地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用

李宁 王卓识

摘 要：我国是遭遇自然灾害最为严重的国家之一，其中尤以地震为甚。我国地震的发生具有频度高、强度大、震源浅、分布广等特点，严重威胁着广大人民群众的生命安全。通过运用一系列防震减震措施，可有效提升我国处置地震灾害的各项能力。地壳形变观测作为一种有效的观测方法，现已在地震监测预报工作中获得了广泛应用。本文主要论述了地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用。通过对此项技术的深入探讨，以期为地震监测预报工作提供一定的参考，将地震造成的损失降至最低。

关键词：地壳形变观测;地震监测预报;发展;应用

中图分类号：P315.7 文献标识码：A 文章编号：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

隨着对地震发生机制的深入研究，现已初步探明地震的发生与地壳形变有着密切联系。在地震进行过程中，最为突出的变化为地壳形变。形变的规模及烈度直接影响震级。通过检测地壳形变，可实现对区域内地震发生情况的长期观测，并为地震预报提供较为精准的依据。因此，在地震防范工作中，应将地壳形变观测作为一项重要的工作内容，进而保障社会经济健康运转及广大人民群众的生命财产安全。

1 地震造成的灾害

1.1 地震造成的直接危害

由于地震具有巨大的破坏性，因此，发生地震时会在极为短暂的时间内造成严重危害。例如，地面出现裂缝、冒浆，山体出现滑坡、泥石流，海底地震还会造成海啸，产生毁灭性灾害。另外，在某些大地震中还伴有地光等情况，进而造成火灾的发生。

1.2 地震造成的次生危害

由于地震发生区域的状况不同，因此，生灾害的表现也不尽相同，其中表现最为突出的次生灾害为火灾。例如，震中区域为电力设施较为密集的区域，会造成电力线路被破坏，进而产生一系列火灾;破坏易燃危险物品的存储空间，使这些危险品处在毫无防护措施的情况下，从而造成严重危害;造成毒气泄漏、瘟疫等。这些均是地震发生后需要严密监测的次生灾害，会对区域内的生态环境产生重大影响。地震破坏性较大，严重威胁着人民群众的生命安全，在进行抢险救灾时，应时刻将抢救伤员作为第一要务。

2 地壳形变观测的方法

地震产生时，因内部力量急剧增长，会造成岩石出现细微变化，此种变化虽极其微弱，但依旧可以通过专业仪器测得。例如，利用激光测量及水准仪测量，可通过检测地理标志间的位置变化或高度变化，从而测得地壳运动的活跃程度。地壳运动观测主要依赖于成熟的全球卫星定位系统（GPS），现已在我国各大地震台网系统中得到广泛应用[1]。利用此项技术可实现对大陆地块相对运动速率的监测，可实时监测较大范围内的地壳形变。通过测量断层形变，可实现较为精确的地震监测预报。定点测量形变指标可以直接反映出地壳运动的实时状况，进而实现对地壳破坏前的地震力学指标监测。通过研究可以看出，在地震即将发生前，距离震源较近区域会产生地壳的形变。进行地壳形变监测可实现对地震的实时监测，一旦监测到地壳形变异常，可及时发出相应的地震预警信息。

3 地壳形变前兆研究

大型地震的发生概率较低，因此应首先建立起完善的监测网络，并进行技术升级，通过长时间开展各种形式的地震监测，将所获取到的数据资料进行综合系统分析，从而达到认识地壳形变规律的目的。在进行地壳形变前兆研究时，受限于较大地震发生概率低的影响，无法获取到详细的研究数据。

3.1 地震监测预报的发展

我国自建国以来发生了数次规模较大的地震，如邢台地震、海城地震、唐山地震。水准测量地壳垂直形变技术在海城地震预报中发挥出了极大作用，后期发生的唐山地震预报失败虽然对地震预报工作造成了极大打击，但仍从唐山地震中获取到了地壳运动的一些规律性知识，并对连续形变测量技术进行了初步探索。在采取GPS技术进行地震监测预报时，国外一些应用了大量密集GPS监测网络的国家发生了较为严重的大地震。这些地区的地震监测网络并未成功监测到频繁活动的地壳运动，由此产生了“地震不可预报”的言论，人们普遍对此项技术持怀疑态度。尤其是随着2008年5月12日汶川8.0地震及2011年3月11日日本9.0地震预报失败，GPS网络铺设最为密集的区域却无法预报出震级如此高的地震，使得人们有足够理由怀疑此项技术的作用。

3.2 对汶川地震地壳形变前兆的分析

通过对汶川地震发生前后的GPS观测结果进行分析，证明了地震发生前的地壳运动是可以预测的。汶川地震发生区域内具有较为密集的地壳运动监测站点，并在此次地震发生前进行了4次重点监测。其中，四川地震局在震中区域还设置了数个GPS连续观测站点，且进行了长达数月的持续观测。这为研究地壳形变提供了较为丰富的资料，促进了震前预测水平的提升。在汶川地震前期，附近的基准站水平位移时间序列显著异常，并且所涉及范围较广泛。通过进一步研究表明，此次地震前的应变异常发展过程清晰，其所涉及的异常范围明显扩大。区域网内的数百家观测站均监测到了此种情况的发生。2009年，通过分析汶川地震中的4个GPS观测站资料，获得了多个地震波的观测结果。汶川地震中采用的GPS观测技术对获取地震发生时的地壳形变做出了重要贡献，在长期及短期观测中均能发挥出巨大作用。这些异常状况从不同角度提供了地震发生前的各项变化情况，如震中位置、发生时间、强度等。这使得我国利用GPS观测技术实现对地壳形变异常的观测成为可能[2]。

4 地殼形变观测在地震监测预报中的发展

4.1 大地形变测量技术

我国于1963年开始应用大地形变测量技术，在1966年邢台地震后，地震活动较为频繁的区域开展了大范围的大地形变测量工作。此项测量工作在地震监测中发挥了重要作用，在1998年之前一直是我国地震监测的主要方式。但此项技术存在一定的弊端，如劳动强度过大、精确性较差、观测周期过长等，加之此项技术时效性较差，因此仅限于在中长期地震监测时应用。GPS技术的出现极大促进了大地形变测量技术的快速发展，实现了此项技术的革命性突破。GPS地壳形变测量技术具有成本低、精度高等优点，并且实现了多站点观测，同时在观测数据采样间隔、时效性等方面极大满足了当下地震监测预报的需求[3]。我国于1998年建立起了以GPS作为主要观测技术的地壳运动监测网络，这成为我国地壳形变观测及地震监测预报的新一轮技术革命。随着世界各地区卫星导航系统持续发展，我国北斗导航系统与欧洲伽利略导航系统、俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）连同GPS一同组成了全球卫星导航系统。多系统的共同应用极大提高了全球卫星导航系统的精准度，这对监测地壳运动起到了积极的推动作用。

4.2 地壳形变连续观测技术

GPS技术还没有广泛应用之前，西方一些发达国家如美国、俄罗斯就开始采取地壳形变连续观测技术进行地震预报。这对传统的大地形变测量技术是一个有益补充。地壳形变连续观测技术出现及应用较早，但由于受到多方面因素的影响，其产生的观测结果较为分散，这极大限制了该技术的进一步发展。地壳形变连续观测技术对站点密度要求较高，并且受观测周期等因素的影响。因此，应用此项技术的关键之处在于增加相应的观测站点。

4.3 布局地壳形变监测网

我国的地震灾害主要为内陆地震，较为频繁的地壳运动使得建立广泛的地壳形变监测网成为可能。GPS监测网络的成熟发展对构建地壳形变监测网起到了极大的促进作用，并且在工作过程中积累起了大量的宝贵资料，有效促进了我国地震地壳形变监测及前兆预测工作的顺利开展。

5 地壳形变观测在地震监测预报中的应用

5.1 大地测量技术在地壳形变观测中的作用

地震释放出一定的能量之后，需要重新进行能量积累方可进入下一次地震活跃期。据此，研究人员可通过计算地震释放出的能量进行下次地震预测。但就实际观察效果来看，符合这一特点的同震形变数量极少。造成此种局面的主要原因在于，监测网络精度及密度方面均未能达到相应的技术要求。在监测网络构建中，应以不低于10km作为建设监测网络的密度值[4]。由于我国地震往往在两个板块的交界处发生，因此，可长期监测板块交界处两次地震之间的形变过程，这有利于监测人员了到相应的应变积累机制。若想全方位了解地震发生时的地壳变化情况，应重视大地测量技术的应用。在进行地震预报时，形变测量工作可实现对地壳板块相对运动及区域、震源应变场的及时观测，进而获得丰富的资料。

5.2 地壳形变测量技术的分类及应用

地震监测过程中，应将获取地震前兆作为主要工作。各种类型的形变测量技术有其自身特点。其中，GPS作为影响范围最大、效果极好的应用系统，较为适用于基线长度大于200km并且测量精度低于±1cm的地壳形变测量之中。另外，大地形变测量技术适用于基线长度较低且测量精度要求不高的测量之中。

5.3 地壳形变测量技术可有效实现预报的精准性

随着科学技术的迅猛发展，地壳形变技术已实现有效降低噪声干扰，使信噪比符合监测需求。地震前兆观测技术在经过一段时期的发展后，现已取得了较为丰富的研究成果，但由于受限于技术因素，仍未取得较大突破。若想实现较长时期内对地球物理信息进行连续观测，需要应用较高质量的仪器设备。另外，在观测中需要及时剔除各项因素的干扰，进而实现对地震前兆微小信息的捕捉及监测。若想实现对微弱的地震前兆信息进行有效监控，应首先遴选出最佳观测位置。但由于地表层较为松散且裂缝较多，这会导致地表层与地壳之间产生严重脱节的情况，造成地壳深部传出的信息无法传递到地表层，另外，较为严重的地表噪声会造成接收到的地壳信息模糊不清等，进而出现错误判断。在此过程中，看采取线性预报技术将影响降到最小[5]。干扰机制较为复杂，若想对其进行数字技术模拟，难度较大。为了排除干扰因素，应将测量仪器安装于地壳深处的岩石上。

6 结语

由于地震造成的危害性极大，且地震具有不可避免性，因此有必要进行各项预报工作，尽最大可能降低地震造成的损失。我国作为世界范围内地震高发国家之一，应将地震监测研究放到重要位置。只有实现地震的精准预报，才能避免因预报失误而造成严重的生命财产损失。

参考文献：

[1]巩丹丹，尚俊斌.地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用研究[J].甘肃科技纵横，2019（4）：18-20.

[2]顾国华.地壳形变与地震前兆探索回顾和展望[J].地震，2012（2）：22-30.

[3]薄万举，陈聚忠，苏健锋，等.地壳形变与地震预测研究中的测量精度[J].大地测量与地球动力学，2011（1）：48-52.

[4]酒正纲，张林广，郁雯.地壳形变GPS监测数据的统计分析研究[J].测绘通报，2015（2）：67-69.

[5]王庆良.地壳形变观测在地震监测预报中的发展与应用研究[J].地震研究，2018（3）：3.