现代地质学同数十年之前的地质学相比，虽然时隔不久，但是对地球的认识却有极大进展。其主要因素是对自然目标的研究手段更现代化了，广泛应用了数学、物理和化学的新成就，利用了复杂的和高效率的仪器和电子计算机。

地质介质的研究任务越益复杂促进了现代地质科学的发展及其实践。在地质学家面前摆着许多从未遇到过的新问题，例如需要勘察和开采包括埋藏在地下大深度或海底的矿床，更有效地开采和检查矿床的利用，以及技术对地质介质作用后果的估量。这些任务都要求能彻底认识地质学的一些基础问题，错如板块的移动过程或地球地幔的迁移运动等。

在解决类似的一些任务时，必须考虑到在自然界天然存在的各种物理场（电磁场、声场、地质构造应力场）和地质介质之间的相互作用。苏联核地球物理和地球化学科学研究所的研究工作表明，为认识这些相互作用，必须要创制非线性物理模型。为此，研究所于1980年建立了苏联第一个，甚至是世界第一个非线性地球物理实验室。今天已经有充分根据表明，地球科学出现了又一个大分支——非线性地球物理学。

什么是非线性物理效应和非线性地球物理学？

非线性物理效应可以用一个最简单的例子作解释。譬如，在杯子里注入水，当水尚未注满到杯沿之前，水在杯子里的容积是按线性规律增长。但是当杯子里的水注满，那么就会发生一种特殊现象，在这时即使是仅仅注入一滴水，水就从杯沿溢出，而且流出的水量大大超过最后一；滴水的量。这就是典型的非线性效应。在地球物理￥中，像这种按“最后一滴水”规律发生的现象和效应有很多。例如，地震就是这样。地壳内的应力积聚开始时按线性规律进行，但是当达到了某个临界极限时，发生了应力急剧“爆炸”现象，同时释放巨大能量，造成了断口和断裂。

非线性地球物理学研究的对象，正是不能用线性模型所能描述的那些效应以及这些效应的规律性。

非线性地球物理学的应用特点

传统地球物理学研究方法早就有效地用于勘察矿床和研究地球深部结构，而这种方法的理论基础是以某些假设为前提的。通常认为，各种物理场在岩石中传播时，互相无关，同时也不改变介质的特性。

当地球物理学用来根据地球物理观察结果解决地质介质的结构和性能时，一般是利用线性描述模型。但是，传统地球物理学的这些基本原理，只是在地质介质中传播的任一个物理场的能量低于一定强度之前才是正确的，假如物理场的能量强度超过某个临界值，那么简单的线性模型就不能完全正确地描述所观察到的情况。正是在这种特殊场合，须利用非线性地球物理学方法。

非线性地球物理学研究哪些效应

第一，使地质介质里传播的物理场发生非线性变化的那些效应。在这些效应作用下，介质特性不变，只是场的本身按非线性方式变化，例如，场的频率变化。在低频率（高频率）激发时产生高频率（低频率）振动。

第二，交叉效应，这些效应与能量转变有关，但这种转变不是直接从某种能量转变成热能这种传统观念进行的。例如，地质波能转变成电磁场能。这类效应常常伴随着介质的地球物理特性的改变。

第三，与地球物理场能量转变成地球化学反应能有关的那些效应，这是非常有趣和广泛的效应。例如，在强大的地震场或电磁场作用下，确定地球化学过程的进程和强度的氢指标和氧化还原电位的、地球化学的一些最重要的参数发生变化。地球化学场的进化引起地球物理场变化的这种相反的状况也是可能的。

最后，第四类效应，在迗些效应影响下，地质介质的变化是不可逆的。同时，地质介质的物理特性在强大的物理场作用下发生了变化。这样，强大的声场在有孔隙的岩石中传播时，会引起岩石空间结构的变化，并导致岩石孔隙中的液相和气相组成的变化。

非线性地球物理与岩石“记忆”

非线性地球物理的研究范围与岩石的“记忆”概念的联系非常紧密。地质学家都非常清楚，什么叫岩石的磁性“记忆”，即对岩石的某些磁性的研究，就能够测定遥远的过去所存在的磁场的特点。古地磁学就是基于这种现象建立的。

今天的研究表明，岩石不仅能够保存磁作用记忆，而且能保存其它的物理作用，例如放射线作用、电场和力场的作用。岩石记忆可以分成长期记忆和短期记忆两种。在岩石里保存数百万年之久的物理作用的记忆称为长期记忆，在岩石里仅保存几分之一秒的物理作用的记忆称为短期记忆。核地球物理的各种效应都与短期记忆有关，例如中子和γ量子与岩石的相互作用。因此，一切非线性效应，根据岩石保存的效应记忆时间的长短，也可以分成长期效应和短期效应。

根据苏联核地球物理和地球化学科学研究所所进行的研究和其它部门的研究都可以证明，无论在微小体积的岩石或是在整个地球行星里都存在非线性效应。非线性效应的能量规模与效应的空间规模密切相关，即非线性效应的空间规模愈广阔，消耗的能量愈大。因此，非线性地球物理学开创了研究地壳运动的新方法，无论是行星规模或是岩石的原子——分子水平。掌握了非线性效应的作用机理就可以主动地影响地质介质，使它按我们所希望的方向变化。非线性地球物理效应已经开始应用于勘探和开发石油矿。声作用在工作面附近的地域，就使地层加热强化，从而使石油粘度发生变化，使液体——填充剂脱气，提高了岩石的穿透性。这样结果，在声强烈作用地层时就会增加油井的产量。在利用这些效应的基础上，我们研究所与许多机构合作，创造出一种研究油井和气井的特殊工艺—《测井一一作用——测井》（用某一个物理场对油井进行地球物理研究）。

我认为，非线性方法能够帮助我们接近于解决许多纯地质的和物理技术问题，诸如矿床生成和移动规律的认识，勘探和开矿新工艺的创造以及工艺技术对地质介质影响的预测等等。

[HαукαuЖuэнэ，1985年3期]