探地亦问天：“火箭地震学”为深空探测铺路

来源：科技日报
科技日报记者 张盖伦

海南省北部雷琼火山区，一片约万年前火山喷发形成的熔岩洞里，一支联合科研团队驻扎了整整一个月，展开了一场颇为硬核的科学实验。

现场可以说是“重器”云集：分布式光纤传感系统、可控震源车、宽频带地震仪、探地雷达、激光雷达、探测机器狗、航磁无人机……多种设备协同作战，对熔岩洞的形态结构做了系统性的综合探测。

7月初，记者随中国地震局组织的“防震减灾高质量发展进行时”主题采访活动来到海南，走进这片独特的熔岩洞群，看一群常年聆听“地球心跳”的人，如今又如何仰望星空。

熔岩洞：类行星环境的天然实验室

海南分布着大量天然火山熔岩洞，其中雷琼火山群是我国规模最大、活动延续时间最长的第四纪火山群之一。这些熔岩洞在形态和成因上，与月球上广泛分布的熔岩洞高度相似——说它们是模拟地外天体地质环境和地下空间利用的“天然实验室”，一点不为过。

行星熔岩洞的战略价值不容小觑。未来要在地外天体建设长期科研基地，人类大概率要向地下寻求庇护。行星表层之下，火山熔岩洞内部空间相对平整，温度、辐射环境也较为稳定，是潜在的可利用居住场所。

但问题来了：如何精准刻画这些复杂地下空间的三维结构？如何确保未来地外基地的安全性？这依然是当前探测技术面临的重大挑战。

今年，海南省地震局、南方科技大学、北京大学和中国地震局地球物理研究所组成联合团队，把海南的熔岩洞当成地下空间监测的原型试验场，展开系列研究。

利用地震学技术探测地下结构，本就是地震科研人员的传统强项。地震波碰到不同物理性质的介质，会触发不同的响应——在坚硬岩层中传播速度快，遇到空洞或裂隙则减速，并发生反射、折射和散射。“这相当于给地下做CT扫描。”海南省地震局局长助理陈波博士的解释，非常形象。

南方科技大学博士研究生刘沛钰透露，初步数据处理显示，激光雷达点云数据圈定的空洞范围，与震电联合观测结果有较好的一致性。借助多种手段，团队已初步掌握了熔岩洞的走向、空腔形态、顶板盖层厚度及浅部速度结构；同时，成功验证了在高温高湿及复杂地形条件下，分布式光纤传感系统长时间稳定运行的工程防护方案，并为行星熔岩洞探测预研积累了宝贵的基础数据。

国内首提“火箭地震学”新概念

不过，要把整套技术方案“移植”到地外天体，一个现实难题摆在面前：部分重型设备根本无法通过航天运载器送上去。那么，在月球上，能否就地找到可用的“人工震源”？

未来若实现常态化驻月，地月之间将频繁来往，月球表面会有定期发射任务。航天器发射、推进器着陆或再入大气层等过程，本身就能产生强能量、广覆盖的震动信号——这，就是理想的可利用震源。

“我们项目团队在国内首次提出了‘火箭地震学’的概念。”陈波告诉记者，其基本原理并不神秘：将火箭发射、飞行或再入阶段产生的震动与声波视为已知震源，利用地震学方法反演地下结构、行星地质参数，甚至太空碎片轨迹。

具体操作是这样的：通过布设在行星表面的地震仪记录火箭激发的震动波，反演地下介质波速分布，进而识别地下空洞、断层、水冰层或矿藏等目标。陈波介绍，以火箭为震源，时间可控、位置已知、无需额外部署，为行星地下结构探测开辟了一条经济高效的新技术路径。

在此之前，海南省地震局研究团队已开展前置研究和实测验证。据估算，一次中型火箭发射产生的能量，约相当于一次里氏1.0级左右的天然地震，在几十公里范围内布设的高灵敏度地震仪均可清晰记录到震动波形。

有意思的是，2025年，美国科研团队也几乎同期提及类似概念。“火箭地震学是国际前沿的探索方向，我们将继续对其进行理论验证、方法拓展和应用深化。”陈波说。

熔岩洞内，科研人员正在书写一个带有科幻色彩的现实故事。地震科技，不仅能探地，也能问天。

海南省地震局局长郭洪义强调，在海南商业航天发射场的大力支持下，他们将持续开展火箭地震学前沿技术试验与应用探索，充分发挥多学科交叉优势，以自主创新成果为我国商业航天高质量发展、深空探测重大战略落地提供坚实科技支撑。

（本文图片除注明外均由科技日报记者张盖伦摄）