鞏丹丹 尚俊斌

【摘要】我國是世界上地震比較多的國家，同時也是受到地震災(zāi)害最為嚴重的國家之一。通過降低地震災(zāi)害，能夠有效保障我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展以及人民群眾的生命財產(chǎn)安全。有鑒于此，本文淺談地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的發(fā)展與應(yīng)用，期望能夠借此為我國地震監(jiān)測預(yù)報工作提供借鑒，有效降低我國地震災(zāi)害造成的損失。

【關(guān)鍵詞】地殼形變觀測;地震監(jiān)測預(yù)報;發(fā)展與應(yīng)用

中圖分類號：P315.7

地震的孕育以及產(chǎn)生和地殼形變之間存在緊密的關(guān)聯(lián)性，地殼形變是地震過程當中最直觀的一種線性變化，因此通過對地殼形變的狀態(tài)進行檢測，能夠為地震監(jiān)測以及預(yù)報提供至關(guān)重要的依據(jù)。因此，對地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的發(fā)展與應(yīng)用進行研究就勢在必行，借此能夠?qū)⒌貧ば巫冇^測的作用完全發(fā)揮出來，有效預(yù)防突發(fā)性的地震災(zāi)害對我國社會經(jīng)濟以及民眾的生命安全產(chǎn)生嚴重危害。

1 地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中應(yīng)用的重要性

地震是群災(zāi)之首，其具備突發(fā)性強、破壞性大、影響范圍廣、防御難度大以及次生災(zāi)害嚴重等多方面的特點。我國是世界上震害最重的國家之一，提高地震預(yù)測預(yù)報水平是國家和社會公眾的迫切需求。

地震帶來的直接災(zāi)害主要有以下幾個方面：建筑以及構(gòu)筑物的破壞，如房屋倒塌、橋梁斷落、公路開裂以及鐵路變形等等;對地面產(chǎn)生破壞，如地面出現(xiàn)裂縫、噴水冒砂等現(xiàn)象;山體等自然環(huán)境的，如山崩、滑坡、天然水池干涸等等;海嘯，海底地震將會造成巨大海浪沖上海岸，進而對沿海地區(qū)產(chǎn)生毀滅性災(zāi)害。除此之外，在一些大地震之中還會出現(xiàn)地光燒傷人畜的情況。在發(fā)生地震災(zāi)害之后，伴隨而來的還有次生災(zāi)害，甚至，某些情況之下，地震帶來的次生災(zāi)害所造成的人員傷亡以及經(jīng)濟損失甚至比地震災(zāi)害還要大。以1932年日本發(fā)生的關(guān)東大地震為例，在地震來臨之際倒塌的房屋僅僅只有1萬間左右，但是因為該地震衍生出來的次生災(zāi)害火災(zāi)卻燒毀了七十余萬間房屋。地震帶來的次生災(zāi)害主要分為以下四種類型：第一種，火災(zāi)，主要是因為地震之后火源失控所導致的次生災(zāi)害;第二種，水災(zāi)，主要是因為地震造成水壩決口或者山崩塞住河道所導致的;第三種，毒氣泄漏，主要是因為地震對建筑物或者相關(guān)裝置造成破壞所導致的的;第四種，瘟疫，主要是地震對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞所導致的。地震災(zāi)害將會對其發(fā)生地區(qū)帶來嚴重的經(jīng)濟損失，同時還會產(chǎn)生大量的人員傷亡，不利于我國和諧穩(wěn)定社會的建設(shè)工作。

在發(fā)生地震的過程當中，地球內(nèi)部的力量會讓巖石出現(xiàn)一些非常微小的改變，但是通過專業(yè)化的儀器是可以實現(xiàn)對這種微小變化的觀測的。例如通過激光測量地標標志之間發(fā)生的微小距離變化;利用水準儀對地面固定點的高差變化情況進行檢測等等。地殼運動觀測技術(shù)是建立在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)之上的，現(xiàn)今已經(jīng)在我國各大地區(qū)地震檢測工作之中得到了充分應(yīng)用，通過應(yīng)用該技術(shù)能夠幫助工作人員計算出大路地塊的相對運動速率，同時獲得大范圍的地殼形變運動圖像。在構(gòu)造活動區(qū)之中，通過對地震活動斷層的形變進行測量，可以實現(xiàn)對地震進行預(yù)測，從而在地震災(zāi)害發(fā)生的過程當中及時止損。地應(yīng)變、地傾斜等定點形變測量指標能直接反映地殼介質(zhì)的微動態(tài)變化，從而捕捉到地殼介質(zhì)破裂前的力學變化信息。近年來，研究表明臨近地震前在近震源區(qū)地殼形變可能能觀測到個異常，通過地殼形變觀測對地震引發(fā)的地殼形變現(xiàn)象進行監(jiān)測，能夠有效降低地震造成的損失。除此之外，還有大面積水準、斷層形變以及地傾斜、重力、胴體應(yīng)變和鉆孔應(yīng)變等多方面內(nèi)容的觀測。

2 地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的發(fā)展

2.1 大地形變測量技術(shù)

自從1966年邢臺地震之后一直到1998年，我國依然應(yīng)用大地形變測量技術(shù)開展測量工作。大地測量觀測數(shù)據(jù)在地殼形變研究之中發(fā)揮過作用。但是該技術(shù)具備勞動強度過大、效率低、精度低以及觀測周期長等多方面的缺點，同時對于地震預(yù)報存在緩不濟急的問題，因此一般在中長期地震預(yù)報監(jiān)測工作之中應(yīng)用。GPS是大地測量技術(shù)的革命，現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展成熟。GPS地殼形變觀測技術(shù)的主要優(yōu)點就是成本較低、觀測精度高，同時可以在站點密度、觀測區(qū)域范圍、位移變化范圍、觀測數(shù)據(jù)采樣間隔以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果速度以及時效等多個方面有效滿足地震預(yù)報工作的各種工作需求。我國于1998年建立了一個以GPS為主要觀測技術(shù)、地震預(yù)報為核心目的的地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)，標志著我國地殼形變觀測以及地震預(yù)報發(fā)展新階段的開始。因為俄羅斯的GLONASS，中國的北斗以及歐洲的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展，GPS技術(shù)已經(jīng)和這些系統(tǒng)一同組成了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，多個系統(tǒng)組合在一起有效提升了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的觀測精度，特別是因為在同一時間內(nèi)觀測的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)數(shù)量的增加，因此單歷元的定位精度也隨之得到了較大的提升，有效提升了地震短臨地殼運動信息的探索效率和探索質(zhì)量。

2.2 地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)

為了對地震進行預(yù)報，特別是短臨地震進行預(yù)報，國外國家如俄羅斯、日本以及美國等國家在GPS技術(shù)應(yīng)用之前，就開始應(yīng)用地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)：如傾斜儀、應(yīng)變儀等儀器來進行地震預(yù)報，借此有效彌補傳統(tǒng)大地測量技術(shù)精度較低、采樣間隔較長以及只能在地表觀測等多方面的不足之處。雖然地形變連續(xù)觀測技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用非常早，甚至比GPS技術(shù)都要早很多，但是在多方面因素的影響之下，導致地形變連續(xù)觀測技術(shù)對于地震前兆以及震前形變異常觀測結(jié)果過于零散，這直接導致該技術(shù)在地震預(yù)報工作之中進展非常緩慢。地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)除了觀測儀器之外，還會涉及到站點的選擇以及密度、布設(shè)和構(gòu)成的圖形、觀測周期和觀測數(shù)據(jù)采樣率、輔助觀測項目和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫娴膬?nèi)容，對于較為成熟的觀測技術(shù)來說，增加觀測站點的密度就成為地殼形變連續(xù)觀測工作發(fā)展的主要方向。

2.3 地殼形變監(jiān)測網(wǎng)布局

因為我國大陸地震災(zāi)害主要為內(nèi)陸地震，獨特的地殼構(gòu)造條件以及強烈的地殼運動，為我國布網(wǎng)觀測地殼形變以及對地震前兆進行研究提供了非常優(yōu)良的場地條件。通過建設(shè)GPS觀測網(wǎng)，對我國地殼形變監(jiān)測網(wǎng)布局產(chǎn)生了根本上的改變，同時積累出大量的寶貴的觀測材料，有效促進了我國地殼形變觀測研究工作以及地震地殼形變前兆探索工作的進一步發(fā)展。

3 地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的應(yīng)用

一次地震災(zāi)害之中釋放出來的應(yīng)變能，只有在重新孕育之后才能夠引發(fā)下一次地震。因此，上一次地震的同震應(yīng)變的大小以及形狀能夠有助于工作人員對下一次地震的可能性進行預(yù)測有著積極的促進作用。但是，以過往的經(jīng)驗來看，只有極少數(shù)情況下能夠獲得精準的同震形變測量結(jié)果。造成這一情況的主要原因就是監(jiān)測網(wǎng)的精度以及密度均達不到相關(guān)要求標準。要想取得同震形變信息，必須要以10千米一點的密度建設(shè)高精度監(jiān)測網(wǎng)。因為我國許多地震都是發(fā)生在板塊邊界之上，因此通過沿板塊邊界觀測兩次地震之間的長期形變，有助于工作人員對應(yīng)變積累機制進行了解。要想對地震之前、同震以及地震之后地殼運動整個過程進行監(jiān)測，大地測量技術(shù)是唯一的方法。在地學之中，特別是在地震監(jiān)測預(yù)報工作之中，主要要求形變測量工作提供空間上地殼板塊相對運動、區(qū)域應(yīng)變場以及震源應(yīng)變場等多方面的數(shù)據(jù)信息。

在時間區(qū)域之中，要求獲取長期地震、中期地震以及短臨地震前兆應(yīng)變信息。各種形變測量技術(shù)有著不同的技術(shù)特點，其適用于不同的情況之下。以空間技術(shù)VLIB、GPS等技術(shù)為例，這些技術(shù)主要適用于基線長于200km同時絕對測量精度低于正負1cm的大范圍地殼形變測量工作之中，例如板塊運動;常見的大地形變測量技術(shù)如水準、側(cè)邊三角網(wǎng)等主要適用于基線長度為幾公里到幾十公里之間同時測量的絕對精度低于幾毫米的區(qū)域應(yīng)變場測量工作之中;應(yīng)變以及傾斜連續(xù)測量技術(shù)主要適用于基線長度低于1千米同時絕對測量精度低于1mm的震源應(yīng)變場測量工作之中。

先進的地殼形變觀測技術(shù)能夠有效壓低噪聲，提升信噪比。在經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展之后，地震前兆觀測技術(shù)取得非常大的發(fā)展成果，但是卻并未完全成功。因為連續(xù)觀測緩慢的前兆地球物理信息，對于儀器設(shè)備有著非常高的要求標準，同時需要對大量地標噪聲干擾情況進行有效避免，并將來自地球內(nèi)部的微小地震前兆信息進行監(jiān)測，因此難度非常大。要想有效獲取來自地球內(nèi)部的微小地震前兆信息，首先需要選擇一個合理的觀測位置，同時將儀器設(shè)備和地殼之間存在的完全耦合的問題進行解決。地表觀測工作具備低成本、寬敞等方面的特點，工作人員可以自由接近工作儀器，因此儀器安裝、維修工作難度較低。但是由于地表層具備松散、遍布裂隙等特點，因此地表層會和深部完整的地殼脫節(jié)，進而將地殼深部傳出的微小信息阻斷或者歪曲。除此之外，嚴重的地表噪聲將會將地殼深部傳來的信息淹沒或者模糊化。雖然應(yīng)用線性預(yù)報理論可以將這些干擾去除掉一部分，但是剩余的噪聲水平依然會對地殼深部傳來的信息產(chǎn)生嚴重影響。此外，部分干擾機制具備較強的復(fù)雜性，工作人員很難應(yīng)用數(shù)字模型對其進行模擬。因此要想通過數(shù)學方法將這些干擾進行去除是很難辦到的。要想將這些干擾有效解決，只有避開地表層，直接將觀測儀器安裝在地殼深處的基巖之上，借此有效提高觀測工作的效率以及質(zhì)量。通過應(yīng)用深部觀測法，能夠有效防止地表松散層阻隔、歪曲地殼深部傳來的信息，幫助工作人員獲得精準度較高的地殼深部信息。

結(jié)束語

地震的危害性非常大，其不僅會對我國民眾的人身安全產(chǎn)生嚴重威脅，同時還會對災(zāi)害地區(qū)的社會經(jīng)濟產(chǎn)生嚴重破壞，不利于我國建設(shè)和諧穩(wěn)定的社會。有鑒于此，我國有識之士必須要對地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的發(fā)展與應(yīng)用進行深入研究，借此有效將地震災(zāi)害帶來的損失降低到最小。

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鞏丹丹，生于1991年3月6日，籍貫陜西周至，漢族，就職于甘肅省地震局嘉峪關(guān)中心地震臺，郵編735100，畢業(yè)于防災(zāi)科技學院（大學本科工學學士），目前從事地震監(jiān)測工作（形變學科）。

第二作者：尚俊斌 男 甘肅定西19901119?? 中國地質(zhì)大學（北京），本科，甘肅省地震局嘉峪關(guān)中心地震臺，735100，地震監(jiān)測