滕吉文

1 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所， 北京 100029 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049 3 吉林大學(xué)， 長(zhǎng)春 100044

0 引言

近年來(lái)，在我國(guó)的報(bào)刊、報(bào)道、科學(xué)研討會(huì)上出現(xiàn)了一些新名詞，即“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”、“精準(zhǔn)大氣物理”、“精準(zhǔn)構(gòu)造”、“精準(zhǔn)地球物理”……等.“精準(zhǔn)”就字面而言是表征精細(xì)和準(zhǔn)確的意思，即量化的，且似具有“終極”之意，它是一個(gè)標(biāo)量.在科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的歷程上，伴隨著科技的進(jìn)步，對(duì)某種現(xiàn)象、問(wèn)題的理解和認(rèn)識(shí)度是逐漸深化的，即永遠(yuǎn)是向真諦逼近的過(guò)程，這對(duì)地球科學(xué)來(lái)講的確離“精”、“準(zhǔn)”還有相當(dāng)漫長(zhǎng)的路要走，更需不斷深化的時(shí)序與不斷創(chuàng)造.為此，高精度地球物理學(xué)的命題應(yīng)更為適宜，因?yàn)楦呔仁且粋€(gè)不斷提升的過(guò)程，可視其為一“矢量”.

當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)看到不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)?xì)程度的需求是很不一致的，如航天、量子通訊、空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接、空間實(shí)驗(yàn)站物資補(bǔ)給、深海下潛與載人深潛不僅要精細(xì)而且必須精準(zhǔn)；最精細(xì)腦鏈接腦圖譜，醫(yī)學(xué)中的眼科與心血管手術(shù)，軍事目標(biāo)攻擊亦必須精確等等.地球科學(xué)研究，特別是認(rèn)識(shí)則必須向高精度“挺進(jìn)”，以使定性科學(xué)、推斷科學(xué)、或然科學(xué)、解不唯一性科學(xué)等在不斷提升精度的過(guò)程中逐向半量化與量化逼近.這些均要求必須夯實(shí)基礎(chǔ)研究，聚焦科學(xué)前沿逐步向高精度邁進(jìn)，乃是創(chuàng)新和自主創(chuàng)新的靈魂.

面臨世界科技大潮，地球科學(xué)向何處去，則是人們必須思考的問(wèn)題.因?yàn)榈厍蚩茖W(xué)必須突破傳統(tǒng)以點(diǎn)帶線擴(kuò)展成面的假設(shè)、遐想與推斷，即須不斷提升精度來(lái)達(dá)到對(duì)問(wèn)題的逼近理解(滕吉文等, 2012a,c, 2016a,b,c; 滕吉文和張洪雙, 2012b； 滕吉文, 2007a,b,c, 2008, 2009a,b,2010a,b).

地球物理學(xué)是地球科學(xué)發(fā)展與量化的中堅(jiān)，它從誕生至今其核心是以物理學(xué)為基石，以數(shù)學(xué)、信息科學(xué)為手段，并與相關(guān)科學(xué)門類相結(jié)合的一門學(xué)科交叉的邊緣科學(xué)，在本質(zhì)上是一門應(yīng)用物理學(xué).它必須以高精度的觀測(cè)、高分辨率的數(shù)據(jù)采集和物質(zhì)屬性與空間狀態(tài)的精細(xì)刻畫為“鏈條”，因?yàn)樗休d著地球內(nèi)部，即深部物質(zhì)重新分異、調(diào)整，物質(zhì)與能量交換的軌跡(滕吉文, 2003a,b,2006a,b,c, 2007a,b,c, 2008; 滕吉文等, 2008a,b).對(duì)固體地球物理學(xué)來(lái)說(shuō)，它必須精細(xì)厘定地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的行為與樣式、動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和力源機(jī)制.正如德國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家阿爾岡所言，“地質(zhì)學(xué)的未來(lái)是地球物理學(xué)”.這便表明，這是高精度的地球物理學(xué)與地球動(dòng)力學(xué)乃是時(shí)代的需求與發(fā)展的必然(滕吉文等, 2004a； 2006, 2008a,b,2016a,b；滕吉文, 2004b).

為此，地球物理學(xué)必須向高精度不斷提升，以達(dá)越過(guò)地平線去觸摸地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)脈搏，逐使人們深化對(duì)地球本體的認(rèn)識(shí)，并構(gòu)架起安全、穩(wěn)定的且可保證長(zhǎng)期供給的資源與能源及防范突發(fā)事件發(fā)生，發(fā)展的戰(zhàn)略后備基地與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為人類營(yíng)造一個(gè)良好的生活與生存空間、并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展！

當(dāng)今“上天、下海、入地”乃人類向宇宙挑戰(zhàn)的三大壯舉(張文佑, 20世紀(jì)80年代前后提出)，強(qiáng)化第二深度空間金屬礦產(chǎn)資源(500～2000 m)、油、氣能源(2500～10000 m)的探查、開(kāi)發(fā)和利用乃是構(gòu)筑我國(guó)快速工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)騰飛的命脈(滕吉文等, 2006, 2010)，因?yàn)樵谶@個(gè)世界上若沒(méi)有大量資源和能源的消耗則不可能創(chuàng)造今天的文明，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的宏圖.

1 當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的勢(shì)態(tài)與地球科學(xué)研究的現(xiàn)狀有待突破

科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展必須向量化“挺進(jìn)”，這是時(shí)代前進(jìn)步伐的需求，也是一門科學(xué)走向成熟的標(biāo)志.正如馬克思所說(shuō)“一門科學(xué)只有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才能達(dá)到真正完善的地步”.

1.1 當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的勢(shì)態(tài)

進(jìn)入21世紀(jì)上葉以來(lái)，在世界科學(xué)發(fā)展的征程上越來(lái)越要求量化和高精度.這就要求必須未來(lái)不斷地創(chuàng)新，方能搶占學(xué)科領(lǐng)域的制高點(diǎn).

(1)科學(xué)的高精度升華已成為世界科技發(fā)展的必然軌跡

我國(guó)在火箭發(fā)射、載人飛船、量子通訊、空間實(shí)驗(yàn)室諸多方向取得了非凡的成就，天宮二號(hào)的成功發(fā)射與神舟一號(hào)的空間對(duì)接，且在軌開(kāi)發(fā)一定規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用.它蘊(yùn)含了微重力基礎(chǔ)物理、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)、空間天文測(cè)量、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、對(duì)地觀測(cè)、地球科學(xué)研究以及新技術(shù)實(shí)驗(yàn)等八大領(lǐng)域.這次空間實(shí)驗(yàn)室搭載的空間冷原子鐘，采用激光冷卻銣原子并與微波相互作用，有望實(shí)現(xiàn)3000萬(wàn)年時(shí)間內(nèi)僅有一秒鐘誤差的精度，可使飛行器自主守時(shí)的精度提高兩個(gè)量級(jí).顯然，量子通訊衛(wèi)星的成功發(fā)射乃導(dǎo)引我國(guó)進(jìn)入空間科學(xué)強(qiáng)國(guó)之徑，這便標(biāo)志著我國(guó)載人航天進(jìn)入空間應(yīng)用發(fā)展的新階段！空間實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建孕育著航天事業(yè)的重大突破，又如電子態(tài)全新電子器件的研發(fā)，將會(huì)有顛覆性的創(chuàng)造，它預(yù)示著手機(jī)今后無(wú)需充電了.

(2)精度的提升是創(chuàng)新的碩果

當(dāng)今我國(guó)正處在科技迅猛發(fā)展的新時(shí)期，在各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)造了一系列的非凡成果.下面僅舉一、二個(gè)精度不斷提高的實(shí)例.

華中科技大學(xué)最精細(xì)腦鏈接圖譜數(shù)據(jù)居于世界領(lǐng)先地位，這項(xiàng)研究可分辨出人類腦部的每一個(gè)生命源、每一個(gè)毛細(xì)管，它對(duì)人的腦功能、智力發(fā)展均有著極為重大的作用.當(dāng)今的科學(xué)界正在由或然向精細(xì)化邁進(jìn)，特別是與人的生活和生存關(guān)切的對(duì)人眼、腦、心、肺等器官的診斷與手術(shù)正在一日千里的前進(jìn).

蔚藍(lán)色的海洋是生命的起源和繁盛的搖籃，也是人類繁衍生息的家園，海洋生物、海洋資源與能源、海洋與大氣、海洋與軍事和國(guó)防等等關(guān)系著資源、財(cái)富和國(guó)家領(lǐng)土完整.我國(guó)深海下潛技術(shù)的迅猛發(fā)展，為我國(guó)向深海、公?！巴M(jìn)”所需要的精細(xì)下潛，提出令人矚目的海底藍(lán)圖.

這一系列的學(xué)科進(jìn)展和成就乃精度不斷提高的產(chǎn)物，是科技創(chuàng)新的碩果.

1.2 在向高精度邁進(jìn)中的地球科學(xué)研究現(xiàn)狀

就地球科學(xué)整體而言，距“精準(zhǔn)”尚有一段相當(dāng)漫長(zhǎng)的路要走，距高精度與不斷量化亦尚有一段相當(dāng)長(zhǎng)的距離，即因?yàn)檎麄€(gè)地球科學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到半量化或者量化.

(1)地質(zhì)學(xué).地質(zhì)學(xué)具有古老的傳統(tǒng)和歷史、且分支學(xué)科眾多，是一門包絡(luò)甚廣的學(xué)科.它是依據(jù)地表的派生現(xiàn)象的調(diào)查及局域的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行想象與邏輯推斷以描述為主體的一門定性科學(xué).在年代測(cè)量上誤差可為幾個(gè)Ma到幾十個(gè)Ma乃至更大，是相當(dāng)宏觀尺度上的推定.例如所言第四紀(jì)以來(lái)的活動(dòng)，即是指1.8 Ma以來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，故難以表征強(qiáng)烈地震的近期活動(dòng)與預(yù)測(cè).在對(duì)地層時(shí)代的理解上，乃是依據(jù)不充分的、或不夠充分的邊界條件來(lái)判定或估定.當(dāng)今整體上是通過(guò)鋯石測(cè)年，或與世界各地地層的層序與時(shí)代的對(duì)比給予分析與判識(shí).為此，在地質(zhì)構(gòu)造學(xué)界有八大學(xué)派，如多回旋、地洼、鑲嵌、重力、斷塊、板塊等，且各成體系，而其論點(diǎn)與論據(jù)亦各異、理念亦當(dāng)必不同.

(2)地球物理學(xué).地球物理學(xué)的分支亦很多，乃是以多元物理場(chǎng)為基石的一門新興的邊緣科學(xué)，自20世紀(jì)上、中葉才蓬勃發(fā)展起來(lái).它是以物理學(xué)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)、信息科學(xué)和當(dāng)代高新技術(shù)為依托深化認(rèn)識(shí)地球本體.為此，它必須進(jìn)行高精度的觀測(cè)(包括地表、空間、海洋和井中)，采集海量的高分辨率數(shù)據(jù)，刻畫地球深部介質(zhì)的物理屬性和精細(xì)結(jié)構(gòu).由于它是在強(qiáng)干擾背景下去拾取微弱的目標(biāo)信息，故必然地注入或疊加了某種程度的干涉.同時(shí)，各分支學(xué)科的分辨率不同，不可等量權(quán)重，故其解亦難趨唯一.這就必須在基于所得數(shù)據(jù)的前提下，進(jìn)行多元地球物理場(chǎng)的綜合研究以取得共識(shí)的響應(yīng)逼近.

產(chǎn)生這種響應(yīng)的原因是，上述觀測(cè)與采集的數(shù)據(jù)中包含了一定的誤差，如殼、幔結(jié)構(gòu)研究的地震層析成像中，所拾取的震相有十分可靠的信息、較可靠的信息、不太可靠的信息乃至錯(cuò)誤的少量信息，在成像后的圖像中便包含了以上有關(guān)錯(cuò)誤信息，并導(dǎo)致圖像中的非完全真實(shí)圖像，可又難于從已取得的圖像中剔除.又如在石油地震勘探和殼、幔結(jié)構(gòu)研究中的反射地震，由于得不到精確的速度值，往往是取其速度譜的均值，這當(dāng)必影響歸位并可能導(dǎo)致成像中的必然干擾與誤差.在成像后的不確定性中還包括一系列的更難以剔除的本征要素，如觀測(cè)儀器分辨率不夠造成的模糊映像和假象；初始條件、邊界條件的不確定性，加載在難以提取的初始模型上；在天然地震觀測(cè)中不僅地震波的射線路徑漫長(zhǎng)、穿越多相介質(zhì)與構(gòu)造，而是只知接收函數(shù)卻不知源函數(shù)，只利用了上行波(高速到低速介質(zhì))而未能應(yīng)用下行波，以及同一份數(shù)據(jù)不同人去做、提取頻散或用不同方法去反演多會(huì)得出差異較大的結(jié)果；復(fù)雜多波波場(chǎng)(除P波、S波和轉(zhuǎn)換波外，還有繞(衍)射波、側(cè)面波、各種多次波等)難以“干凈”分離；反演方法和不同地球物理場(chǎng)所獲物理量的不匹配和人為干預(yù)參入了模型構(gòu)建等.

有不少地球物理學(xué)家在理解和解釋地球物理反演結(jié)果時(shí)，往往先驗(yàn)地、且嚴(yán)重地受控于地表地質(zhì)與構(gòu)造現(xiàn)象、結(jié)果及假設(shè)推斷的“限定”，而不是從地球物理場(chǎng)的精細(xì)反演中，在不依賴于淺表層響應(yīng)和先驗(yàn)性模型的情況下給出地球物理解釋，這不僅會(huì)誤導(dǎo)地球物理學(xué)家本身，同時(shí)亦會(huì)讓地質(zhì)學(xué)家給予錯(cuò)誤的理解.當(dāng)今有人說(shuō)，地球物理研究花錢多、周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢、沒(méi)有用，與地質(zhì)學(xué)中設(shè)想的模型不符；也有人說(shuō)，勝也物探，敗也物探(原石油工業(yè)部長(zhǎng)汪濤)；也有人說(shuō)多做物探，少打“眼”(中石油)等等.在某些領(lǐng)域，在采用國(guó)外提出的一些模型正演時(shí)還好，可反演時(shí)往往差之千里.這表明國(guó)人對(duì)這一系列引進(jìn)模型的理念、方法、技術(shù)和邊界條件尚缺乏透徹的理解和質(zhì)疑，更缺乏理性的批判和自主創(chuàng)新理念的體現(xiàn).這便雄辯地表明，地球物理觀測(cè)與所求得的結(jié)果精度尚不高，顯然當(dāng)必限定了對(duì)介質(zhì)物理屬性和空間結(jié)構(gòu)的量化厘定.

2 高精度地球物理學(xué)是厘定量化認(rèn)識(shí)的根基

當(dāng)今地球物理學(xué)(其中當(dāng)必包括地球動(dòng)力學(xué))承載著強(qiáng)化第二深度空間礦產(chǎn)資源和能源的探查和開(kāi)發(fā)；強(qiáng)烈地震孕育、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)物理屬性和結(jié)構(gòu)及構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)知；厘定成山、成盆、成礦、成巖、成災(zāi)、成核和深化認(rèn)識(shí)地球本體；理解在力系作用下深部物質(zhì)重新分異、調(diào)整和物質(zhì)與能量的交換的研究與探索，因此必須要求地球物理學(xué)具有高精度的逼近解答.可這的確并非是一易事，而是必須在理念上、方法上、技術(shù)上高度融合和創(chuàng)新的進(jìn)程，方可逐步得到升華.

2.1 地球物理學(xué)應(yīng)具有高精度的觀測(cè)、高分辨率的數(shù)據(jù)采集和精細(xì)結(jié)構(gòu)的正確刻畫

高精度地球物理學(xué)必須滿足高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)，且穩(wěn)定性良好的儀器精細(xì)觀測(cè)，剔除隨機(jī)干擾的高分辨率信息的數(shù)據(jù)采集，高精度樣本物性數(shù)據(jù)測(cè)量和正確反演方法的計(jì)算與成像，以取得精細(xì)、且解答基本趨于唯一的介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)展布.

(1)創(chuàng)新理念.在地球物理學(xué)的發(fā)展與進(jìn)程中，不僅要深化本學(xué)科的研究和探索，而且要多元吸取相鄰學(xué)科的高新科技成就，以構(gòu)成新的理念和范式.這就必須在吸收和理性質(zhì)疑的框架下凝練出創(chuàng)新性的科學(xué)問(wèn)題，提出科學(xué)的、具超前思維的論點(diǎn)和論據(jù)，以形成引導(dǎo)本學(xué)科不斷前進(jìn)、并搶占制高點(diǎn)的嶄新理念或定則.

(2)儀器與設(shè)備的自主研發(fā).高精度地球物理學(xué)的奮進(jìn)當(dāng)必催生新型高精度地球物理觀測(cè)儀器，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自主研發(fā)(滕吉文, 2005, 2006d, 2009b,2010b)，高精度地球物理學(xué)的基礎(chǔ)是能否獲得海量的精確地球物理實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù).物理參量的精確化或新物理量的提出與發(fā)現(xiàn)乃地球物理學(xué)能否達(dá)到高精度的核心所在.這是因?yàn)榈厍蛭锢韺W(xué)在本質(zhì)上是一門觀測(cè)的科學(xué)，必須采集巨量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理以提取介質(zhì)結(jié)構(gòu)與屬性信息，因而可靠信息與信息量的缺乏和不足則是任何數(shù)學(xué)技巧和圖像顯示所無(wú)法彌補(bǔ)的(滕吉文, 2003a,b,2004b；滕吉文等，2004a).

這里應(yīng)當(dāng)特別指出的是，正如孔夫子所言：“工欲善其事，必先利其器”(論語(yǔ)).法拉第的導(dǎo)師戴維(Humphy Dary)亦指出，“最好的科研成果無(wú)不取決于好的儀器發(fā)展”.這也與兩軍作戰(zhàn)一樣，一個(gè)好的司令官在戰(zhàn)前必須“車馬未動(dòng)，糧草先行”.

所以說(shuō)，一種新理念指導(dǎo)下的觀測(cè)與探測(cè)儀器及設(shè)備的雛形，一個(gè)新物理量的提出和應(yīng)用、一個(gè)參數(shù)精度的提高，不僅會(huì)大為促進(jìn)這一學(xué)科的發(fā)展，而且往往還可能驅(qū)動(dòng)開(kāi)辟一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域(滕吉文, 2006a,b,c, 2009a; 滕吉文等, 2016a,b,c).

為了適應(yīng)地球內(nèi)部第二深度空間的油、氣、煤能源和金屬礦產(chǎn)資源的勘查、開(kāi)發(fā)和利用，提出精細(xì)可靠的殼幔結(jié)構(gòu)等則必須突破原有框架，自主研發(fā)出大深度、高精度、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、高靈敏度和高分辨率與大動(dòng)態(tài)范圍、智能化的新型地球物理儀器和設(shè)備.

(3)高精度的數(shù)據(jù)采集需要科學(xué)的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高精度的觀測(cè)系統(tǒng)與高分辨率的數(shù)據(jù)采集密切相關(guān)，因?yàn)閷?duì)其設(shè)計(jì)與實(shí)施是能否取得高質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵所在.以地震勘探和地球內(nèi)部探測(cè)為例，觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)為相遇、多重相遇、追逐、多重追逐的組合陣列，以達(dá)能在互換點(diǎn)上提取速度、深度、時(shí)間、射線路徑、頻率和能量的互換與相疊置，即達(dá)到地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)合驗(yàn)證.為此，只有嚴(yán)格地遵循這一路線圖方可謂高精度的觀測(cè)，高分辨率的數(shù)據(jù)采集和反演成像.顯然，若爆炸點(diǎn)距大于或遠(yuǎn)大于震相的追蹤長(zhǎng)度，那么不管你用任何方法去反演都不可能取得可靠的精確認(rèn)識(shí)，也不可能獲得高精度的介質(zhì)物理屬性和對(duì)空間結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫.

2.2 理論、方法的深化研究和探索是邁向高精度地球物理學(xué)的必由之路

強(qiáng)化學(xué)科交叉和創(chuàng)新在科學(xué)研究發(fā)展進(jìn)程中十分關(guān)鍵，扎實(shí)的基礎(chǔ)研究乃是建立正確理論、構(gòu)筑新的科學(xué)方法的核心，嚴(yán)格、可靠的數(shù)據(jù)采樣處理是地球物理學(xué)向高精度邁進(jìn)的必由之路(滕吉文等, 2012a,c；滕吉文和張洪雙，2012b).

(1)地球介質(zhì)屬性的必然性.地球物理學(xué)研究的對(duì)象是地球內(nèi)部各圈層的介質(zhì)屬性和空間結(jié)構(gòu)與其深層過(guò)程，它們多為非均勻的、各向異性的和非完全彈性體.在至今的不少部門仍然多將介質(zhì)視為完全彈性、無(wú)限均勻的和各向同性的且從聲波方程出發(fā)，這對(duì)地球介質(zhì)與結(jié)構(gòu)來(lái)講是極大的“簡(jiǎn)化”與近似.因此，在這種前提下所依賴的邊界條件和提取的初始模型就不可能是多元要素約束下的逼近模型.

(2)對(duì)地震震相或波列的科學(xué)定則.必須嚴(yán)格地從地球物理學(xué)的原理和定義出發(fā)，這是理性深化的基石和不可逾越的界定.

在人工源地震寬角反射/折射探測(cè)中，有一些部門將由此而呈現(xiàn)在記錄中的一系列震相統(tǒng)稱為“折射波”，并在口頭報(bào)告、論著、項(xiàng)目或課題報(bào)告、總結(jié)中乃至評(píng)審意見(jiàn)中不斷出現(xiàn).在寬角反射的諸震相中有Pg，P1，P2，P3，…，Pm，Pn，這里Pg為來(lái)自結(jié)晶基底的折射波或弱回折波，P1，P2，P3，…，Pm全為反射波，只有Pn為來(lái)自殼、幔邊界的折射波或回折波.顯然將其稱為“折射波”當(dāng)然是不符合物理定則的，精準(zhǔn)的定名應(yīng)為“反射/折射”為宜.

(3)地球物理學(xué)中有關(guān)地震方法的定義必須精確，譯名必須有物理內(nèi)涵

近幾年來(lái)有不少地球物理學(xué)者在他們的論文、科研報(bào)告、項(xiàng)目申請(qǐng)書、報(bào)獎(jiǎng)材料中常見(jiàn)有“主動(dòng)源地震”和“被動(dòng)源地震”之稱，似乎在我國(guó)已獲得“共識(shí)”，究其來(lái)源乃為在個(gè)別外國(guó)人的文章中提及“Active”和“Passive”地震之稱.不管中國(guó)人也好外國(guó)人也好，將人工源地震勘探和深部殼、幔速度結(jié)構(gòu)探測(cè)稱為主動(dòng)源地震，即其意為可按科學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)激發(fā)源點(diǎn)和接收點(diǎn).把天然地震稱其為被動(dòng)源地震，即是想突出它不受人為控制的波場(chǎng).顯然這是不夠全面和不盡準(zhǔn)確的，這樣的定義或翻譯都是欠妥的.

第一，名稱的科學(xué)內(nèi)涵，將“Active地震”翻譯為主動(dòng)源地震，將“Passive地震”翻譯為被動(dòng)源地震拋棄了地球物理界對(duì)其的科學(xué)定名，認(rèn)為其新穎性是欠妥的.因?yàn)樗鼈儾痪邆涿鞔_的物理意義和業(yè)內(nèi)外人們共識(shí)易懂的科學(xué)內(nèi)涵.持主動(dòng)源地震者主指，研究者為達(dá)到設(shè)定目標(biāo)所設(shè)計(jì)的爆炸點(diǎn)距、點(diǎn)位和觀測(cè)系統(tǒng)以進(jìn)行所激發(fā)地震波場(chǎng)的有序觀測(cè)，而將天然地震激發(fā)的地震波場(chǎng)稱為“被動(dòng)源地震”，即為人們所無(wú)法控制的地震波場(chǎng)響應(yīng).

第二，要嚴(yán)格內(nèi)涵并準(zhǔn)確定義.應(yīng)當(dāng)指出的是，在人工源地震中，不僅包含為了某一科學(xué)目而設(shè)計(jì)的爆炸點(diǎn)位、點(diǎn)距所控制下的觀測(cè)系統(tǒng)，而且還包括核爆炸、大型工業(yè)爆炸等，而后者則不是地球物理工作者所能設(shè)定的爆炸點(diǎn)與爆炸點(diǎn)間距、點(diǎn)位和觀測(cè)系統(tǒng)，以及何時(shí)爆炸激發(fā)地震波場(chǎng)而是人們必須受制于它，不屬所謂的“被動(dòng)源”.又如彈藥庫(kù)爆炸，由于負(fù)荷過(guò)載而導(dǎo)致廠房、壩基、水庫(kù)崩塌、山體滑坡等激發(fā)的地震波場(chǎng)等均不是地震活動(dòng)與危險(xiǎn)區(qū)產(chǎn)生的地震，而完全是由于施工欠佳、老化、過(guò)載導(dǎo)致的，故不應(yīng)屬于“天然源地震”范疇.所以說(shuō)“主動(dòng)源地震”和“被動(dòng)源地震”缺乏明確的物理內(nèi)涵，更未能包括上述各種事件，故在科學(xué)上是不嚴(yán)格的.

第三，還是稱為“人工源地震”和“天然源地震”為佳.不要再讓那些模糊的概念和不具有科學(xué)意義的各類詞匯傳播而污染地球物理的科學(xué)含義.在翻譯和利用外文名詞或術(shù)語(yǔ)時(shí)不要僅靠字面而直譯，而必須賦以科學(xué)的體量.這也就是說(shuō)科學(xué)名詞和詞匯的表示不能違背科學(xué)內(nèi)涵，更不能形態(tài)意識(shí)化.例如，Nature Green直譯為天然綠色或自然綠色，可是當(dāng)你真正讀懂它的科學(xué)內(nèi)涵后，則將其譯為“原生態(tài)”，這是多么科學(xué)與藝術(shù)，即富有生命力.又如，美國(guó)有一影片《Waterloo Bridge》，直譯乃“滑鐵盧橋”，而我國(guó)電影界在融會(huì)貫通地理解了該影片的藝術(shù)情節(jié)和故事主題后，將其譯為“魂斷藍(lán)橋”，這是多么令人興奮、且具魅力的翻譯??！又如“Moring News”直譯可謂“早間新聞”，可中央臺(tái)將其譯為“朝聞天下”，多么宏偉、開(kāi)放！

(4)不同體系的科學(xué)術(shù)語(yǔ)不可混用

在有些人的文章、報(bào)告中常見(jiàn)地殼、巖石層、軟流圈或地殼、巖石圈、軟流層.看上去似乎沒(méi)有什么毛病，但實(shí)則不可這樣用.因?yàn)槟闳舴Q巖石層，則對(duì)上地幔頂部的低速介質(zhì)只能稱其為軟流層；反之，若將其稱為巖石圈，則上地幔頂部的低速介質(zhì)就只能稱為軟流圈.又如造山帶、克拉通與地臺(tái)、地槽之間不可混用等.

(5)對(duì)創(chuàng)新的正確理解

近年來(lái)一系列的計(jì)劃和規(guī)劃中常見(jiàn)有很多創(chuàng)新和自主創(chuàng)新，也有很多首創(chuàng)和領(lǐng)跑世界等等提法.這充分表明人們對(duì)創(chuàng)新的理念尚未能很好地理解，似乎讓人感覺(jué)到所做的任何工作都是創(chuàng)新，都是該學(xué)科范疇的世界領(lǐng)跑者.例如有人說(shuō)，我們做了多少萬(wàn)千米的地球物理剖面，美國(guó)才幾萬(wàn)千米，而美、英、俄、意合起來(lái)到某年也不如我國(guó)做得多，為此我國(guó)就是領(lǐng)跑世界！我想這個(gè)問(wèn)題可以討論！因?yàn)閯?chuàng)新、領(lǐng)跑是指在學(xué)術(shù)上的首創(chuàng)，論點(diǎn)與論據(jù)的原始發(fā)現(xiàn)與提出并被共識(shí).應(yīng)當(dāng)清晰地認(rèn)識(shí)到：

經(jīng)費(fèi)巨額投入+大體量的工作量=成果或大成果

但≠創(chuàng)新

更≠自主創(chuàng)新

經(jīng)費(fèi)巨額投入+大體量的工作量=成果或大成果

但≠世界領(lǐng)跑者

更≠世界領(lǐng)先

創(chuàng)新、自主創(chuàng)新、世界領(lǐng)先、世界領(lǐng)跑者在科學(xué)發(fā)展的長(zhǎng)河中是具有特殊與深遠(yuǎn)意義的.概括起來(lái)，它們主要是指新穎的思維、獨(dú)特的超前思維，且確具前瞻性和導(dǎo)向性；前所未有的創(chuàng)造、發(fā)明，且其科學(xué)真諦具有學(xué)術(shù)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用潛力與前景，其論點(diǎn)與論據(jù)組構(gòu)了某科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的軌跡，且具成效與被共識(shí).所以說(shuō)，創(chuàng)新、自主創(chuàng)新、世界領(lǐng)先、世界領(lǐng)跑者絕不是前人同類研究的N次重復(fù)、邊角補(bǔ)充或填充了某地域性的數(shù)據(jù)，更不是工作體量的多少，而是創(chuàng)造性思維促進(jìn)、引領(lǐng)了某科學(xué)領(lǐng)域核心科學(xué)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、生長(zhǎng)和再造.

(6)如何正確理解科研經(jīng)費(fèi)投入與創(chuàng)新

上一段主要闡明了對(duì)創(chuàng)新的正確理解，那么必定會(huì)有人問(wèn)，按你這樣說(shuō)創(chuàng)新、自主創(chuàng)新、世界領(lǐng)跑者、世界領(lǐng)先就不需要科研經(jīng)費(fèi)投入和進(jìn)行大體量的科研工作了？這是一種極端的說(shuō)法或誤解，亦即“抬杠”.因?yàn)槿魏慰蒲泄ぷ鞯拈_(kāi)展、進(jìn)程、創(chuàng)造無(wú)一不需要經(jīng)費(fèi)，經(jīng)費(fèi)少了亦難辦事，而確不是很少的經(jīng)費(fèi)所可及.問(wèn)題是在進(jìn)行某項(xiàng)科學(xué)研究時(shí)，該項(xiàng)研究的核心科學(xué)問(wèn)題是什么，內(nèi)涵是什么，切入點(diǎn)在哪里，途徑又是什么？創(chuàng)新、自主創(chuàng)新可能隱含在大量的工作或數(shù)據(jù)之中，但絕對(duì)不是以工作體量為準(zhǔn)繩, 而是新的科學(xué)思想和超前思維.

3 如何才能使地球物理學(xué)研究的精度加速提升呢？

這是一個(gè)十分復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題，也是一個(gè)涉及面甚廣的系統(tǒng)工程.因?yàn)樗P(guān)系到本學(xué)科與相鄰學(xué)科的發(fā)展、學(xué)科交叉、當(dāng)代高新科技成果的融入.關(guān)系到該學(xué)科領(lǐng)域的人才匹配，如將才、帥才和“領(lǐng)軍人物”的涌現(xiàn)，特別是該學(xué)科領(lǐng)域?qū)ｉT人才的智慧、力量和對(duì)他們的信任與重視.

3.1 首先必須厘定地球物理學(xué)在地球科學(xué)發(fā)展中的使命

中國(guó)科學(xué)院地球物理所第一任所長(zhǎng)趙九章院士曾將科學(xué)與藝術(shù)相并提，并借用了白居易《長(zhǎng)恨歌》中的兩句詞“上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見(jiàn)”來(lái)定義地球物理學(xué).這表明，地球物理學(xué)是研究地下不為人肉眼所能看見(jiàn)的物質(zhì)與事件及其運(yùn)動(dòng)的行為與軌跡，其所研究的內(nèi)容均為未知的，且必須越過(guò)地平線去“撫摸”地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)與動(dòng)態(tài)“脈搏”.

(1)地表現(xiàn)象乃是地下深部物質(zhì)與能量交換并傳至地表的派生現(xiàn)象.這就是說(shuō)對(duì)地表派生現(xiàn)象的分析、研究可以對(duì)地下深處物質(zhì)重新分異、調(diào)整，物質(zhì)與能量交換以及所發(fā)生事件的深層過(guò)程與動(dòng)力響應(yīng)給予推斷，但卻不能證實(shí)其為必然的因果關(guān)系.為此，以地表地質(zhì)模型為準(zhǔn)則，去分析和解譯地球物理異常場(chǎng)、圖像及其邊界場(chǎng)效應(yīng)是不可全識(shí)的.如果這樣，則當(dāng)必會(huì)導(dǎo)致不完全正確或不正確的解譯.

(2)地球物理學(xué)家必須首先把握地球物理學(xué)在地球科學(xué)發(fā)展中要理解和厘定的科學(xué)問(wèn)題，因?yàn)榈厍蛭锢韺W(xué)所研究的對(duì)象是看不見(jiàn)的，而是必須通過(guò)在地表進(jìn)行觀測(cè)和探測(cè)、采集海量的數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)處理和反演來(lái)認(rèn)知地下深處物質(zhì)的物理屬性和空間異常結(jié)構(gòu)及形態(tài).這樣就必須以實(shí)際觀測(cè)和探測(cè)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并基于反演求得介質(zhì)物理屬性和空間異常結(jié)構(gòu)給出地球物理的理解，建立地球物理運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的模型，厘定地球物理科學(xué)問(wèn)題的核心所在，理解科學(xué)問(wèn)題及其論點(diǎn)和論據(jù).

在這樣的基點(diǎn)上再去結(jié)合地質(zhì)與構(gòu)造(包括地球化學(xué))，并在集成與綜合的基點(diǎn)上給出逼近的認(rèn)識(shí)與解答以構(gòu)筑共識(shí)的模型，而絕不是利用高精度觀測(cè)、探測(cè)采集的高分辨率數(shù)據(jù)和地球物理精細(xì)結(jié)構(gòu)的刻畫及模型量化去符合僅依地表派生現(xiàn)象推斷與設(shè)定的結(jié)論.如果地球物理人就要這樣做，并去講同樣的地質(zhì)“故事”，那么在地球科學(xué)領(lǐng)域里也就不需要地球物理學(xué)了，高精度的地球物理學(xué)也就永遠(yuǎn)消失了！

為了整個(gè)地球科學(xué)的半量化與量化，高精度的地球物理學(xué)必須逐步快速實(shí)現(xiàn).這便要求：① 高靈敏度、大深度、大動(dòng)態(tài)、且穩(wěn)定性狀態(tài)佳的，特別是智能化的新型地球物理儀器的自主研發(fā)；② 密集觀測(cè)與探測(cè)、高分辨率數(shù)據(jù)采集和可靠信息數(shù)據(jù)體的形成；③ 提出與創(chuàng)建新的反演方法和解譯系統(tǒng)，驅(qū)使反演結(jié)果更為逼近于真實(shí)；④ 反演、建模、解譯不同物理量的集成與綜合分析；⑤ 理論扎實(shí)和經(jīng)驗(yàn)豐富的觀測(cè)者、數(shù)據(jù)采集者，理論與方法的研究者、反演結(jié)果與地球物理內(nèi)涵識(shí)別者和它們的集成，對(duì)其深層動(dòng)力過(guò)程的正確理解者，才能獲得逼近的正確解答.

3.2 地球物理學(xué)中各分支學(xué)科的互檢是取得正確理解不可缺少的環(huán)節(jié)

地球物理學(xué)的研究是在強(qiáng)干擾背景下提取微弱的有用信息.為此，在當(dāng)剔除干擾和多元影響基點(diǎn)上，建立高分辨率有效信息的數(shù)據(jù)庫(kù)是十分重要的.

(1)準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)不同巖石、礦物的物理屬性和反演模型的建立，對(duì)于地球內(nèi)部而言，介質(zhì)物理屬性和結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的地域性.所以在構(gòu)筑反演初始模型時(shí)必須給出科學(xué)與合理的邊界條件，而不是他人已有模型和參數(shù)的再版；在數(shù)學(xué)模擬中則必須在多要素約束下方可起到應(yīng)有的效應(yīng)

(2)對(duì)一個(gè)現(xiàn)象或某一異常的認(rèn)知及確定，要通過(guò)多元的正、反演計(jì)算，迭代與復(fù)合以給出逼近的認(rèn)識(shí)，所以給出高精度的物理參量十分重要.例如，在石油地震勘探中，若給不出精細(xì)的速度譜，則在歸位時(shí)就會(huì)遇到困難，而在成像后則包含了一定的錯(cuò)誤，而且難以從已得圖像中剔除.為此，高精度的疊加速度和偏移速度乃是取決于能否給出一張精細(xì)疊加或偏移地震記錄圖的關(guān)鍵所在，而不是給出幾個(gè)速度值或成像后地震雙程走時(shí)圖的“相面”來(lái)確定.

(3)在前述基礎(chǔ)上還應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)和物理模擬檢驗(yàn).在一個(gè)斷裂縱橫、巖相多元、構(gòu)造極為復(fù)雜地區(qū)記錄的一張雙程地震圖上，它包括了反射波、折射波、繞(衍)射波、側(cè)面波、轉(zhuǎn)換波、多次波等等，且有的震相極為模糊(特別是殼、幔結(jié)構(gòu)研究中只見(jiàn)不連續(xù)的“影子”).在這種情況下若不進(jìn)行剔噪和嚴(yán)格校正，若依模糊“影子”加地表地質(zhì)構(gòu)造而主觀地畫“彩色”線條，在結(jié)果中卻給出深大斷裂、裂谷、俯沖、斷離、巖漿房、地幔柱……，當(dāng)必會(huì)包含了極大的不確定性、乃至錯(cuò)誤，這是非常危險(xiǎn)的.人們又不能到處用高昂經(jīng)費(fèi)去打深鉆井和超深鉆井來(lái)證實(shí)，所以要求地球物理學(xué)各分支學(xué)科的精度提升是十分重要的，是促進(jìn)該學(xué)科發(fā)展、對(duì)地球科學(xué)中問(wèn)題的理解與不斷提高其認(rèn)識(shí)度，即向半量化和量化逼近的關(guān)鍵所在.

3.3 地球物理學(xué)中各觀測(cè)方法與精度

當(dāng)今，在地球物理學(xué)方法中，高精度亦用的很濫，如高精度密度結(jié)構(gòu)、高精度磁場(chǎng)觀測(cè)、高精度電性結(jié)構(gòu)、高精度層析成像、高精度速度結(jié)構(gòu)、最高精度的地震反射等等.有時(shí)還聽(tīng)到與見(jiàn)到什么：精準(zhǔn)地質(zhì)構(gòu)造、精準(zhǔn)地球物理或精準(zhǔn)地震反射等，應(yīng)當(dāng)說(shuō)這是我們地球科學(xué)界必須努力奮斗的方向，但當(dāng)今尚遠(yuǎn)不及精準(zhǔn)，因?yàn)槿藗儽仨毲逦乩斫夂沃^高精度，又何謂精準(zhǔn)？在論及高精度時(shí)，當(dāng)必有哪些約束？顯然天然源地震波場(chǎng)、電磁感應(yīng)波場(chǎng)等很難說(shuō)是高精度和精確，前者不知源函數(shù)只知接收函數(shù)，并只用了臺(tái)站下方向上的上行波，而未能利用下行波等，且其時(shí)間采樣間隔是以數(shù)十毫秒；后者解的不唯一性極強(qiáng)，亦難以給出兩位數(shù)的電阻率和邊界、特別是下邊界.這里尚未涉及到觀測(cè)臺(tái)站的間距和觀測(cè)環(huán)境及干擾程度，故目前尚說(shuō)不上是高精度，因?yàn)椴⒎欠驳厍蛭锢碛^測(cè)與反演結(jié)果都可以冠以“高精度”或“精準(zhǔn)”.

(1)精度要求的觀測(cè)框架

在一般情況下，若人工源地震反射/折射深部探測(cè)接收點(diǎn)間距大于3 km，爆炸點(diǎn)間距大于100 km，缺乏完整觀測(cè)系統(tǒng)；重力場(chǎng)(特別在地形復(fù)雜地區(qū))，磁力場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)間距大于2 km；大地電磁測(cè)深觀測(cè)點(diǎn)間距大于5 km；天然地震寬頻帶儀器觀測(cè)臺(tái)站間距大于10～15 km；地震反射若無(wú)測(cè)井或VSP資料，無(wú)可靠速度數(shù)據(jù)，亦未嚴(yán)格進(jìn)行靜校正等，則均不屬高精度范疇，即均不應(yīng)冠以高精度、更并非精準(zhǔn).

(2)高精度地震反射深部探測(cè)

近垂直地震反射波場(chǎng)記錄清晰、能量足夠強(qiáng)，可清晰識(shí)別震相，雙程記錄圖上所呈現(xiàn)的波類型(P波、Ps波、繞射波、側(cè)面波、多次波、多元波)得到分離與識(shí)別，剔除了噪聲和干擾背景.通過(guò)波動(dòng)方程進(jìn)行了嚴(yán)格、連續(xù)的靜校正，雙程記錄圖上顯見(jiàn)清晰的反射界面段和明確、可靠分層(不是模糊的跡象或似是而非的依靠人為畫線條，而必須是清晰共識(shí)的映像)，且雙程走時(shí)圖上呈現(xiàn)多處向上突出的多元弧形疊置已不復(fù)存在.在歸位、成像過(guò)程中具有精細(xì)的速度譜和偏移及疊加速度值，最好能有深井VSP觀測(cè)匹配.

(3)高精度地震反射/折射深部探測(cè)

全波形地震記錄清晰、能量強(qiáng)，清晰識(shí)別震相及波列.加強(qiáng)相遇和多重相遇、追逐和多重追逐觀測(cè)系統(tǒng)約束下，各震相波場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)上均可有效互換性.各震相追蹤長(zhǎng)度應(yīng)大于兩爆炸點(diǎn)間距離，在復(fù)雜地表地區(qū)必須嚴(yán)格進(jìn)行連續(xù)的近地表上覆低速層和高度校正，并求取多層介質(zhì)的高精度層速度、界面速度和平均速度，反演刻畫介質(zhì)精細(xì)速度變異和層、塊結(jié)構(gòu).確定殼、幔介質(zhì)中異常體(不同產(chǎn)狀斷層、破碎帶、低速區(qū)、高速區(qū)和起伏變化)，特別是低速層(體)的發(fā)現(xiàn)與厘定、延伸與尖滅，要有必需的物性數(shù)據(jù).多波利用與波場(chǎng)分離及震相識(shí)別具有極為重要的作用，在整體介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)厘定中，時(shí)間采樣間隔要達(dá)到10～15 ms，速度誤差應(yīng)小于0.05 km·s-1，界面深度與起伏誤差應(yīng)小于或等于1～2 km.

(4)高精度重力場(chǎng)觀測(cè)

在重力場(chǎng)觀測(cè)地區(qū)(帶)應(yīng)首先從國(guó)家測(cè)繪局或總參測(cè)繪局取得標(biāo)準(zhǔn)的重力基點(diǎn)數(shù)據(jù)，在野外通過(guò)快速鏈接建立起具有一定密度的重力基點(diǎn)網(wǎng).重力儀必須經(jīng)室內(nèi)和野外調(diào)適、檢查(特別是漂移、掉格)，在正常狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)要進(jìn)行高精度GPS定點(diǎn)測(cè)量(五顆衛(wèi)星以上).野外采集的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行多項(xiàng)完整的校正，特別是精細(xì)的地形改正(包括近區(qū)與遠(yuǎn)區(qū))，獲取布格異常數(shù)據(jù)庫(kù)，在反演所得密度結(jié)構(gòu)中密度誤差應(yīng)小于或等于0.05 g·cm-3，各層界面起伏與深度誤差不應(yīng)大于2 km，測(cè)點(diǎn)距應(yīng)小于或等于1 km.重力場(chǎng)能較經(jīng)濟(jì)地提出區(qū)域重力異常分布和變化，這是地震波場(chǎng)所不能及的.

(5)高精度大地電磁測(cè)深觀測(cè)

中長(zhǎng)周期觀測(cè)點(diǎn)距應(yīng)小于或等于5 km，觀測(cè)時(shí)間應(yīng)為2日/點(diǎn)，長(zhǎng)周期與超長(zhǎng)周期觀測(cè)點(diǎn)距應(yīng)小于或等于10 km，觀測(cè)時(shí)間應(yīng)大于或等于5日/點(diǎn)，二維電阻率分布圖上應(yīng)呈現(xiàn)出清晰的高阻、低阻與過(guò)渡區(qū)及界帶的電阻率值.要具有一定量巖石樣本的電性測(cè)量數(shù)據(jù)，電阻率誤差應(yīng)小于或等于10 Ωm，電性結(jié)構(gòu)區(qū)(帶)范圍差異不應(yīng)大于或等于異常區(qū)(帶)的10 %，解的非唯一性應(yīng)降低到最低(但仍會(huì)存在).對(duì)Moho界面起伏與深度厘定的邊界的誤差應(yīng)小于或等于5 km，上地幔和軟流圈的深度及起伏誤差應(yīng)小于或等于10 km.

(6)高精度磁場(chǎng)觀測(cè)

首先與周邊地域固定地磁臺(tái)站密切結(jié)合，在區(qū)域磁場(chǎng)背景下設(shè)立流動(dòng)磁日變站.經(jīng)調(diào)試、檢驗(yàn)正常后的儀器進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)收集和采集巖石樣本測(cè)量磁化強(qiáng)度(磁化率)，以取得觀測(cè)區(qū)不同地區(qū)的巖石磁性數(shù)據(jù).在觀測(cè)過(guò)程中同步進(jìn)行高精度GPS測(cè)量(五顆以上衛(wèi)星)，在野外采集的數(shù)據(jù)必須經(jīng)嚴(yán)格的各項(xiàng)校正.在反演過(guò)程中要求每一測(cè)點(diǎn)誤差應(yīng)小于0.2 nT，對(duì)結(jié)晶基底埋深和起伏深度誤差不應(yīng)大于或等于2 km，測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)小于或等于1 km.

(7)高精度天然地震觀測(cè)

在天然地震(遠(yuǎn)震和近震)觀測(cè)中要記錄到來(lái)自各方向的、震級(jí)各異的地震體波和面波，在觀測(cè)前期，踏勘、觀測(cè)點(diǎn)位選定比其他方法重要.因?yàn)槊恳惶烊坏卣鹋_(tái)站均需建立臨時(shí)臺(tái)基或“臺(tái)房”，儀器要安置在深約1～2 m的基巖面上(嚴(yán)格防潮、防水)且干擾背景最小，電源方便及人員活動(dòng)少的偏僻地方.臺(tái)站一一安置后需進(jìn)行調(diào)試記錄，以保證儀器的正常運(yùn)行.每隔1～2個(gè)月要進(jìn)行臺(tái)站工作與記錄的檢查.為保證連續(xù)地記錄到所需地震事件，臺(tái)站位置可視記錄情況進(jìn)行調(diào)整，臺(tái)站間的間隔為5～10 km，每一期觀測(cè)需要1.5～2年(視地震事件情況)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間反演成像速度結(jié)構(gòu)的速度誤差，對(duì)殼-幔邊界(Moho)應(yīng)小于或等于0.1 km·s-1，分層界面埋深誤差不應(yīng)大于或等于5 km，對(duì)上地幔軟流圈、410 km和670 km間斷面速度誤差應(yīng)小于或等于0.2 km·s-1，深度誤差不應(yīng)大于或等于10 km.

3.4 如何厘定高精度的地球物理觀測(cè)與探測(cè)結(jié)果

應(yīng)當(dāng)充分理解的是，高精度地球物理觀測(cè)是具有約束條件的，而不僅僅是加密了觀測(cè)點(diǎn)就是“高精度”，當(dāng)然它是非常重要的因素.因?yàn)榫冗€必然是受到方法本身本征特征的制約，數(shù)據(jù)采集的精度以及反演方法的限定.上述3.3節(jié)所論乃僅指不同地球物理方法本身在觀測(cè)時(shí)的高精度，卻不等于其所得結(jié)果均為高精度.

(1)人工源地震反射、寬角反射/折射的觀測(cè)和反演結(jié)果相對(duì)于其他地球物理方法而言，可稱其為高精度.在人工源深部地震探測(cè)中，地震反射與寬角反射/折射各具優(yōu)缺點(diǎn)，但卻又各具特色.

① 近垂直反射波法

a. 不足之處，難以進(jìn)行波列識(shí)別與對(duì)比，不能求得精細(xì)速度值，速度譜會(huì)有較大偏差，故影響歸位和成像，特別是在復(fù)雜起伏地表和深部結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜的條件下，靜校正難以準(zhǔn)確，圖像中包含了一定量且不易剔除的干擾或錯(cuò)誤，亦難以發(fā)現(xiàn)低速層.對(duì)下地殼，殼幔邊界厘定的分辨率尚應(yīng)推敲！

b. 優(yōu)越之處，由于觀測(cè)點(diǎn)距小(10～20 m)、激發(fā)次數(shù)多，所得波場(chǎng)清晰，可給出斷續(xù)的界面展布與異常構(gòu)造事件.

② 寬角反射/折射波法

a. 不足之處，觀測(cè)點(diǎn)距相對(duì)近垂直反射要大5～10倍，由于地殼內(nèi)部和上地幔頂部均為寬角反射，另還有基底弱回折波和殼、幔邊界折射波，動(dòng)態(tài)范圍偏于低頻，故對(duì)巖相和淺層小幅度斷裂的分辨率不及油氣勘探中近垂直反射波法.這在石油地震勘探中最為凸顯.

b. 優(yōu)越之處，由于可進(jìn)行波列和波形識(shí)別、追蹤同相軸，且十分關(guān)鍵的是可以通過(guò)多重相遇和多重追逐觀測(cè)系統(tǒng)，利用其共反射點(diǎn)的波場(chǎng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征檢驗(yàn)與核定各震相.計(jì)算求得各層介質(zhì)層速度、界面速度和平均速度、即給出分層的速度結(jié)構(gòu).成像后可精細(xì)厘定低速層，分辨P波、S波Ps波和來(lái)自斷層棱邊的繞(衍)射波及斷層面上的側(cè)面波.

(2)人工源深部地震探測(cè)為高精度

① 近垂直反射與寬角反射/折射的互補(bǔ)

基于上述方法對(duì)殼、幔精細(xì)結(jié)構(gòu)與介質(zhì)屬性兩者各具特色，且各自不可替代，如在復(fù)雜殼、幔介質(zhì)與構(gòu)造地域，有時(shí)較高頻的近垂直反射甚至得不到可識(shí)別的波場(chǎng)與震相，在深處又受到分辨率的限定而較低頻的寬角反射/折射卻可獲得清晰可靠的記錄與波列.如在印度板塊與歐亞板塊的碰撞-擠壓過(guò)渡帶地區(qū)，又如近垂直反射取得的弱反射區(qū)(帶)，寬角反射/折射確可發(fā)現(xiàn)走時(shí)滯后與地震波能量的減弱和主頻的降低.當(dāng)然，連續(xù)幾個(gè)震相與走時(shí)均呈現(xiàn)出一致變化時(shí)則可彌補(bǔ)寬角反射/折射的不足.

顯然，二者的結(jié)合必將會(huì)取得更為精細(xì)的結(jié)果，而其代價(jià)則為加大投入.

② 兩者共同特點(diǎn)

近垂直反射與寬角反射/折射等方法零時(shí)的計(jì)時(shí)誤差為5～10 ms，觀測(cè)點(diǎn)距小、深度反演精度高(1 km)，特別是寬角反射/折射充分利用了多重相遇和多重追逐完整的觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)互換原理準(zhǔn)確厘定各震相，且可精細(xì)刻畫殼、幔介質(zhì)的各速度分層界面，它們是所有地球物理觀測(cè)、處理和反演計(jì)算中能求得更精細(xì)介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)的最佳方法.地震反射波法和地震寬角反射/折射方法所得結(jié)果屬高精度.在雙程走時(shí)圖上所含界面(中、淺層)的不連續(xù)細(xì)節(jié)上，前者優(yōu)于后者.

(3)其他地球物理觀測(cè)與探測(cè)方法所得結(jié)果均不屬高精度

① 在天然地震的觀測(cè)中，不論是地震面波頻散、層析成像、接收函數(shù)、背景噪聲的利用均為利用天然源，而天然源的記錄與反演僅知接收函數(shù)而不知源函數(shù)，且僅利用了由高速介質(zhì)到低速介質(zhì)的上行波，即單程走時(shí)(人工源地震為利用下行波、亦利用上行波的雙程走時(shí))，它只能得到每一臺(tái)站點(diǎn)下方的結(jié)構(gòu)，又缺失完整的觀測(cè)系統(tǒng).它難以求得較準(zhǔn)確的速度值，時(shí)間采樣間隔為0.02～0.05 s，且提取的地震震相中包含可靠、比較可靠的以及不太可靠和少數(shù)錯(cuò)誤的信息，在反演成像后其不太可靠及錯(cuò)誤的信息是難以從圖像中剔除的.另外求得的地殼、上地幔結(jié)構(gòu)精度亦較差(5～10 km)、又難確定異常邊界.因?yàn)樘烊坏卣鸱囱輰?duì)Moho界面和巖石圈底界面較敏感，故遠(yuǎn)不及人工源地震反演求得的沉積建造、結(jié)晶基底、上下地殼、地幔蓋層及上地幔軟流圈中速度分布與結(jié)構(gòu)的精度高.

天然地震研究殼、幔介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)優(yōu)于人工源地震的地方在于其較經(jīng)濟(jì).若能同時(shí)鋪設(shè)幾百臺(tái)流動(dòng)地震儀觀測(cè)臺(tái)則可得到某面積區(qū)的結(jié)構(gòu)，而人工源地震要取得面積分布的殼、幔結(jié)構(gòu)則要更大的投入，但確可提升精度.為此，天然地震對(duì)結(jié)構(gòu)，可快速大面積地進(jìn)行地球內(nèi)部的研究，與人工源地震相比卻不屬高精度.

若要提升精度，向高精度邁進(jìn)則需最大限度地加密點(diǎn)距，接收臺(tái)網(wǎng)要接收來(lái)自相互交叉震源，即近似相遇觀測(cè)系統(tǒng)、追逐震源(即近似追逐觀測(cè)系統(tǒng))的信息.提高震相識(shí)別(不僅依靠走時(shí)，而且要依靠頻譜、能量和極性)的能力，創(chuàng)新求取速度方法和反演方法以及多要素約束下的初始模型提取等.同時(shí)還要延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，約觀測(cè)2年以上記錄更多的地震事件，并進(jìn)行事件的嚴(yán)格篩選，才能在某種程度上提升一點(diǎn)精度，依然是較宏觀的結(jié)果，因?yàn)檫@受限于方法本身的弱點(diǎn).

顯然，那種認(rèn)為背景噪聲所得結(jié)果要比天然地震面波頻散、層析成像、接收函數(shù)，乃至比人工源地震所得結(jié)果的精度還要高的理解，不論在理論上、方法本身、反演過(guò)程、結(jié)構(gòu)刻畫、分析與解釋均是難以為人們接受的，但它畢竟是一種研究殼、幔宏觀結(jié)構(gòu)的方法，應(yīng)予以應(yīng)用和發(fā)展.

② 重力觀測(cè)與反演結(jié)果

當(dāng)今的關(guān)鍵問(wèn)題是，重力密度反演的初始模型是建立在對(duì)各層介質(zhì)的密度給定(依文獻(xiàn)或書籍)，或按線性關(guān)系與地震波速度的相關(guān)性擬定，即并非地殼、上地幔各層介質(zhì)所采集的樣本經(jīng)溫、壓條件下的密度測(cè)定或逼近的密度值.反演中是依靠人工源地震所得殼、幔介質(zhì)分層、分區(qū)、分塊對(duì)密度的調(diào)整、擬合以趨于與實(shí)測(cè)布格重力異常曲線的符合，所以它尚達(dá)不到人工源地震的高精度.

若要提升精度則需建立帶有地表起伏的密度結(jié)構(gòu)反演方程，在地面與井中采集足夠數(shù)量的樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室溫、壓條件下的密度測(cè)量，并將其結(jié)果數(shù)據(jù)用于重力密度反演.同時(shí)，要加密點(diǎn)距，且對(duì)每一個(gè)重力觀測(cè)點(diǎn)均需嚴(yán)格建立在6～10 m2范圍內(nèi)的平整觀測(cè)平臺(tái)，以達(dá)在一定程度上避免邊界響應(yīng)，以提升結(jié)果的精度.

③ 地磁觀測(cè)與反演結(jié)果.地磁場(chǎng)觀測(cè)對(duì)磁性環(huán)境要求較高，因?yàn)殍F磁效應(yīng)到處存在.日變校正不可能對(duì)每一測(cè)量點(diǎn)的環(huán)境均給予全方位校正.由于十分缺失結(jié)晶基底以上整個(gè)沉積建造巖石的磁化率數(shù)據(jù)，而反演中是利用通用值或類似巖石與礦物的鄰區(qū)參數(shù)，反演結(jié)果中包含了固有的差異，故難以取得高精度的結(jié)果.

若要提升精度，需通過(guò)一定數(shù)量樣本采集與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，給出較充分的磁化率數(shù)據(jù)，并進(jìn)行磁性結(jié)構(gòu)反演.在觀測(cè)中僅靠原點(diǎn)觀測(cè)是不夠的，需在一個(gè)小面積，即20～30 m2范圍內(nèi)進(jìn)行十字交叉觀測(cè)，以其均值作為該點(diǎn)的磁異常nT值，同時(shí)要?jiǎng)?chuàng)新與量化地磁反演方法，以達(dá)在一定程度上提升結(jié)果的精度.

④ 大地電磁測(cè)深與反演結(jié)果

大地電磁測(cè)深的電阻率異常受到多元要素的制約，特別是在人員密集的工礦與作業(yè)地域更為嚴(yán)重，較其他地球物理方法相比其解的不唯一性較強(qiáng)，它與天然地震一樣，即給不出清晰的巖相和結(jié)構(gòu)劃分的明顯界線，往往是一個(gè)模糊的過(guò)渡帶，特別是深層過(guò)程往往與人工源地震反演結(jié)果差別較大.但由于其經(jīng)濟(jì)性，又可通過(guò)不同周期的適時(shí)觀測(cè)取得地殼、地幔電性結(jié)構(gòu)的輪廓，其精度當(dāng)然不及人工源地震測(cè)深，但它確是研究殼、幔電性結(jié)構(gòu)的好方法.

若要提升其精度，重要的是如何取得不被干擾的電阻率數(shù)據(jù)，延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間取得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)必須不斷改進(jìn)和創(chuàng)建新量化的反演方法.同時(shí)要有足夠巖石的電性樣本的電阻率參數(shù)測(cè)定，并參與反演以提高成像精度，最大限度地減少解不唯一性.

由以上討論可見(jiàn)，相對(duì)而言當(dāng)今除人工源地震探測(cè)可稱為高精度外，其他方法目前尚難以達(dá)到目標(biāo).為此，各方法如重力場(chǎng)、磁力場(chǎng)、電磁波感應(yīng)場(chǎng)、天然地震波場(chǎng)均需在先驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)儀器設(shè)備、觀測(cè)系統(tǒng)、校正方法、反演方法、圖像識(shí)別、干擾剔除與理論等諸多方面進(jìn)行有效的改進(jìn)和創(chuàng)新，在逐步提升精度的基點(diǎn)上向高精度逼近.這是地球物理學(xué)，亦是整個(gè)地球科學(xué)不斷精細(xì)、并逐向精準(zhǔn)邁進(jìn)的基本軌跡.

(4)多元集成與綜合逼近

這是各種精度地球物理觀測(cè)、探測(cè)、數(shù)據(jù)采集、精細(xì)結(jié)構(gòu)刻畫基點(diǎn)上的一項(xiàng)綜合分析與研究的過(guò)程.

①重、磁、電、熱地球物理邊界場(chǎng)響應(yīng)的繼承與逼近;

②密度、電性、波場(chǎng)速度結(jié)構(gòu)的集成與逼近;

③運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)標(biāo)志的厘定和建模;

④在多元集成和逼近基礎(chǔ)上厘定對(duì)所研究科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)知和新概念的提出.

3.5 厘定在多要素約束下的數(shù)學(xué)-物理模擬

在高精度地球物理探測(cè)與觀測(cè)研究進(jìn)程中，正演和反演均具有重要作用，而如何建立起多要素約束下的數(shù)學(xué)-物理模擬的邊界條件和提取初始模型乃十分關(guān)鍵.

(1)簡(jiǎn)化與理想的數(shù)學(xué)-物理模擬.在進(jìn)行數(shù)學(xué)或物理模擬中往往要簡(jiǎn)化模型，給定物理參數(shù)和邊界，因?yàn)樗幸嬗诤鸵子跀?shù)學(xué)運(yùn)算和物理模型材料的選擇及建造.這樣的結(jié)果當(dāng)具有概念性、泛性與宏觀理解，對(duì)一些問(wèn)題的概念認(rèn)識(shí)是有益的，但難以對(duì)實(shí)際科學(xué)事件給予科學(xué)的逼近解答.

(2)多要素約束下的數(shù)學(xué)-物理模擬.如何在多要素約束下給出合理的邊界條件，即必要條件和充分條件(包括幾何與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相似的條件)，提取合理的、有針對(duì)性的初始模型十分關(guān)鍵.因?yàn)橛?jì)算或模擬結(jié)果對(duì)實(shí)踐中所獲數(shù)據(jù)的反演結(jié)果的解譯匹配、深化理解和指導(dǎo)有著不可或缺的效能.

顯然，高精度地球物理學(xué)必須從理念和定義出發(fā)，基于實(shí)際觀測(cè)或探測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、反演計(jì)算、厘定物理屬性與精細(xì)結(jié)構(gòu)刻畫和多要素約束下地?cái)?shù)學(xué)-物理模擬程序，它們之間的耦合乃是促進(jìn)地球物理學(xué)發(fā)展和不斷提升精度的必須！

4 科學(xué)的選擇和利用人才是地球物理學(xué)向高精度前進(jìn)的核心

這是一個(gè)極為普遍的理解和認(rèn)知，沒(méi)有高端的科技人才任何好的設(shè)想均難以實(shí)現(xiàn).為此，選拔人才和人才的高智、科學(xué)與合理利用乃是驅(qū)使地球物理學(xué)不斷向精細(xì)化逼近的內(nèi)核.

4.1 地球深部資源、能源、災(zāi)害和深化認(rèn)識(shí)地球本體是地球物理學(xué)的本能與天職

在地表所見(jiàn)各類現(xiàn)象，如成巖、成山、成盆、成礦、成災(zāi)，乃深部物質(zhì)在力系作用下重新分異、調(diào)整與運(yùn)移，即深部物質(zhì)與能量強(qiáng)烈交換的產(chǎn)物，故僅依地表派生現(xiàn)象的假設(shè)或推斷及定性描述是不能理解或不能較完善地理解其緣由的.鉆井深度是有限的，僅觸及地球的“皮毛”.為此，只有地球物理學(xué)通過(guò)一系列高精度觀測(cè)與反演才能越過(guò)地平線，去“撫摸”地球內(nèi)部物質(zhì)的動(dòng)態(tài)“脈搏”.這是因?yàn)?滕吉文, 2003a,b,2004b; 滕吉文等，2004a； 滕吉文等, 2009a,b, 2016a,b,c)：

(1)地球內(nèi)部物質(zhì)與能量的交換.這種深層過(guò)程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)不是在地球內(nèi)部處處皆存，而是在力系作用下由于介質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的不均勻性、各向異性及變化的非線性性而導(dǎo)致僅在局部的特異的地帶孕育、發(fā)生和發(fā)展.為此，必須研究資源、能源、災(zāi)害孕育、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)屬性、構(gòu)造環(huán)境及其深層動(dòng)力過(guò)程，它是一個(gè)物理-化學(xué)過(guò)程.

(2)力系作用.實(shí)際上通常人們所講的動(dòng)力學(xué)乃是力系作用的一種響應(yīng)，而必須深入到核-幔邊界，即研究與探索其物質(zhì)組構(gòu)和力源作用體系(滕吉文等, 2016a,b,c).

4.2 在地球深部研究中地球物理學(xué)家應(yīng)起到中堅(jiān)作用

當(dāng)今，“上天、下海、入地”乃是人類向宇宙挑戰(zhàn)的三大壯舉(張文佑, 80年代前后提出)，第二深度空間金屬礦產(chǎn)資源(500～2000 m)和油、氣能源(>5000～10000 m)(滕吉文, 2006a,b,c, 2007a,b)的創(chuàng)見(jiàn)均已寫入國(guó)家深地規(guī)劃的各種計(jì)劃與申請(qǐng)，目標(biāo)及技術(shù)路線之中！實(shí)際上人們尚未能較準(zhǔn)確地理解第二深度空間的內(nèi)涵與定義，因?yàn)榈诙疃瓤臻g的金屬礦產(chǎn)資源命題的核心是，要求地球物理的探測(cè)深度上達(dá)到5 km，在3 km深度范圍內(nèi)要求所得信息達(dá)到高分辨率，以保證在第二深度空間(500～2000 m)探查與發(fā)現(xiàn)大型、超大型礦床和多金屬礦集區(qū)和油氣區(qū).也有人將六、七十年代找礦勘探的一種口號(hào)，即無(wú)量綱的“攻深找育”(這是基于當(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)、技術(shù)水平，我國(guó)的找礦規(guī)范為0～500 m的基點(diǎn)上提出的“口號(hào)”)，來(lái)回避全新的、量化的且具科學(xué)依據(jù)的第二深度空間的量化新理念.

當(dāng)今花巨資，即數(shù)百億人民幣來(lái)探測(cè)和研究殼、幔內(nèi)部結(jié)構(gòu)與深層動(dòng)力過(guò)程，要向第二深度空間探查金屬礦產(chǎn)資源和油、氣能源及近地表地下空間應(yīng)用，這是擺在人們面前的一個(gè)極為重要的深部地球物理研究的復(fù)雜的巨型系統(tǒng)工程.

依據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略需求和創(chuàng)新方針，這是一個(gè)亟待破解的難題，為此：

(1)應(yīng)集我國(guó)多年來(lái)從事地球物理深部探測(cè)與對(duì)其屬性、結(jié)構(gòu)、資源與能源，強(qiáng)烈地震深層過(guò)程且有雄厚積累的真正一二線的地球物理專家的智慧和能力，如中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)地震局、自然資源部和各有關(guān)大專院、校這一領(lǐng)域的專家與學(xué)者.

(2)必須對(duì)國(guó)家計(jì)劃的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行名副其實(shí)的真正論證(講優(yōu)點(diǎn)、也講不足、還應(yīng)講改進(jìn)等)、答辯，制定出科學(xué)的規(guī)劃，確立研究與探索的核心科學(xué)內(nèi)涵及可行目標(biāo).

(3)必須組成真正的國(guó)家隊(duì)，集國(guó)人廣大智慧.

我在有關(guān)會(huì)議上主要講述了“上天、下海、入地”的來(lái)歷，第二深度空間資源與能源新理念的科學(xué)內(nèi)涵和定義，并對(duì)有人和有些部門提及自主創(chuàng)新“國(guó)際領(lǐng)先”，“世界領(lǐng)跑者”等提法依據(jù)自己的理解給予了定義和解讀.

應(yīng)當(dāng)嚴(yán)肅指出的是，納稅人拿出這么多錢用于科技事業(yè)的發(fā)展，作為科技工作者應(yīng)當(dāng)如何面對(duì)？不能在國(guó)家名譽(yù)下以個(gè)人或部門為主線，應(yīng)當(dāng)是基于這是一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略需求，又為多部門共同申請(qǐng)所獲，故而正確的路線應(yīng)是內(nèi)行、外行、老、中、青密切結(jié)合組成真正的國(guó)家隊(duì)，通過(guò)這一國(guó)家的巨資投入，建立起高精度的地球物理學(xué)，做出真正具創(chuàng)新性的科學(xué)貢獻(xiàn)！為建設(shè)世界地球物理科技強(qiáng)國(guó)而奮進(jìn)！

5 結(jié)語(yǔ)

地球物理學(xué)發(fā)展至今，在整體地球科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中越來(lái)越顯示出其不可或缺或不可替代的科學(xué)效應(yīng).當(dāng)今各學(xué)科在不斷向高精度“挺進(jìn)”之際，強(qiáng)化學(xué)科交叉、夯實(shí)基礎(chǔ)研究，破解科學(xué)難題并奮力創(chuàng)新乃地球物理學(xué)發(fā)展之必然軌跡.地球物理學(xué)必須快速向高精度發(fā)展，并驅(qū)動(dòng)地球科學(xué)進(jìn)入到半量化或量化階段，并逐步給出高精度及逼近彼岸的唯一性解答.

為此，強(qiáng)化第二深度空間金屬礦產(chǎn)資源，油、氣、煤能源和地震及火山孕育、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境的研究與探索，構(gòu)建起安全、穩(wěn)定且可長(zhǎng)期供給的資源與能源戰(zhàn)略后備基地，為人類與社會(huì)發(fā)展中災(zāi)害的防范和地下空間利用等做出貢獻(xiàn)，此乃當(dāng)今世界高精度地球物理學(xué)未來(lái)創(chuàng)新與發(fā)展的必然軌跡與使命！