李寧 王卓識

摘 要：我國是遭遇自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，其中尤以地震為甚。我國地震的發(fā)生具有頻度高、強度大、震源淺、分布廣等特點，嚴(yán)重威脅著廣大人民群眾的生命安全。通過運用一系列防震減震措施，可有效提升我國處置地震災(zāi)害的各項能力。地殼形變觀測作為一種有效的觀測方法，現(xiàn)已在地震監(jiān)測預(yù)報工作中獲得了廣泛應(yīng)用。本文主要論述了地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的發(fā)展與應(yīng)用。通過對此項技術(shù)的深入探討，以期為地震監(jiān)測預(yù)報工作提供一定的參考，將地震造成的損失降至最低。

關(guān)鍵詞：地殼形變觀測;地震監(jiān)測預(yù)報;發(fā)展;應(yīng)用

中圖分類號：P315.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0138-03

The Development and Application of Crustal Deformation

Observation in Earthquake Monitoring and Prediction

LI Ning WANG Zhuoshi

（Changchun Yushu Earthquake Monitoring Station，Changchun Jilin 130400）

Abstract： China is one of the countries suffering from the most serious natural disasters， especially the earthquake. The occurrence of earthquakes in China is characterized by high frequency， high intensity， shallow focus and wide distribution， which seriously threatens the lives of the masses. By using a series of anti earthquake and shock absorption measures， we can effectively improve our ability to deal with earthquake disasters. As an effective observation method， crustal deformation observation has been widely used in earthquake monitoring and prediction. This paper mainly discussed the development and application of crustal deformation observation in earthquake monitoring and prediction. Through the in-depth discussion of this technology， we hope to provide some reference for the earthquake monitoring and prediction work and minimize the loss caused by the earthquake.

Keywords： crustal deformation observation;earthquake monitoring and prediction;development;application

隨著對地震發(fā)生機制的深入研究，現(xiàn)已初步探明地震的發(fā)生與地殼形變有著密切聯(lián)系。在地震進(jìn)行過程中，最為突出的變化為地殼形變。形變的規(guī)模及烈度直接影響震級。通過檢測地殼形變，可實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)地震發(fā)生情況的長期觀測，并為地震預(yù)報提供較為精準(zhǔn)的依據(jù)。因此，在地震防范工作中，應(yīng)將地殼形變觀測作為一項重要的工作內(nèi)容，進(jìn)而保障社會經(jīng)濟健康運轉(zhuǎn)及廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

1 地震造成的災(zāi)害

1.1 地震造成的直接危害

由于地震具有巨大的破壞性，因此，發(fā)生地震時會在極為短暫的時間內(nèi)造成嚴(yán)重危害。例如，地面出現(xiàn)裂縫、冒漿，山體出現(xiàn)滑坡、泥石流，海底地震還會造成海嘯，產(chǎn)生毀滅性災(zāi)害。另外，在某些大地震中還伴有地光等情況，進(jìn)而造成火災(zāi)的發(fā)生。

1.2 地震造成的次生危害

由于地震發(fā)生區(qū)域的狀況不同，因此，生災(zāi)害的表現(xiàn)也不盡相同，其中表現(xiàn)最為突出的次生災(zāi)害為火災(zāi)。例如，震中區(qū)域為電力設(shè)施較為密集的區(qū)域，會造成電力線路被破壞，進(jìn)而產(chǎn)生一系列火災(zāi);破壞易燃危險物品的存儲空間，使這些危險品處在毫無防護(hù)措施的情況下，從而造成嚴(yán)重危害;造成毒氣泄漏、瘟疫等。這些均是地震發(fā)生后需要嚴(yán)密監(jiān)測的次生災(zāi)害，會對區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響。地震破壞性較大，嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命安全，在進(jìn)行搶險救災(zāi)時，應(yīng)時刻將搶救傷員作為第一要務(wù)。

2 地殼形變觀測的方法

地震產(chǎn)生時，因內(nèi)部力量急劇增長，會造成巖石出現(xiàn)細(xì)微變化，此種變化雖極其微弱，但依舊可以通過專業(yè)儀器測得。例如，利用激光測量及水準(zhǔn)儀測量，可通過檢測地理標(biāo)志間的位置變化或高度變化，從而測得地殼運動的活躍程度。地殼運動觀測主要依賴于成熟的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），現(xiàn)已在我國各大地震臺網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1]。利用此項技術(shù)可實現(xiàn)對大陸地塊相對運動速率的監(jiān)測，可實時監(jiān)測較大范圍內(nèi)的地殼形變。通過測量斷層形變，可實現(xiàn)較為精確的地震監(jiān)測預(yù)報。定點測量形變指標(biāo)可以直接反映出地殼運動的實時狀況，進(jìn)而實現(xiàn)對地殼破壞前的地震力學(xué)指標(biāo)監(jiān)測。通過研究可以看出，在地震即將發(fā)生前，距離震源較近區(qū)域會產(chǎn)生地殼的形變。進(jìn)行地殼形變監(jiān)測可實現(xiàn)對地震的實時監(jiān)測，一旦監(jiān)測到地殼形變異常，可及時發(fā)出相應(yīng)的地震預(yù)警信息。

3 地殼形變前兆研究

大型地震的發(fā)生概率較低，因此應(yīng)首先建立起完善的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行技術(shù)升級，通過長時間開展各種形式的地震監(jiān)測，將所獲取到的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合系統(tǒng)分析，從而達(dá)到認(rèn)識地殼形變規(guī)律的目的。在進(jìn)行地殼形變前兆研究時，受限于較大地震發(fā)生概率低的影響，無法獲取到詳細(xì)的研究數(shù)據(jù)。

3.1 地震監(jiān)測預(yù)報的發(fā)展

我國自建國以來發(fā)生了數(shù)次規(guī)模較大的地震，如邢臺地震、海城地震、唐山地震。水準(zhǔn)測量地殼垂直形變技術(shù)在海城地震預(yù)報中發(fā)揮出了極大作用，后期發(fā)生的唐山地震預(yù)報失敗雖然對地震預(yù)報工作造成了極大打擊，但仍從唐山地震中獲取到了地殼運動的一些規(guī)律性知識，并對連續(xù)形變測量技術(shù)進(jìn)行了初步探索。在采取GPS技術(shù)進(jìn)行地震監(jiān)測預(yù)報時，國外一些應(yīng)用了大量密集GPS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的國家發(fā)生了較為嚴(yán)重的大地震。這些地區(qū)的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)并未成功監(jiān)測到頻繁活動的地殼運動，由此產(chǎn)生了“地震不可預(yù)報”的言論，人們普遍對此項技術(shù)持懷疑態(tài)度。尤其是隨著2008年5月12日汶川8.0地震及2011年3月11日日本9.0地震預(yù)報失敗，GPS網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)最為密集的區(qū)域卻無法預(yù)報出震級如此高的地震，使得人們有足夠理由懷疑此項技術(shù)的作用。

3.2 對汶川地震地殼形變前兆的分析

通過對汶川地震發(fā)生前后的GPS觀測結(jié)果進(jìn)行分析，證明了地震發(fā)生前的地殼運動是可以預(yù)測的。汶川地震發(fā)生區(qū)域內(nèi)具有較為密集的地殼運動監(jiān)測站點，并在此次地震發(fā)生前進(jìn)行了4次重點監(jiān)測。其中，四川地震局在震中區(qū)域還設(shè)置了數(shù)個GPS連續(xù)觀測站點，且進(jìn)行了長達(dá)數(shù)月的持續(xù)觀測。這為研究地殼形變提供了較為豐富的資料，促進(jìn)了震前預(yù)測水平的提升。在汶川地震前期，附近的基準(zhǔn)站水平位移時間序列顯著異常，并且所涉及范圍較廣泛。通過進(jìn)一步研究表明，此次地震前的應(yīng)變異常發(fā)展過程清晰，其所涉及的異常范圍明顯擴大。區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)百家觀測站均監(jiān)測到了此種情況的發(fā)生。2009年，通過分析汶川地震中的4個GPS觀測站資料，獲得了多個地震波的觀測結(jié)果。汶川地震中采用的GPS觀測技術(shù)對獲取地震發(fā)生時的地殼形變做出了重要貢獻(xiàn)，在長期及短期觀測中均能發(fā)揮出巨大作用。這些異常狀況從不同角度提供了地震發(fā)生前的各項變化情況，如震中位置、發(fā)生時間、強度等。這使得我國利用GPS觀測技術(shù)實現(xiàn)對地殼形變異常的觀測成為可能[2]。

4 地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的發(fā)展

4.1 大地形變測量技術(shù)

我國于1963年開始應(yīng)用大地形變測量技術(shù)，在1966年邢臺地震后，地震活動較為頻繁的區(qū)域開展了大范圍的大地形變測量工作。此項測量工作在地震監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用，在1998年之前一直是我國地震監(jiān)測的主要方式。但此項技術(shù)存在一定的弊端，如勞動強度過大、精確性較差、觀測周期過長等，加之此項技術(shù)時效性較差，因此僅限于在中長期地震監(jiān)測時應(yīng)用。GPS技術(shù)的出現(xiàn)極大促進(jìn)了大地形變測量技術(shù)的快速發(fā)展，實現(xiàn)了此項技術(shù)的革命性突破。GPS地殼形變測量技術(shù)具有成本低、精度高等優(yōu)點，并且實現(xiàn)了多站點觀測，同時在觀測數(shù)據(jù)采樣間隔、時效性等方面極大滿足了當(dāng)下地震監(jiān)測預(yù)報的需求[3]。我國于1998年建立起了以GPS作為主要觀測技術(shù)的地殼運動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，這成為我國地殼形變觀測及地震監(jiān)測預(yù)報的新一輪技術(shù)革命。隨著世界各地區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展，我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與歐洲伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯（GLONASS）連同GPS一同組成了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。多系統(tǒng)的共同應(yīng)用極大提高了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，這對監(jiān)測地殼運動起到了積極的推動作用。

4.2 地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)

GPS技術(shù)還沒有廣泛應(yīng)用之前，西方一些發(fā)達(dá)國家如美國、俄羅斯就開始采取地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)進(jìn)行地震預(yù)報。這對傳統(tǒng)的大地形變測量技術(shù)是一個有益補充。地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)出現(xiàn)及應(yīng)用較早，但由于受到多方面因素的影響，其產(chǎn)生的觀測結(jié)果較為分散，這極大限制了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。地殼形變連續(xù)觀測技術(shù)對站點密度要求較高，并且受觀測周期等因素的影響。因此，應(yīng)用此項技術(shù)的關(guān)鍵之處在于增加相應(yīng)的觀測站點。

4.3 布局地殼形變監(jiān)測網(wǎng)

我國的地震災(zāi)害主要為內(nèi)陸地震，較為頻繁的地殼運動使得建立廣泛的地殼形變監(jiān)測網(wǎng)成為可能。GPS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的成熟發(fā)展對構(gòu)建地殼形變監(jiān)測網(wǎng)起到了極大的促進(jìn)作用，并且在工作過程中積累起了大量的寶貴資料，有效促進(jìn)了我國地震地殼形變監(jiān)測及前兆預(yù)測工作的順利開展。

5 地殼形變觀測在地震監(jiān)測預(yù)報中的應(yīng)用

5.1 大地測量技術(shù)在地殼形變觀測中的作用

地震釋放出一定的能量之后，需要重新進(jìn)行能量積累方可進(jìn)入下一次地震活躍期。據(jù)此，研究人員可通過計算地震釋放出的能量進(jìn)行下次地震預(yù)測。但就實際觀察效果來看，符合這一特點的同震形變數(shù)量極少。造成此種局面的主要原因在于，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)精度及密度方面均未能達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求。在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，應(yīng)以不低于10km作為建設(shè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的密度值[4]。由于我國地震往往在兩個板塊的交界處發(fā)生，因此，可長期監(jiān)測板塊交界處兩次地震之間的形變過程，這有利于監(jiān)測人員了到相應(yīng)的應(yīng)變積累機制。若想全方位了解地震發(fā)生時的地殼變化情況，應(yīng)重視大地測量技術(shù)的應(yīng)用。在進(jìn)行地震預(yù)報時，形變測量工作可實現(xiàn)對地殼板塊相對運動及區(qū)域、震源應(yīng)變場的及時觀測，進(jìn)而獲得豐富的資料。

5.2 地殼形變測量技術(shù)的分類及應(yīng)用

地震監(jiān)測過程中，應(yīng)將獲取地震前兆作為主要工作。各種類型的形變測量技術(shù)有其自身特點。其中，GPS作為影響范圍最大、效果極好的應(yīng)用系統(tǒng)，較為適用于基線長度大于200km并且測量精度低于±1cm的地殼形變測量之中。另外，大地形變測量技術(shù)適用于基線長度較低且測量精度要求不高的測量之中。

5.3 地殼形變測量技術(shù)可有效實現(xiàn)預(yù)報的精準(zhǔn)性

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，地殼形變技術(shù)已實現(xiàn)有效降低噪聲干擾，使信噪比符合監(jiān)測需求。地震前兆觀測技術(shù)在經(jīng)過一段時期的發(fā)展后，現(xiàn)已取得了較為豐富的研究成果，但由于受限于技術(shù)因素，仍未取得較大突破。若想實現(xiàn)較長時期內(nèi)對地球物理信息進(jìn)行連續(xù)觀測，需要應(yīng)用較高質(zhì)量的儀器設(shè)備。另外，在觀測中需要及時剔除各項因素的干擾，進(jìn)而實現(xiàn)對地震前兆微小信息的捕捉及監(jiān)測。若想實現(xiàn)對微弱的地震前兆信息進(jìn)行有效監(jiān)控，應(yīng)首先遴選出最佳觀測位置。但由于地表層較為松散且裂縫較多，這會導(dǎo)致地表層與地殼之間產(chǎn)生嚴(yán)重脫節(jié)的情況，造成地殼深部傳出的信息無法傳遞到地表層，另外，較為嚴(yán)重的地表噪聲會造成接收到的地殼信息模糊不清等，進(jìn)而出現(xiàn)錯誤判斷。在此過程中，看采取線性預(yù)報技術(shù)將影響降到最小[5]。干擾機制較為復(fù)雜，若想對其進(jìn)行數(shù)字技術(shù)模擬，難度較大。為了排除干擾因素，應(yīng)將測量儀器安裝于地殼深處的巖石上。

6 結(jié)語

由于地震造成的危害性極大，且地震具有不可避免性，因此有必要進(jìn)行各項預(yù)報工作，盡最大可能降低地震造成的損失。我國作為世界范圍內(nèi)地震高發(fā)國家之一，應(yīng)將地震監(jiān)測研究放到重要位置。只有實現(xiàn)地震的精準(zhǔn)預(yù)報，才能避免因預(yù)報失誤而造成嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。

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