暗黑的地球物理原力:巫毒地球物理

地球物理學，比起地質學是一門較為年輕的科學。今天費雪要講的，卻是地球物理的黑暗原力那一面，這個黑暗原力在學術圈有個專業名詞，叫”巫毒地球物理”(Voodoo Geophysics)。幾年前國外的地質學界曾經有個笑話: ”對於地球物理探測的結果，通常你只能相信其中的20%，因為另外的80%不是假的，就是無法印證。而那些你認為相信的20%，還有一半是根據鑽井跟地質學家的解釋製造出來的。”。這句話費雪其實不太同意也不太服氣，但是這幾年下來體會一些實際的經驗後，卻不得不承認，其中還是有現在學界及業界正存在的事實。費雪認為，造成這樣錯誤印象的主因，是因為地球物理研究中，混雜了一些”巫毒地球物理”在裡面，才會造成地科研究圈裡有這樣的認知。

 

圖1:巫毒界的暗黑原力

所以費雪我想，就先來跟大家介紹甚麼是”巫毒地球物理”。舉個最近親身經歷的例子而言，有外面的工程顧問公司來找費雪問問題，告訴我外面有哪些國內外學者研發的地球物理儀器如何如何神奇，可以多精準直接知道地下物體的濃度與體積。但是說到這些儀器的物理原理以及精確度，大家卻也搞不清楚，只告訴我這些學者正在申請專利中，因為是專業機密，所以連儀器都神神祕秘不讓人仔細檢視，必須要經過他們內部訓練的專業人員方可接觸操作。這種可以說是標準的”巫毒地球物理”的例子。

通常上述例子中的使用人或研發人，都會告訴大家他的儀器有多神多神，現場實際測試也都能大致掌握地下物體分布，可以取信現場觀眾。但是卻很奇怪的拒絕讓人仔細檢視儀器，也拒絕在受別人控制的未知場址盲測試，提不出對於儀器的精確與準確度科學測試報告，也無法告訴人可能誤差來源，更提不出經過可信的同儕審查的論文印證。這種情況，屬於所謂的地球物理黑暗原力中的刻意騙局(Blatant Scams)。不讓其他科學家檢視與驗證的原因，與其說是為了商業機密，不如說是怕被其他專家拆穿識破。相信經過了費雪一番描述，大家開始對於巫毒地球物理的標準現象，開始有一些模模糊糊的認識了。

但是費雪要告訴大家的是，其實”巫毒地球物理”不只包括像上述的未知儀器的例子。有些使用已知成熟儀器或地球物理技術的學者或專家，也會告訴你他的技術有多神多準，測量的深度之大，解析的物體之小，看到的現象之準，已經到了”張目對日，明察秋毫”的地步了。但是提到可信度的驗證，以及儀器的誤差，以及訊號分析、演算方法適用性與參數設定，這些專家學者卻很習慣一筆含糊帶過。這種國外叫做科學誤導(Misguided Science)。科學誤導者，儀器本身用的是成熟且經過科學印證的物理原理，但是使用者或者是不了解技術的物理原理，或是刻意誇大它的用途與功效。最常見的例子就是像透地雷達，使用的是電磁波，也有堅實的理論基礎，但如果有人告訴你他可以用透地雷達看到地下數百公尺深的構造，那絕對是誇大了透地雷達的功效。因為理論上透地雷達功率衰減的快，一般只能穿透到地下10-20公尺深度，在地下水位面很淺的台灣，因為電磁波在飽和含水地層中衰減的快，速度也慢，因此往往只有5-7公尺的穿透深度。所以要用透地雷達看到10-20公尺以上深度，以現在技術而言是做不太到的(除非是在北極冰層或地下水很深的沙漠)。

 

圖2.透地雷達

另外一種常見的地球物理黑暗原力叫做過度推銷/過度解釋(Over-selling)。使用的是科學上正確的物理原理，也是用受到驗證的地球物理技術以及演算方法進行資料分析。但是卻忽略了技術以及儀器的物理解析極限，並低估了環境雜訊的影響。不過，過度推銷/解釋(Over-selling)算是擦到了黑暗”巫毒地球物理”邊邊的一種行為。Over-selling最常發生在學校的學生身上，有時候連備受尊敬的地球物理學者，也會在不經意的情況下犯這種錯誤。舉個很簡單的例子而言，像透地雷達波、地震波都是遵循波動力學，因此就訊號處理的解析度來說，要分離兩個波所代表的反射面，需要波峰與波峰的間距大於1/2波長，也就是說訊號處理技術理論上最小能解析的地層厚度，要在雷達波或地震波長的1/2以上。有時某些研究的地層分層解釋，來自於地震或雷達波探測，但仔細一算就知道該種地球物理技術解析度沒法看到那麼薄的地層，但是解釋者還可以分層，並計算出在該層中的波速側向變化，實在是很神。最常發生的是因為資料都是交由學生處理，而學生就是發揮”黃金左眼與神之右手” 的功力(就是”參考”鑽井資料來畫定分層反射面)，才會產生這種情況。不過Over-selling只能說是很輕微的染到了黑暗原力，雖然如此，但是如果研究的成果是與工業或資源開發的設計相關，將造成國家社會很大的損失，因此也值得我們要特別注意。

費雪要說一個有名的巫毒地球物理刻意騙局(Blatant Scams)的例子，就是”空中重力波油氣嗅探儀”的故事，1979年有一位名叫波拿所立的義大利人通過中間人的介紹，接觸了法國石油公司Elf Aquitaine(就是大家聽過的Elf機油的母公司，現在改名叫Total)，宣稱發明了一套通過空中重力波偵測，可以探測油氣的設備。Elf的經理於是把波拿所立的設備(包在厚厚的遮蔽簾幕下)帶上飛機，飛越已知的油氣田。而該儀器在正確的時刻與地點響起了偵測到物體的聲音，並且在螢幕上顯示不明的條紋影像。(不幸的是該測試竟然是在沒有任何該公司科學家的參與，也無法仔細檢視儀器的情況下進行的。)。Elf很快的跟波拿所立簽了一個8千萬美元的初期合約，而且竟然還承諾不需知道任何儀器的原理。更神奇的是，在多次重複測試發現無法正確顯示油氣位置後，波拿所立解釋是因為儀器過於靈敏，Elf還又跟他再簽了一個1 億3千萬美元的後續授權合約。但是最後，Elf開始產生了懷疑，於是要求波拿所立讓他們檢視儀器。波拿所立答應讓Elf技術人員很短的檢視他的儀器外觀並拍照。結果該公司的技術人員檢視後，懷疑他們看到的僅是一個很簡單的訊號產生器而已。最後Elf公司乾脆請來著名的物理學家哈露維茲，哈露維茲要求波拿所立重新展示它儀器的部分功能，也就是穿牆偵測能力，哈露維茲將一隻尺放在牆的一側，結果波拿所立的儀器在偵測後，準確的呈現了一個直方體的形狀---只是哈露維茲在放尺的時候，故意把尺凹折了90度…………..結果當然是騙局被拆穿，波拿所立逃到外國，但Elf也因為草率投資而慘痛損失1億5千萬美金。

圖3 Elf石油公司標誌

那要如何分辨”巫毒地球物理”呢?根據加拿大Furgo空中探測公司的Greg Hodges的整理，屬於”巫毒地球物理”的黑暗原力，往往呈現以下的幾個特徵或其中之一:

1. 由一人或數人公司發明的獨一無二的儀器，市場上無其他類似儀器。

2. 有限的提供服務，並不外租，只能經過有受訓的該公司人員操作。

3. 現地驗證需要經過特別”調校”。

4. 非常簡單的現地試驗(忽略一般環境下會有的雜訊等條件)。

5. 無與倫比的儀器能力，例如極大的探測深度、很高的準確度、很精細的解析度。

6. 令人懷疑的物理理論基礎。

7. 令人懷疑的解釋與解釋方法。

8. 非凡的解釋能力，超出了物理解析能力以外。

9. 非技術專業的行銷手法，沒有適當的技術文件與認證。

10. 所有的量測方法與儀器都視為秘密不公開或半公開。

為了地球物理科學的健康發展，費雪想，大家還是要明辨”巫毒地球物理”，避免染到黑暗原力，造成自己以及國家社會的重大損失!!!