地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用研究

巩丹丹 尚俊斌

【摘要】我国是世界上地震比较多的国家，同时也是受到地震灾害最为严重的国家之一。通过降低地震灾害，能够有效保障我国社会经济的可持续发展以及人民群众的生命财产安全。有鉴于此，本文浅谈地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用，期望能够借此为我国地震监测预报工作提供借鉴，有效降低我国地震灾害造成的损失。

【关键词】地壳形变观测;地震监测预报;发展与应用

中图分类号：P315.7

地震的孕育以及产生和地壳形变之间存在紧密的关联性，地壳形变是地震过程当中最直观的一种线性变化，因此通过对地壳形变的状态进行检测，能够为地震监测以及预报提供至关重要的依据。因此，对地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用进行研究就势在必行，借此能够将地壳形变观测的作用完全发挥出来，有效预防突发性的地震灾害对我国社会经济以及民众的生命安全产生严重危害。

1 地壳形变观测在地震监测预报中应用的重要性

地震是群灾之首，其具备突发性强、破坏性大、影响范围广、防御难度大以及次生灾害严重等多方面的特点。我国是世界上震害最重的国家之一，提高地震预测预报水平是国家和社会公众的迫切需求。

地震带来的直接灾害主要有以下几个方面：建筑以及构筑物的破坏，如房屋倒塌、桥梁断落、公路开裂以及铁路变形等等;对地面产生破坏，如地面出现裂缝、喷水冒砂等现象;山体等自然环境的，如山崩、滑坡、天然水池干涸等等;海啸，海底地震将会造成巨大海浪冲上海岸，进而对沿海地区产生毁灭性灾害。除此之外，在一些大地震之中还会出现地光烧伤人畜的情况。在发生地震灾害之后，伴随而来的还有次生灾害，甚至，某些情况之下，地震带来的次生灾害所造成的人员伤亡以及经济损失甚至比地震灾害还要大。以1932年日本发生的关东大地震为例，在地震来临之际倒塌的房屋仅仅只有1万间左右，但是因为该地震衍生出来的次生灾害火灾却烧毁了七十余万间房屋。地震带来的次生灾害主要分为以下四种类型：第一种，火灾，主要是因为地震之后火源失控所导致的次生灾害;第二种，水灾，主要是因为地震造成水坝决口或者山崩塞住河道所导致的;第三种，毒气泄漏，主要是因为地震对建筑物或者相关装置造成破坏所导致的的;第四种，瘟疫，主要是地震对生态环境造成严重破坏所导致的。地震灾害将会对其发生地区带来严重的经济损失，同时还会产生大量的人员伤亡，不利于我国和谐稳定社会的建设工作。

在发生地震的过程当中，地球内部的力量会让岩石出现一些非常微小的改变，但是通过专业化的仪器是可以实现对这种微小变化的观测的。例如通过激光测量地标标志之间发生的微小距离变化;利用水准仪对地面固定点的高差变化情况进行检测等等。地壳运动观测技术是建立在全球卫星定位系统之上的，现今已经在我国各大地区地震检测工作之中得到了充分应用，通过应用该技术能够帮助工作人员计算出大路地块的相对运动速率，同时获得大范围的地壳形变运动图像。在构造活动区之中，通过对地震活动断层的形变进行测量，可以实现对地震进行预测，从而在地震灾害发生的过程当中及时止损。地应变、地倾斜等定点形变测量指标能直接反映地壳介质的微动态变化，从而捕捉到地壳介质破裂前的力学变化信息。近年来，研究表明临近地震前在近震源区地壳形变可能能观测到个异常，通过地壳形变观测对地震引发的地壳形变现象进行监测，能够有效降低地震造成的损失。除此之外，还有大面积水准、断层形变以及地倾斜、重力、胴体应变和钻孔应变等多方面内容的观测。

2 地壳形变观测在地震监测预报中的发展

2.1 大地形变测量技术

自从1966年邢台地震之后一直到1998年，我国依然应用大地形变测量技术开展测量工作。大地测量观测数据在地壳形变研究之中发挥过作用。但是该技术具备劳动强度过大、效率低、精度低以及观测周期长等多方面的缺点，同时对于地震预报存在缓不济急的问题，因此一般在中长期地震预报监测工作之中应用。GPS是大地测量技术的革命，现今已经发展成熟。GPS地壳形变观测技术的主要优点就是成本较低、观测精度高，同时可以在站点密度、观测区域范围、位移变化范围、观测数据采样间隔以及数据处理结果速度以及时效等多个方面有效满足地震预报工作的各种工作需求。我国于1998年建立了一个以GPS为主要观测技术、地震预报为核心目的的地壳运动观测网络，标志着我国地壳形变观测以及地震预报发展新阶段的开始。因为俄罗斯的GLONASS，中国的北斗以及欧洲的伽利略卫星导航系统的发展，GPS技术已经和这些系统一同组成了全球导航卫星系统，多个系统组合在一起有效提升了全球导航卫星系统的观测精度，特别是因为在同一时间内观测的全球导航卫星系统数量的增加，因此单历元的定位精度也随之得到了较大的提升，有效提升了地震短临地壳运动信息的探索效率和探索质量。

2.2 地壳形变连续观测技术

為了对地震进行预报，特别是短临地震进行预报，国外国家如俄罗斯、日本以及美国等国家在GPS技术应用之前，就开始应用地壳形变连续观测技术：如倾斜仪、应变仪等仪器来进行地震预报，借此有效弥补传统大地测量技术精度较低、采样间隔较长以及只能在地表观测等多方面的不足之处。虽然地形变连续观测技术的发展以及应用非常早，甚至比GPS技术都要早很多，但是在多方面因素的影响之下，导致地形变连续观测技术对于地震前兆以及震前形变异常观测结果过于零散，这直接导致该技术在地震预报工作之中进展非常缓慢。地壳形变连续观测技术除了观测仪器之外，还会涉及到站点的选择以及密度、布设和构成的图形、观测周期和观测数据采样率、辅助观测项目和数据传输等多方面的内容，对于较为成熟的观测技术来说，增加观测站点的密度就成为地壳形变连续观测工作发展的主要方向。

2.3 地壳形变监测网布局

因为我国大陆地震灾害主要为内陆地震，独特的地壳构造条件以及强烈的地壳运动，为我国布网观测地壳形变以及对地震前兆进行研究提供了非常优良的场地条件。通过建设GPS观测网，对我国地壳形变监测网布局产生了根本上的改变，同时积累出大量的宝贵的观测材料，有效促进了我国地壳形变观测研究工作以及地震地壳形变前兆探索工作的进一步发展。

3 地壳形变观测在地震监测预报中的应用

一次地震灾害之中释放出来的应变能，只有在重新孕育之后才能够引发下一次地震。因此，上一次地震的同震应变的大小以及形状能够有助于工作人员对下一次地震的可能性进行预测有着积极的促进作用。但是，以过往的经验来看，只有极少数情况下能够获得精准的同震形变测量结果。造成这一情况的主要原因就是监测网的精度以及密度均达不到相关要求标准。要想取得同震形变信息，必须要以10千米一点的密度建设高精度监测网。因为我国许多地震都是发生在板块边界之上，因此通过沿板块边界观测两次地震之间的长期形变，有助于工作人员对应变积累机制进行了解。要想对地震之前、同震以及地震之后地殼运动整个过程进行监测，大地测量技术是唯一的方法。在地学之中，特别是在地震监测预报工作之中，主要要求形变测量工作提供空间上地壳板块相对运动、区域应变场以及震源应变场等多方面的数据信息。

在时间区域之中，要求获取长期地震、中期地震以及短临地震前兆应变信息。各种形变测量技术有着不同的技术特点，其适用于不同的情况之下。以空间技术VLIB、GPS等技术为例，这些技术主要适用于基线长于200km同时绝对测量精度低于正负1cm的大范围地壳形变测量工作之中，例如板块运动;常见的大地形变测量技术如水准、侧边三角网等主要适用于基线长度为几公里到几十公里之间同时测量的绝对精度低于几毫米的区域应变场测量工作之中;应变以及倾斜连续测量技术主要适用于基线长度低于1千米同时绝对测量精度低于1mm的震源应变场测量工作之中。

先进的地壳形变观测技术能够有效压低噪声，提升信噪比。在经过几十年的不断发展之后，地震前兆观测技术取得非常大的发展成果，但是却并未完全成功。因为连续观测缓慢的前兆地球物理信息，对于仪器设备有着非常高的要求标准，同时需要对大量地标噪声干扰情况进行有效避免，并将来自地球内部的微小地震前兆信息进行监测，因此难度非常大。要想有效获取来自地球内部的微小地震前兆信息，首先需要选择一个合理的观测位置，同时将仪器设备和地壳之间存在的完全耦合的问题进行解决。地表观测工作具备低成本、宽敞等方面的特点，工作人员可以自由接近工作仪器，因此仪器安装、维修工作难度较低。但是由于地表层具备松散、遍布裂隙等特点，因此地表层会和深部完整的地壳脱节，进而将地壳深部传出的微小信息阻断或者歪曲。除此之外，严重的地表噪声将会将地壳深部传来的信息淹没或者模糊化。虽然应用线性预报理论可以将这些干扰去除掉一部分，但是剩余的噪声水平依然会对地壳深部传来的信息产生严重影响。此外，部分干扰机制具备较强的复杂性，工作人员很难应用数字模型对其进行模拟。因此要想通过数学方法将这些干扰进行去除是很难办到的。要想将这些干扰有效解决，只有避开地表层，直接将观测仪器安装在地壳深处的基岩之上，借此有效提高观测工作的效率以及质量。通过应用深部观测法，能够有效防止地表松散层阻隔、歪曲地壳深部传来的信息，帮助工作人员获得精准度较高的地壳深部信息。

结束语

地震的危害性非常大，其不仅会对我国民众的人身安全产生严重威胁，同时还会对灾害地区的社会经济产生严重破坏，不利于我国建设和谐稳定的社会。有鉴于此，我国有识之士必须要对地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用进行深入研究，借此有效将地震灾害带来的损失降低到最小。

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巩丹丹，生于1991年3月6日，籍贯陕西周至，汉族，就职于甘肃省地震局嘉峪关中心地震台，邮编735100，毕业于防灾科技学院（大学本科工学学士），目前从事地震监测工作（形变学科）。

第二作者：尚俊斌 男 甘肃定西19901119   中国地质大学（北京），本科，甘肃省地震局嘉峪关中心地震台，735100，地震监测