浅谈地震形变观测中存在的弊端问题*

王春玲

(包头市地震局，内蒙古 包头 014030)

我国地震形变观测工作经过几十年的实践，积累出了许多宝贵经验和新的认识，但是我们目前还不能对大地形变中的地震前兆异常特征或反映得信息做出肯定判断，难以从形变观测结果中作出对地震预报的可靠性判断，只有分析原因找准问题才能有的放矢。

1 地震形变观测与预报需求所表现出的不对应性

1.1 观测思路步入误区

运用大地形变观测技术进行地震探索预报，是在上世纪三十年代由大地测量技术借用过来的，起初科学家们依据地震前出现的各种形变现象，根据形变量的大小变化来捕捉、判断地震。经过几十年的实践，发现事实并非随人们当初预想的那样，因为在大地形变中既存在有蕴藏着诱发地震的可能性，同时也夹杂有各种各样的大地形变和地表形变，地震活动和其它形变活动都在其中。为了能从形变中找出与地震活动有关的信息，地震工作者想到通过观测固体潮的规律变化来找出诱发地震成因的一些蛛丝马迹。因此在过去一段时间内一直将潮汐引力认为是诱发地震的外在因素，因此将观测固体潮的规律变化作为了地震观测的主要目标，随着对固体潮观测资料的积累，特别是经过大量的震例分析对比，现今逐渐意识到诱发地震的因素不仅是来自外部而更主要的是来自地球内部的某些变化，我们过去在这方面的一些认识是不恰当的。

正是有了过去那样的认识，导致了现行的形变观测仪布局方式，该方式在形变观测中得到的观测数据主要反应的是单一分量上的倾斜、应力应变量以及位移量的变化，用这些单分量的观测数据想要描述大地活动的真实全貌都很困难，而我们又想从中找出可靠的地震信息，可想其难度之大。此外，由于形变仪器均安装在地表位，使得观测数据往往反应的是地表形变的信息量，既使有一些真的地震信息也会被其掩盖、混杂，而我们目前的技术手段还难以有效地全面从中识别、提取这些信息。显然靠现有的这些观测要素(位移量、倾斜量、应力应变、重力场)来分析、解释清这些复杂现象是不可能的。

大地形变测量要的只是地表变化的各项形变量，地震预报则需要的是地下活动时产生出的各种形变量，两者在需求上有着本质性的区别。这就要求地震形变前兆观测不应全面照搬大地形变测量中的原理和方式，应有一套自己的观测思路和方式，有针对性地观测。可是至今在形变观测中还是一直沿用着大地形变测量中的技术思路，没有明确指出自己的主要观测目标和对象，不加修正地全面照搬，这必然导致了结果与根本要求相差甚远。

1.2 观测要素不足

地震活动是板块间力的相互作用结果，板块间的作用必然会体现到一种力的变化，而力的作用方向和作用点是描述一个力在作用过程中的基本要素。地震预报需要得到的是一个空间概念上的参数(地震三要素)，要想确定出发震点必须要以力的作用方向和作用点为依据，这是必不可少的要素。目前我们还没有一种专用仪器设备可以直接获得地下作用力的方向和作用点，只能以应力应变量的变化来推断出地下作用力的变化。这种方法可靠性不强，因为在很多情况下应力应变量的变化并不与作用力的方向呈一致性，特别是在有地表形变干扰的情况下。因此掌握到地下作用力和作用点对形变观测非常重要，现行的形变观测中恰恰缺少这两项关键要素。如能利用现有的技术手段掌握到地下应力的作用点和方向对提升形变观测的意义会起到至关重要的作用。

1.3 观测数据间缺少整体性的协调对应关系

在观测实践中常常会遇到这两种情况，同一套仪器的不同分量会出现两种不同的变化状况，当某一分量上出现了特殊变化情况后，而另一分量上却不明显或根本没有变化。另一种现象是不同仪器间的观测物理量间没有配合对应关系。以水管仪和伸缩仪为例，现行的台站都是将水管仪和伸缩仪合并安装，希望测得的是当地面受到固体潮影响时，水管仪出现一个倾斜变化量β，相应的伸缩仪会出现对应的应变量Δδ(图1)。而实际中，在许多情况下应变量不与倾斜成对变化，两物理量之间对应关系无法成立。造成上述现象的原因是当初对形变仪器的作用效果认识不足，没能有效恰当地应用好仪器的工作原理，这一错误也导致了各观测手段的观测分量间构不成一个整体关系，不存在有物理学中矢量三角关系(已知两个量可确定出第三个量)，形成了不同仪器和同一仪器的不同分量间的观测物理量无法进行相互验证计算。这样对数据分析造成很大难度，当某一曲线出现的不同异常特征时，观测人员很难对其做出合理正确的解释。

图1:倾斜、应变对应关系图

1.4 台站的职能作用没能充分发挥出来

形变台站在地震预报中没能发挥出理想的作用效果，除了有仪器本身的原因以外，还与台站的布局有关。过去由于我们对仪器的功能作用认识不足，在台站的建设中只考虑到台网密度要求，没有考虑到怎样才能有效的发挥出台站的职能作用，这一至关重要的问题。经过这几十年的运行，现行的布局方式上的一些弊端也显露出来。一是有限的资源没能充分利用好，台站的孤立性、随意性强。因为台站的数目有限，而要用这些有限的台站进行大面积广泛布局，必然显得台网密度稀疏，盲目随意布点使得台站处在“孤立”的独军奋战位置。这就要求在台站布局上要“精打细算”，才能发挥出其应有的作用。二是缺少整体性作用效果的考虑，目前的台站在位置关系、距离关系间都构不成联系。使的各台站成为“各自为战”的局面，观测资料不能相互配合验证，缺少整体功能作用，这些因素的存在都严重影响到了台站的职能作用的发挥。

正是由于以上几方面的原因，使的现行的形变观测结果与地震预报的基本要求不能适应，导致我们面对各种形变现象时无法甄别出是正常的大地形变变化还是地震前兆异常，造成地形变观测工作处于一种停滞不前状态。

2 形变观测应明确的思路和目标

形变观测的目地是要为地震预报服务，它是想通过测量大地形变的各种观测要素的变化(如水平、垂直位移及重力场的变化)，获取信息并以此为依据做出地震预报。在将理论设想转化为现实的操作中，我们遇到了两个难题，一是要判定出观测到的形变量是来至地下还是局部干扰形变;其次要确定出怎样才能判断出大地形变中是否存在有地震的可能性。

如何判定地表形变和大地形变问题:随着人们对地震活动的认识不断提高，特别是GPS技术的应用，发现地震前形变活动是在一个大的区域场内进行的，其与板块间的相互持续、缓慢作用过程相一致。因此应依据这一特性来作为判别地表形变和大地形变的标准，如果观测到的形变现象能符合上述特征，就可以断定这属于前兆异常。要找到这一异常特征就应该要求形变观测要在一个较大的局域内构成一个统一体系(不能搞单一作战，要形成整体)，具体到操作中就是要设法让观测台站间构建出一个参照体，这样才能对各台站的运动变化做出准确判断。因为单一台站如果是处在形变运动体中，它是无法测定出其中变化的情况，就像漂浮移动的物体只有两个或两个以上的物体形成相互参照才能判定出其变化情况。

大地形变中是否含有地震信息:如果非要从形变现象中，判定出正常形变与孕震形变两者的差别，这是一件非常困难事情。因为在孕震过程必伴有形变，这以被大量实际观测和实验所证实，而形变过程未必就有震，这又是一个普遍现象。在孕震过程与正常形变中有一道让我们难以分辩的“分水岭”界限，很难确定出在什么情况下会有震，什么情况下没震。正是这条界线使得我们感到迷茫、困惑，无所适从，有一种找不到思路无从下手的感觉。其实仔细分析，既然形变过程是由力的作用产生，而我们又无法从地形变现象中判定出前兆异常，为何不将思路的重心焦点转移一下，绕开复杂的形变现象从力的角度去思考、探寻呢?地震活动反映的是板块间作用力关系的变化，通过地下应力的变化去捕捉那些能够体现孕震时特有规律和表现，也许会有大的突破。如果我们能有办法获取到地下作用力的方向和作用点，将其作为形变观测主要观测目标，并以此来作为地震前兆异常地震预报的判断依据，也许会有另一番前景。

3 结束语

利用形变技术进行地震预报，本身就是一个摸索总结的过程，虽然近几年我们由模拟到数字在仪器设备方面有了质的跨越，但是在地震预报方面仍没有大的进展。其原因与我们的思路受约束，探索实践停留在原有的认知水平内，有着很大关系。要想突破现状只有集思广意，勇于实践创新，才会找到解决问题的出路。

［1］中国地震局监测预报司.地球物理学概论［M］.北京:地震出版社，2007.

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