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福建省固體潮學科發(fā)展研究報告

福建省地震學會

固體潮學科由地傾斜、地應變和重力固體潮等子系統(tǒng)構成。該文詳細介紹了地傾斜、地應變、重力進行地震預測預報的基本原理及研究現(xiàn)狀，并指出了福建省固體潮學科發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，最后給出了相應的戰(zhàn)略對策。

地震 固體潮 學科發(fā)展

1 概述

地震固體潮學科是在1966年邢臺大地震后逐漸形成的，從學科分類來講，固體潮學科既屬于地球物理學，又可屬于大地測量學，因為這兩者都包括了重力測量學，而地球潮汐或固體潮又是重力測量學著重研究的內(nèi)容之一。由于大地測量學與地球物理學是密不可分的，因此在國際上就成立了國際大地測量學與地球物理學聯(lián)合會。

早在1966年邢臺地震之前，前蘇聯(lián)、日本就曾采用地傾斜儀、重力儀與伸縮儀作為檢測地震前兆手段，后來美國與歐洲一些國家也曾采用這些方法作為地震前兆監(jiān)測手段，也積累了一些成功案例。到目前為止，我國已建成了固體潮汐形變監(jiān)測系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是由地傾斜、地應變和重力固體潮等3個子系統(tǒng)構成，這樣一個系統(tǒng)經(jīng)歷了3個階段的發(fā)展。第一階段，以裝備低靈敏度、目視觀測儀器（第一代）為主，第二階段以裝備高靈敏度、能清晰自動連續(xù)記錄潮汐形變的儀器（第二代）為主，第三階段則是從以模擬記錄為特征的第二代儀器向數(shù)字化儀器轉(zhuǎn)換為主，在實現(xiàn)數(shù)字化觀測后，固體潮汐監(jiān)測系統(tǒng)就可通過不同時間的采樣，在一個非常寬闊的頻帶范圍內(nèi)對地殼動力學現(xiàn)象進行監(jiān)測地表運動的方向、速度及其巖石特性的變化，從而填補了測震學與大地測量學之間頻率范圍的空白，有利于監(jiān)測短期前兆向臨震前兆演變圖像，并有利于監(jiān)測震后的地殼調(diào)整過程（蠕變成松弛過程）。

2 國外固體潮學科發(fā)展現(xiàn)狀及國內(nèi)外對比分析

2.1 固體潮成為國內(nèi)外監(jiān)測地震關注的焦點

自牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律以后，就有國外學者試圖從實驗角度對萬有引力定律進行實證，既然海潮漲落與月相有關，那么作為彈性地球表面必然會在月亮的萬有引力作用下發(fā)生像海潮一樣的漲落，地表面也會發(fā)生傾斜，重力也會發(fā)生變化。最早在深處礦井中進行了鉛垂線的變化觀測，由于觀測精度太低，無法驗證。后來發(fā)明了水平擺，水平擺實際上就是擺線放大了的鉛垂擺，水平擺的旋轉(zhuǎn)軸與重力鉛垂線夾角越小，放大倍數(shù)越高，這種水平擺觀測到了地表在月亮萬有引力下發(fā)生的每日兩高兩低的潮汐變化。隨后又研制了高精度的重力儀和伸縮儀，先后觀測重力與應變固體潮，觀測技術的進步又促進了固體潮理論的發(fā)展。19世紀20年代，英國人Doodson（杜森）將起潮力按照幅角數(shù)對潮汐波進行了自然分類，把起潮力位表示成振幅為常數(shù)的386個分潮波之和。在同一時期，Brouwa（布朗）給出了對某一瞬時計算杜森起潮力位的6個天文參數(shù)的計算公式，從而可以從理論值計算任何時刻的固體潮理論值，并且固體潮理論值與其觀測性符合得非常好，從而堅定了人們對固體潮觀測值的可靠性信心。在上世紀初，美國學者里德根據(jù)對1906年美國舊金山8.3級大地震發(fā)生前后的地殼形變測量結果，提出了彈性回跳理論。根據(jù)這個理論，當斷層的相對運動導致的地殼中彈性應變能的積累達到地震應變所能允許臨界點時，斷層斷裂產(chǎn)生回跳，從而引發(fā)了地震。當大地震發(fā)生后，道路會錯開，鐵軌扭曲，地面開裂，沉陷或隆起、冒沙、噴水等一系列地面變化會發(fā)生。根據(jù)里德彈性回跳理論，在地震之前斷層會發(fā)生應變，必然會引起地面傾斜、伸縮和重力的變化，從而促使各國學者試圖采用固體潮觀測來捕捉地震前兆的想法。我國是在1966年邢臺7.2級地震后，開始了地震形變監(jiān)測，并建立了許多定點臺站進行地面傾斜與重力觀測，到19世紀80年代又開始了地應變觀測工作。前蘇聯(lián)、美國與日本開展固體潮觀測比我國略早一點，前蘇聯(lián)在處于歐亞地震帶的烏茲別克、塔吉克、土庫曼等地開展了傾斜固體潮觀測，美國則在西部的圣安德烈斯斷層地區(qū)開展了固體潮觀測，日本上世紀30年代就開展了地傾斜與應變觀測。上世紀80年代，在美國研究理事會所屬的大地測量委員會和地震學委員會下設了地殼運動測量專業(yè)委員會，提出了一個十年規(guī)劃，其任務是：“提出有關確定現(xiàn)代地殼運動，尤其是地震活動帶地殼運動戰(zhàn)略建議。”在該研究報告中，特別是捕捉地震短臨前兆信息方面，強化了進行固體潮觀測的重要性，并對如何改進觀測精度，減少環(huán)境影響，進行了許多實驗和理論探索。例如，空腔效應對地面傾斜與應變觀測的影響。前蘇聯(lián)則在太陽加熱效應對地面傾斜的影響進行了觀測與研究，發(fā)現(xiàn)地面傾斜觀測受氣溫影響會出現(xiàn)周日變化，在太陽的年周期影響下，會出現(xiàn)周年變化現(xiàn)象。為了避免外來干擾，地面觀測轉(zhuǎn)向了洞體與鉆孔觀測。

我國固體潮觀測走在世界前列，在全國建立了一個較好覆蓋的固體潮觀測系統(tǒng)，它由傾斜、應變與重力固體潮觀測組成。在一些重點臺站，建立了完備的固體潮觀測系統(tǒng)，集重力、傾斜與應變觀測于一體，并同時進行氣壓、氣溫等觀測。從本世紀初，由模擬觀測走向了數(shù)字觀測，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠程傳輸與數(shù)據(jù)處理。由地面轉(zhuǎn)向洞體、鉆孔，在時空尺度上把地殼形變觀測的各種手段連成一體，可獲取地殼運動的綜合圖像的觀測，促使研究由幾何學向運動學、動力學方向發(fā)展，從而使定量化研究地震前地殼形變的短臨圖像成為可能。我國十分重視經(jīng)驗總結，在上世紀80年代，開展了固體潮觀測清理攻關工作，包括儀器的性能、干擾以及前兆反映，90年代又進行了實用化攻關，對前兆指標進行了研究。

2.2 固體潮綜合觀測技術進展

國外固體潮觀測與研究大多是一種“拆零研究”，是分散地布設固體潮觀測，沒有把幾種不同類型的固體潮觀測集中到一起進行綜合觀測，因此其研究也是分別進行的，這可能是與他們的體制有關。因為一般是在地調(diào)局，或有關大學與研究所分列進行觀測與研究，不像我們在中國地震局系統(tǒng)統(tǒng)一布署下進行。隨著觀測與研究的深入，發(fā)現(xiàn)由于地殼介質(zhì)不均勻會在破裂（地震）之前出現(xiàn)明顯的不同階段，會出現(xiàn)周期不同的地形變，越接近破裂，影響就越明顯。眾所周知，應變固體潮為起潮力位對經(jīng)緯度的二階導數(shù)，傾斜固體潮為起潮力位對經(jīng)緯度的一階導數(shù)，而垂力則是對徑向半徑的一階導數(shù)。從濾波角度看，應變固體潮相當于一個二階微分器，實際上是一個高通濾波器，所以對短臨前兆反應最為靈敏，重力固體潮相對來說是一個低通濾波器，對范圍較大的異常反應較敏感，而傾斜固體潮的反應恰好位于這兩者之間，因此，這三種類型的固體潮前兆在應變積累過程中會出現(xiàn)一種有序性，從而增加了我們判別異常前兆的可靠性。此外，這三種固體潮雖然是同源異?，F(xiàn)象，但三者具有內(nèi)在聯(lián)系，它們對天體起潮力響應的潮汐因子都是與固體地球勒夫數(shù)有關，因此，可以從對同一臺站三種固體潮的綜合觀測數(shù)據(jù)中提取震前由于應變積累出現(xiàn)的物性變化。從上世紀末到本世紀初，我國開始建立了一些集重力、傾斜與應變固體潮觀測于一身的固體潮綜合觀測站，我省廈門地震臺就是其中之一。由于高精度的微伽重力儀價格昂貴，一般臺站除不進行重力固體潮觀測外，大都同時進行了傾斜與應變固體潮觀測。為了增加觀測的可靠性，我國一些地區(qū)，例如四川，在一些臺站已開展了三個方向的洞體應變固體潮觀測，一些臺站已進行了4分量鉆孔應變觀測，豐富了研究的內(nèi)容，提高了可信度。

我國固體潮觀測在規(guī)模、觀測質(zhì)量以及干擾排除方面都取得了較好的成績，這緣于我國非常重視規(guī)范化管理，制定了地殼形變及前兆數(shù)字觀測技術的規(guī)范，對地傾斜、固體應變及鉆孔應變、重力觀測臺站的建設、儀表選型、布設安裝、觀測原理都作了詳細的規(guī)定。除此以外，還定期頒布了地傾斜、洞體應變、鉆孔應變及重力觀測的行業(yè)標準。

2.3 固體潮數(shù)據(jù)處理方法進展

大面積地形變測量方法分為重力測量、水準垂直形變測量、水平形變測量三種。重力觀測資料數(shù)據(jù)處理包括提取相鄰兩點的重力差（段差）、各點相對于某一點的重力值變化。垂直形變測量數(shù)據(jù)的分析計算，可以獲取兩點的高差及其速率變化。水平形變資料的數(shù)據(jù)處理可以獲得兩點的距離和方向的改變量，以及各點的坐標值及其變化。

固體潮觀測處理方法，國外除一般采用波形與相位比較多外，大多采用維克尼科夫數(shù)字濾波器對固體潮觀測數(shù)據(jù)進行調(diào)和分析以取得潮汐因子。潮汐因子即在某個波群頻段上觀測振幅與其理論振幅之比。重力與傾斜固體潮潮汐因子有一個預期的理論值。據(jù)前蘇聯(lián)學者研究，震前潮汐因子可能有5%的變化。我國除采用上述方法外，還特別重視觀測數(shù)據(jù)的預處理，結合氣象資料排除干擾，采用拉加伊（NaKai）方法對觀測數(shù)據(jù)進行檢驗以剔除粗差，采用別爾采夫濾波方法剔除線性漂移。

3 地震固體潮學科面臨的挑戰(zhàn)

3.1 對我省地震預報工作提出嚴峻的挑戰(zhàn)

天體起潮力引起的地殼形變問題歸根結底是一個力學問題，通過地殼形變觀測達到預報地震的目的，其理論基礎可理解為地殼形變是作為彈性地球介質(zhì)對力的一種響應。力是物體對物體的作用，這種作用可以是直接的，如板塊間的相對碰撞和斷層間的相對滑動；也可以是不接觸的，如月亮和太陽對地球的起潮力。力是改變物體運動狀態(tài)的原因。若是物體的運動狀態(tài)發(fā)生了改變，則一定受到了力的作用。但物體受力的效果則不盡相同，或是改變了物體的運功狀態(tài)，或僅是物體的形狀發(fā)生了變形，或兩者兼而有之。

現(xiàn)有形變觀測方法，其觀測時間尺度大致為幾秒至100年，這是地殼運動的一個特殊時段，高于這一頻段的是地震學研究的時段，低于這一頻段的是地貌學和地質(zhì)學研究的時段。幾秒至100年之間各時段的地殼運動問題，就是地殼形變學科研究對象。由于觀測技術的發(fā)展，現(xiàn)在已占有這一研究對象的一些事實，并正在不斷積累事實，在有關地形變預報地震的原理、方法方面做深入的探索，為地震預報提供一個扎實的理論基礎，在此基礎上提出一些預報方法。毋庸諱言，地震預報是當今世界科學難題之一，與此同時，地震又是給人類造成慘劇的嚴重的自然災害之罪魁禍首。正如人類面對自身的癌癥一樣，在沒有最終弄清癌癥病因之前，醫(yī)生也得懸壺濟世，以治療和解除病人的痛苦。地震宛如地球的癌癥，在地震機理尚未完全弄清楚之前，作為地震科技工作者，不能坐等機理完全弄清楚了才去進行地震預報，只能邊監(jiān)測、邊研究、邊預報，這完全符合我國國情。

地震預報水平的提高，從根本上說，依賴于有關學科領域研究的深入和近代技術的進步。目前地震預報仍處于以經(jīng)驗預報為主的階段，預報經(jīng)驗的把握和應用十分重要。為此，必須要把分散的經(jīng)驗集中和提煉起來，以應用于地震預報，同時在預報實踐工作中不斷加以檢驗、總結和改進，以促進地震預報水平的提高。

我省地震固體潮學科目前面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，正如我國地震預報面臨的情況一樣，主要是：

①天體起潮力的地震觸發(fā)機制還未弄清楚。雖然我們現(xiàn)在借助傾斜儀、重力儀及應變儀可以清晰地了解地殼在起潮力作用下是如何變形的。重力是如何變化的，對起潮力是如何引起這些變化也是清楚的，但對起潮力的地震觸發(fā)機理還知之甚少，只是積累了一些經(jīng)驗事件。

③我省處于海峽西岸，固體潮受海潮負荷影響很大，增加了提取與識別地震前兆的困難。

④我省有些固體潮儀器運行時間較長，觀測質(zhì)量有所下降，有待更新。

⑤固體潮觀測正處于由地面向地下觀測轉(zhuǎn)型，我省深井觀測臺站只有漳州臺，應適當增加深井綜合觀測。

⑥固體潮觀測應加快由拆零研究向綜合觀測研究的轉(zhuǎn)型。

⑦對固體潮前兆短臨前兆指標還缺乏清晰的認識。

3.2 對我省固體潮觀測轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)

面對固體潮觀測從地面轉(zhuǎn)向地下，從拆零觀測轉(zhuǎn)向綜合觀測的趨勢，我省必須未雨綢繆，從現(xiàn)在起應從以下幾個方面做好有關準備工作：

①根據(jù)地震活動水平及斷層活動狀態(tài)，結合地質(zhì)情況，作好選址和勘探工作。

②結合我省地震監(jiān)測部署，對深井綜合觀測項目進行調(diào)研工作，包括還要進行哪些綜合觀測、觀測項目及欲選用儀器的性能及其技術指標。

③做好深井綜合觀測人員的培訓工作，為日后做好技術儲備。

④派出去、請進來，使觀測人員了解并熟悉深井綜合觀測的現(xiàn)狀與進展。

⑤對現(xiàn)有漳州臺深井4分量應變觀測井加強管理，做到觀測連續(xù)可靠，并做好對觀測資料的綜合分析工作。

3.3 對我省固體潮分析方法研究的挑戰(zhàn)

采用固體潮方法預報地震的原理，按國際通行說法，由于天體起潮力的觸發(fā)和調(diào)制作用，當震源區(qū)的應變積累到巖石的臨界點時，天體起潮力可能會觸發(fā)地震發(fā)生，這就是所謂的加載和卸載原理。從震源機制看，斷層發(fā)生破裂（地震）之前周期不同的地形變越接近破裂，這種現(xiàn)象越明顯，且?guī)r石的特性也會發(fā)生變化，從而會引起固體潮潮汐因子發(fā)生變化以及固體潮波形與相位畸變，把觀測曲線與其理論曲線相比照，就很容易發(fā)現(xiàn)這種畸變。當然，上述兩種原理僅僅是一種假設，很難得到實證。并且有些現(xiàn)象與在一定條件下所假設的物理和化學實驗中出現(xiàn)重復性的現(xiàn)象相違背，例如有地震并一定發(fā)生在滿月附近，在滿月附近也不一定就發(fā)生地震，這種前兆多樣性現(xiàn)象造成了所謂的前兆異常復雜性。

固體潮的分析預報方法大致可以歸納為波形與相位的畸變、潮汐因子的變化速率明顯改變、測值發(fā)生波動以及差分判別法。傾斜固體潮由于有東西、南北2個分量，其分析方法有矢量圖識別法，最大相關系數(shù)判別法。對鉆孔應變，可采用面應變異常、主應變與主方向異常等來分析預報。毋庸置疑，以上方法主要是根據(jù)許多震例總結出來的，可以說是一種看圖識字，其背后的物理機制，目前我們不甚了解，僅是一種統(tǒng)計與經(jīng)驗性，上升不到氣象預報那樣的理論高度，即根據(jù)當?shù)氐臍鉁亍鈮号c濕度三要素關系就可以做出較為確切的氣象預報。近年來，雖然國內(nèi)外在震源物理和前兆機理方面做出了很多工作，但地震畢竟發(fā)生在地下深處，又不能直接勘測，僅能依靠在地表面的觀測加以反演推斷。因此，目前所能得到的一些前兆模型僅能用來對一些前兆現(xiàn)象進行解釋，但目前還不能用于地震預報。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有兩個：一是大地震本身就是一種小概率事件，能捕捉到前兆的機會不多；二是觀測資料中還有干擾和噪聲，由于干擾噪聲的魚目混珠，使本來很微弱的前兆信息變得模糊不清甚至被淹沒掉，而要嚴格地把它們區(qū)分開來是十分困難的。由上述諸種分析方法所發(fā)現(xiàn)的地震前兆具有很強的主觀經(jīng)驗色彩，帶有很大的隨意性。為此，尋找“必震前兆”就成為地震工作者努力探索的目標。所謂“必然前兆”指的是這樣一種前兆，一旦捕捉到了這種前兆，發(fā)生地震就必然無疑了。就“必震前兆”這個含義而言，就隱含著表征斷層位移的數(shù)學物理方程的解是唯一的，是一種決定論的看法。但根據(jù)非線性理論的研究，表征斷層位移的解是不確定的。因為任何初始邊界條件的微小變化，都會使其解發(fā)生很大的變化，出現(xiàn)復雜圖像。根據(jù)有關學者研究，如果巖石介質(zhì)是非均勻的，在發(fā)生地震前可能會出現(xiàn)多種前兆變化，即所謂前兆的復雜性。就這個意義上來說，尋找必震前兆是很難辦到的。這樣，就不僅只觀測一種異常變化，而要注意面上呈現(xiàn)的群體變化，即進行綜合觀測，可能是目前可尋找前兆的一種較好途徑。

4 我省地震固體潮學科發(fā)展思路和目標

我省地震固體潮學科發(fā)展要從觀測系統(tǒng)的投入建設與科技人員分析能力和水平的提升入手，即從硬件與軟件兩方面著手。

在觀測系統(tǒng)方面，有計劃有步驟地做好以下幾個方面的工作：

①排除與削弱外界干擾：固體潮觀測儀器精度高，對外界各種干擾（例如人工爆破、氣溫、氣壓、降雨、海潮）極其敏感，如何消除和降低這些干擾是提取和識別前兆信息的一個重要環(huán)節(jié)。

②儀器的保養(yǎng)與維護：有的臺站儀器老化比較嚴重，要予以及時更換和維修。

③固體潮綜合觀測臺網(wǎng)的調(diào)研工作：結合我省地震活動特性和地質(zhì)構造特征，通過充分驗證，做好固體潮綜合觀測臺站的選址工作。

④深井地球物理綜合觀測系統(tǒng)儀器選型：做好深井綜合觀測系統(tǒng)儀器的選型及配套調(diào)研工作，對現(xiàn)有儀器的精度、性能及技術指標、價格，進行比較研究，做到心中有數(shù)。

只有做好了以上各項工作，才能在儀器裝備上為我省地震固體潮學科的發(fā)展奠定堅實的技術裝備基礎。

在科研人員業(yè)務水平的提升方面，應有計劃、有步驟地做好以下幾個方面的培訓工作：

①了解熟悉固體潮觀測系統(tǒng)的原理：從事固體潮觀測資料分析的科技人員，首先要清楚了解水平擺傾斜儀、連通管傾斜儀、垂直擺傾斜儀、重力儀、伸縮儀的性能和技術指標。如它們的傳遞函數(shù)、格值及其標定方法、數(shù)采的最高截止頻率，才能對觀測資料中所含的信息做到心中有數(shù)。

②熟悉并掌握有關觀測資料的數(shù)據(jù)處理方法：對固體潮觀測資料的數(shù)據(jù)處理，涉及到彈性力學、固體潮理論、張量分析、頻譜分析、數(shù)字信號處理、時間序列分析、平差理論，省地震局的有關部門應有計劃地安排現(xiàn)有年輕科技人員加強培訓，以提高他們的學術水平和能力。

③弘揚獨立思考與創(chuàng)新精神：在平時工作中，應提倡獨立與自由思考，創(chuàng)造出一種學術自由的氛圍，充分發(fā)揮科技人員的創(chuàng)新精神，以培養(yǎng)科技人員堅韌不拔、甘耐寂寞的科研精神。

④要了解國內(nèi)外固體潮學科的進展，跟蹤國內(nèi)外固體潮學科的最新動態(tài)，要鼓動科技人員多思考、多閱讀有關國內(nèi)國外的專業(yè)文獻，動手撰寫論文與研究報告。

⑤在地震預報工作中，培養(yǎng)科技人員知難而進的攻關精神、提倡科學求真的精神與求善的人文情懷，為攻克地震預報科學難題貢獻畢生。

重點戰(zhàn)略是消化吸收國內(nèi)外地震固體潮學科的最新科研成果，做到為我所用，同時做好深井觀測與固體潮綜合觀測分析的諸項準備工作，并做好人員培訓工作，為日后的學科發(fā)展研究奠定基礎。

總體目標：我省地震監(jiān)測建立一個固體潮深井綜合觀測系統(tǒng)，以提升監(jiān)測大震短臨前兆的能力和水平。目前的階段目標是對現(xiàn)有的固體潮觀測手段與分析資料進行整理，找出薄弱環(huán)節(jié)，明確今后工作方向。

5 我省地震固體潮學科發(fā)展的戰(zhàn)略任務

5.1 促進固體潮監(jiān)測地殼能力的提升

地震是地殼介質(zhì)在構造應力作用下發(fā)生破裂的一種表現(xiàn)形式。應力積累需要一段時間，通常為許多年，且必然伴隨著巖石的變形與應變。實驗的理論研究表明，應變率的變化是在破裂之前發(fā)生的，與地震前的應變率變化一樣，其時空分布較難以捕捉。

傳統(tǒng)大地測量網(wǎng)和水準網(wǎng)的復測一般為1年甚至幾年，GPS技術興起后，大大縮短了復測周期，其采樣率可提高到1分鐘甚至更高，但對于大面積的地殼形變監(jiān)測而言，一般復測周期都是比較長的，而絕大多數(shù)地震只能記錄到幾分鐘。因此，在監(jiān)測地殼活動方面，傳統(tǒng)的常規(guī)測量和地震學方法在時間尺度上還存在一個空擋。有效地溝通這個空擋是通過對個別地震危險性的地殼增加大地測量的觀測次數(shù)，布設全球性的長周期、超長周期地震儀臺網(wǎng)以及發(fā)展地球物理和大地測量儀器來達到的。從理論上講，這對測量任何時間尺度的地殼形變都是可行的，而固體潮觀測則是監(jiān)測大地測量與地震學兩者之間的頻率空擋。因此，如何提升固體潮在這個頻率空擋中的監(jiān)測能力是值得重視的一個戰(zhàn)略任務。應從以下幾個方面加以促進：

①目前，對我省現(xiàn)有固體潮觀測進行重新審視，形成一個覆蓋我省地震重點監(jiān)測區(qū)的固體潮監(jiān)測網(wǎng)絡。

②對現(xiàn)有固體潮觀測儀器的運行狀態(tài)進行摸底，儀器是否老化、精度是否降低、運轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定、儀器標定以及外界干擾情況，進行清理，發(fā)現(xiàn)問題及時校正。

③對近年來發(fā)生在臺灣海峽5級以上的地震以及我省及其附近大于3.0級地震進行震例總結，就固體潮在地震前后的振幅和相位畸變、變化速率以及潮汐因子變化特征進行統(tǒng)計分析，尋找震前異常特征。

④井水位尤其是承壓井水位是一個天然體應變計，可作為應變固體潮體應變觀測的一種補充。井水位的觀測井在我省分布遠比體應變要多，應發(fā)揮井水位觀測面廣、點多的優(yōu)勢。

5.2 固體潮觀測方法與地震預報指標的研究

固體潮觀測判別異常及主要指標一般應從中期異常、短期異常與臨震異常特征著手。中期異常是指觀測值的速率變化、潮汐因子偏離正常值、地傾斜還會出現(xiàn)方向變化；短期異常反映在觀測曲線是否出現(xiàn)頻繁跳躍、潮汐因子不穩(wěn)定、潮汐因子均方差急劇增長；短臨異常因上述各類短期異常愈發(fā)展且不平衡，曲線變化愈復雜。對這些異常要采用形態(tài)法、差分法、相關分析法來提煉與研究地震指標。

6 我省地震固體潮學科發(fā)展的關鍵技術

6.1 提取固體潮短臨地震前兆指標的方法

地震預報是當今世界性難題，目前還未攻克過關。中國地震局在上世紀80年代對固體潮觀測外界干擾異常進行過清理攻關，90年代進行了實用化攻關，提出過一些預報指標，但都是經(jīng)驗性的統(tǒng)計結果，還未找到“必震前兆”背后的機理。但這些清理攻關與實用化攻關得到的某些統(tǒng)計結果，仍然值得我們認真研究。在這些基礎上，結合我省震例情況進行研究，這是一個漫長的探索過程。

6.2 中短臨固體潮指標可靠性檢驗方法

固體潮前兆的物理機制，涉及到什么是前兆和如何判別的問題。對出現(xiàn)的前兆指標，首先要對觀測資料的可靠性進行檢驗，這與無震時期固體潮觀測曲線與其理論曲線是否一致有關，在震前出現(xiàn)異常時，需要排除外界干擾或人為干擾。即使如此，數(shù)據(jù)變化也不能肯定就是前兆指標，還要查看附近臺站的觀測是否出現(xiàn)了類似的變化，同時，不僅是觀測某臺站出現(xiàn)的變化，還要觀測附件其他臺站的變化。在測向觀測上，不僅只觀測某類型固體潮的變化，而且要觀測是否其他類型的固體潮也存在變化，最后還必須觀測面上呈現(xiàn)的群體變化。目前，地震前兆指標遠未定型，具有很強的主觀經(jīng)驗色彩，帶有很大的隨意性。為此，尋找“必震前兆”指標是我們努力探索的目標。

7 我省固體潮學科發(fā)展的戰(zhàn)略對策

7.1 引進深井綜合固體潮觀測技術研究

觀測系統(tǒng)是人類感覺器官的延伸，我們借助高精度的傾斜儀、重力儀、伸縮儀與固體地球進行對話，進而發(fā)現(xiàn)了“深藏不露”的固體潮現(xiàn)象。原來固體地球也像海水一樣在天體起潮力作用下發(fā)生地面傾斜、重力與伸縮變化。地球科學是一門以觀測為基礎的科學，觀測資料的真實性，直接決定了科研和應用的成效，其理論源于觀測，終于觀測。地震前，固體潮呈現(xiàn)的前兆異常是一種疊加在固體潮波形上的短臨信號。然而在工業(yè)化、信息化飛猛發(fā)展的今天，各種噪聲加上地球表面效應，嚴重干擾了固體潮觀測結果。從地面觀測資料中，很難識別混雜在噪聲背景下的真實固體潮信息，嚴重制約了地震科學的認識和發(fā)展。從上世紀末到本世紀初，美國、日本、德國先后推出了深井固體潮觀測計劃。

深井觀測通常利用一口深井實現(xiàn)包括多分量應變、傾斜、重力、溫度、地磁、測震等多種觀測手段的綜合觀測系統(tǒng)。目前日本已經(jīng)建設了多個深井地震綜合觀測系統(tǒng)，最深的可達1030米，開展了井下測震、鉆孔應變、立體溫度、氣體、空隙壓等綜合連續(xù)觀測。該計劃的目的是建立形變觀察網(wǎng)，既能充分覆蓋板塊邊緣地帶，了解長期的構造變化，又能以適當密度的觀測點，觀測局部現(xiàn)象。通過必要的帶寬還可以觀測到從孕育地震、慢地震到地震之間的應變積累以及地震之后的粘彈性松弛的蠕變現(xiàn)象等。國內(nèi)也積極開展了深井地震綜合觀測技術的研究，但是目前仍處于探索研究階段。例如中國地震局地殼應力所研制了“RZB型地殼形變深井寬頻帶綜合觀測系統(tǒng)”，河南鶴壁市地震局研制了深井YRY4型鉆孔應變多分量應變儀。中國地質(zhì)科學研究所在西藏地區(qū)開展了深井地震綜合觀測實驗。中國地震局和科學院合作也開展了井下光纖應力應變測量的有關研究。珠海泰德公司研制了TBI-101/102型深井綜合觀測系統(tǒng)，在廣州、深圳等地進行測試，取得了較好的觀測數(shù)據(jù)。

我省于2011年在漳州地震臺打了一口深度253米的鉆孔，安裝了中國地震局應力所的RZB型鉆孔應變儀，其間儀器多次發(fā)生故障，至今已停測。相對于全國一些地區(qū)，如北京、上海等地，我省深井綜合固體潮觀測還處于待開發(fā)狀態(tài)。為了促進我省地震固體潮學科的發(fā)展，我們必須引進深井綜合固體潮觀測系統(tǒng)，以先進的觀測技術裝備臺站，迎頭趕上固體潮綜合觀測的浪潮。應組織有關科技人員進行相關工作的調(diào)研，在固體潮綜合觀測站點的布設方面也必須做好規(guī)劃，對綜合觀測系統(tǒng)的原理、性能及技術指標作深入的了解，為日后奠定基礎。

7.2 引進冗余觀測

引入深井固體潮綜合觀測系統(tǒng)，一是利用傾斜、重力、應變固體潮觀測進行數(shù)據(jù)挖掘，以研究地殼介質(zhì)的特性變化；二是若有一種固體潮觀測數(shù)據(jù)發(fā)生異常，同時其他兩種觀測手段也有所反映，就可以提高前兆異常判斷的可靠性。這是從綜合角度考慮的，如要提高單項觀測的可靠性，就必須引進冗余觀測。如地傾斜觀測是利用南北、東西兩個方向的地傾斜值確定地面傾斜值及其方向變化，如果某一方向的觀測值出現(xiàn)問題，我們就無法對地面傾斜變化的可靠性做出判斷。若此時，我們在第三個方向也進行地傾斜觀測，這時我們就可以由這三個方向的觀測值組合得到三組地面傾斜及其方向變化數(shù)值，從理論上講，這三組觀測值應該近似相等。這樣就提高了判別地傾斜前兆異常的可靠性。同樣，對地面應變觀測，若增加了第四個方向上的應變觀測，就可以得到五組主應變及主方向的數(shù)值，從理論上講，這五組數(shù)值也應該近似相等。如是提高了地應變前兆識別的可靠性。因此，目前應對現(xiàn)有固體潮觀測臺站如何引進冗余觀測進行研究做出規(guī)劃。

7.3 固體潮人才隊伍建設

如何引進深井固體潮綜合觀測系統(tǒng)以及冗余觀測都是屬于具體的技術層面的問題，要做好調(diào)研規(guī)劃，為其日后恰當時候和恰當?shù)呐_站投入建設和安裝做好準備。當然，要做好這一點，需要有充分的資金作后備，才能變成現(xiàn)實。一旦深井固體潮觀測綜合系統(tǒng)投入運行并產(chǎn)生海量的觀測數(shù)據(jù)，如何對這些綜合觀測系統(tǒng)進行維護以保證系統(tǒng)連續(xù)可靠的運行，如何對其產(chǎn)生的觀測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)并歸納出地震前兆異常及異常指標，要做好這兩個方面的工作，就要從現(xiàn)在開始著手培養(yǎng)固體潮學科人才。應聯(lián)合制定人員培訓計劃，使現(xiàn)有科技人員不但要掌握固體潮原理、數(shù)據(jù)處理、軟件設計方面的知識，而且要熟悉掌握傾斜、重力、應變固體潮觀測儀器的原理，反映觀測頻域的儀器的傳遞函數(shù)，格值及其標定、觀測精度等方面的儀器性能及其技術指標等知識。地震預報是一項非常專業(yè)化的人類科學實踐，沒有專門的訓練，沒有無法遏制的激情和持續(xù)專注的投入，沒有同行不留情面地理性論辯和批判，就不可能有地震預報的進步和突破。因此，在人員培養(yǎng)方面，要提倡創(chuàng)新，并從制度上制定個人與團體的創(chuàng)新激勵機制。在人員培訓方面，還應采取派出去、請進來，使科技人員了解國內(nèi)外固體潮觀測研究的最新進展，跟蹤國內(nèi)外研究動態(tài)。平時要鼓勵科技人員閱讀鉆研有關文獻并撰寫論文，做到博采眾長，厚積薄發(fā)，方能在觀測資料中尋找出地震前兆的蛛絲馬跡，進而有所發(fā)現(xiàn)。相對于觀測系統(tǒng)建設，人才隊伍的培訓與建設也是我省固體潮學科發(fā)展的關鍵因素。

[1] Melchior P.The Tides of the planet Earth[M]. Translated by Du Pinren,Wu Qingpeng,Chen Yihui,et al, Beijing:Science Press, 1984，45~247(In Chinese)

[2] 北京大學地球物理系，武漢測繪學院大地測量系，中國科學技術大學地球物理教研室主編，重力與固體潮教程[M]. 北京：地震出版社，1982.

[3] 方俊. 固體潮[M]. 北京：科學出版社，1982.

[4] Vanicek P, Krakiwsky E.Geodesy : The concepts[M].Amsterdam.New Youk, oxford, etc: North-holland Elevier science Pubishing company, lnc:37-600.

[5] (美)地殼運動測量委員會，構造形變測量[M]. 劉序儼，鄒其嘉，陳鑫連校，北京：地震出版社，1984.

[6] 牛濱華,孫春巖.固體彈性介質(zhì)與地震波傳播[M]. 北京:地質(zhì)出版社, 2005.

[7] 池順良. 深井寬頻鉆孔應變地震儀與高頻地震學——地震預測觀測技術的發(fā)展方向，實現(xiàn)地震預報的希望[J]. 地球物理學進展，2007，22（4）:1164-1170.

[8] 歐陽祖熙. RZB-1型電容器式地應變計[A]//第一屆全國地應力會議論文選編[C]，北京：地震出版社，1977: 337-348.

[9] 歐陽祖熙. 地殼形變深井綜合觀測技術的新進展[J]. 國際地震動態(tài)，2009（11）:1-13.

[10] 李海亮，李宏. 鉆孔應變觀測現(xiàn)狀與展望[J]. 地質(zhì)學報，2010，84（6）:895-900.

[11] 陳群策，李宏，廖椿庭, 等. 地應力測量與監(jiān)測技術實驗研究[J]. 地球?qū)W報，2011，32（supp.I）:113-124.

[12] J.S.Johston, R.D.Borcherdt,A.T.Linde, M.T.Gladwin. Continuous Borehole Strain and pore pressure in the Near Field of the 28 September 2004 M 6.0 parkfield, California,Earthquake, lmplications of Nucleation,Fault Response, Earthquake Prediction and Tremor[J]. Bulletion of the Seismological society of America,2006,96(4B),556-572.

[13] 劉序儼, 楊軍. 地殼形變分析預報方法[M]. 北京: 地震出版社，1998.

課題組成員：

1．劉序儼，福建省地震局，研究員。

2．王林，福建省地震學會，工程師。

3．王紫燕，福建省地震局，工程師。

4．鄭小菁，福建省地震學會，高級工程師。