng)長(zhǎng)的電纜，里面有許多聲接收器。船以恒定速度行駛，每隔一定時(shí)間用電火花或氣槍發(fā)出脈沖聲，聲信號(hào)傳入地下，海底的結(jié)構(gòu)總是分層的，聲波在各層交界的地方反射回來，由長(zhǎng)長(zhǎng)的接受電纜接受信號(hào)，加上復(fù)雜的處理技術(shù)，就可以知道各層的結(jié)構(gòu)。石油是由數(shù)百萬年前的史前海洋生物遺骸形成的，這些生物死后軀體下沉，并被埋在泥沙層下，泥沙逐漸變成巖層。巖石層的壓力和細(xì)菌的作用使生物遺骸變成石油和天然氣，石油會(huì)穿過疏松巖石層向上流動(dòng)，一直流到致密巖石層才被阻擋住。當(dāng)用聲波探測(cè)出有一個(gè)“構(gòu)造”也就是有一塊凸出的底層時(shí)，就認(rèn)為可能有油了?？梢赃M(jìn)一步探明，確定是否真的有油，油的儲(chǔ)量有多少？是否適合開采？辦法是打幾口探井，取樣分析，或者用聲、電放射性的方法觀察井壁的巖石，看哪個(gè)巖層含油，哪個(gè)巖層不含油，含油多少，經(jīng)濟(jì)上有沒有開采價(jià)值，最后決定是否開采。（圖1）

圖1 用海底反射地震儀勘探海底石油

怎么保證海上建筑物的施工

如果想在海岸或海中施工，如修碼頭、海堤、平臺(tái)等，一定要知道海底十幾米以內(nèi)陸層的情況。如果海底有個(gè)斷層，修筑碼頭或海堤在這里就容易斷裂。淺海的海底，有的表層很硬，而下面卻很軟，從事海洋工程的人把這種地址情況叫雞蛋殼。如果在這種地層上修采油平臺(tái)，那就會(huì)陷下去。因此，在施工之前一定要弄清地質(zhì)情況，首先是表面十幾米到幾十米的情況。通常的辦法和在陸地上一樣，是打鉆，采樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，看承載能力夠不夠。但在海上鉆孔比在陸地上要困難得多。鉆孔如不夠密，漏掉了斷層地帶，就會(huì)出大亂子。因此一般除鉆幾個(gè)孔之外，還要用淺地層剖面儀，也就是一臺(tái)用聲波的儀器。這儀器拖在船后，用一個(gè)聲源，不斷向海底發(fā)出低頻率的聲波。聲波傳入海底，在不同的地層上反射回來。在記錄儀上記下各層反射的情況。這樣得出的是船走過的海域的底層剖面。為了得出比較高的分辨率，而又不受地層的太大的吸收衰減，使用的頻率是在幾百赫到幾千赫，而不是在探測(cè)深地層時(shí)用的十幾赫。這樣得出的十幾米內(nèi)的地貌情況就很清楚。（圖2）

圖2 淺地層剖面圖

地下考古的助手

古人的墳?zāi)孤裨诘叵?，?jīng)過漫長(zhǎng)的歲月已經(jīng)沒有標(biāo)志。有的城市被河流泛濫沖來的泥沙掩埋，也看不出痕跡，在考古時(shí)就有困難?？偛荒艿教巵y挖吧！這時(shí)候聲波又可以來幫忙了。用一個(gè)大的換能器（振動(dòng)柱）放在地面，向地下發(fā)出低頻率的振動(dòng)，產(chǎn)生的低頻脈沖聲波向下傳播，遇到石頭、墻壁、墳?zāi)沟群推胀ㄍ寥啦煌牡胤剑暡ň蜁?huì)反射回來。在接受車的熒光屏上顯示出來。（通常這套設(shè)備裝在汽車上）把換能器放在地面（實(shí)際上是振動(dòng)的柱子）向下探測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)有和普通土壤不同之處，就移動(dòng)換能器，在附近地區(qū)經(jīng)行詳細(xì)的觀測(cè)。地下如有墳?zāi)埂⒊菈蚱渌z跡，在熒光屏和記錄器上就可以得出它們的平面圖。有經(jīng)驗(yàn)的考古專家一下子就能判斷是否歷史遺跡，有沒有開挖的價(jià)值。這就使地下考古學(xué)家長(zhǎng)了一雙能看透地層的眼睛，工作起來方便多了。（圖3）

圖3 聲波地下考古

探測(cè)地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

說起地震，大家都覺得很可怕。一次大的地震，地動(dòng)山搖，房屋倒塌，人畜傷亡，有時(shí)幾分鐘之內(nèi)就能毀滅一座城市。但是地震波也是彈性波，從本質(zhì)上來講和超聲探傷時(shí)在鋼塊中傳播的超聲波是一回事，只不過地震波的頻率特別低，振幅特別大而已。地殼由一些巨大的巖石板塊組成，這些板塊總在緩慢移動(dòng)，有時(shí)板塊邊緣互相擠迫不能移動(dòng)，一旦突然滑動(dòng)，就會(huì)使大地猛烈震動(dòng)。彈性波由震中傳出，受地核阻擋，有相當(dāng)大的范圍地震波傳不到。（圖4）在地下核爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈性波在液態(tài)外核和固態(tài)內(nèi)核的邊界上反射。準(zhǔn)確測(cè)量反射波到達(dá)的時(shí)間，就可以知道內(nèi)核和外核的尺寸。地震波成了測(cè)量地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的工具。（圖5）

圖4 地震波傳播

圖5 用核爆炸的地震波測(cè)量地核尺寸

在地球上無時(shí)無刻沒有微小的地震。在地下或者海底安放許多地震儀，記錄從不同地方來的地震波，地震波通過不同性質(zhì)的地層傳播的速度不一樣，根據(jù)這些記錄加以分析，就可以得出地層的三維圖像，叫做三維地震層析成像。

也許有人要問，地震能不能預(yù)報(bào)呢？地震發(fā)生之前總有許多現(xiàn)象出現(xiàn)，但根據(jù)這些現(xiàn)象目前還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震。有人設(shè)想，在竹子、木材、巖石劈裂之前，總會(huì)發(fā)出許多聲音，用類似聲反射的辦法，也許能預(yù)報(bào)地震。這些還有待于研究。