地壳形变仪器及其在地震预报中的应用

　　[摘要]地壳形变测量能精确定量地监测到地震发生前后地壳的一系列运动、变形（位移、速度、加速度、应变、倾斜、蠕滑）、重力和介质物性（密度、勒夫数）的空间分布及其随时间变化。地壳形变测量和测震一样，被科学界公认为是力学型的最直接的地震前兆，是地震预报的基础。本文将对地壳形变仪器及其在地震预报中的应用进行探讨。

　　[关键词]地壳形变仪 地震预报 应用

　　[中图分类号] P315.75 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-300-1

　　为了了解地震孕育过程，前提条件是需要大地测量提供震前和震后构造运动详细而精确的记录。震前记录是地震预测的重要依据，震后记录可为岩石圈下部（或软流圈上部）对于突然地震滑动所产生的冲击负荷的反响提供唯一信息，而余震分布则是确定地震过程断层面边界的基本数据之一[1]。

　　1地壳形变与地震活动关系

　　根据长期的地壳形变观测结果，人们认识到与地震活动有关的地壳形变一般可以分为长时期平稳、震前异常、发震和余震四个阶段。第一阶段的特征是应变积累平稳而缓慢，经历时间长；第二阶段的特征是积累速度加快，方向改变，但经历时间不长；到了第三阶段，积累达到极限，介质破裂，应变能量突然释放；第四阶段释放剩余应变能量，速度转慢，逐渐恢复正常。

　　地震的前兆地壳运动，有的几十年以前就开始了。利用大地测量方法，可以测出震前的形变率加速、地壳隆升异常、重力变化和倾斜变化等等。在大地震之后，区域性的震后运动或者以余震形式表现为非连续运动，或者是以蠕动形式表现为连续运动，或者兼有这两种运动。这些运动可能持续许多年，是可以用大地测量方法测定的。然而，震前和震后的地壳运动记录目前还很不充分，因此，关于地震孕育过程中的特别是震前的地壳形变特征，还没有被人们所充分认识，成为地震预测的重大障碍之一[2]。

　　2地壳形变仪在地震预报中的应用

　　一次地震所释放的应变能，只有重新孕育得到恢复之后才能发生下一次地震。因此，上一次地震的同震应变场的大小和形状对于预测再次发生地震的潜在可能性是至关重要的。但是，在过去所发生的地震中，只有极少数具有精确的同震形变测量结果，这是因为过去监测网的精度和密度都不够。为了获取同震形变信息，要求以大约每10km一点的密度布设高精度监测网。由于很多地震都是发生在板块边界上，所以沿板块边界观测的两次地震间的长期形变，是了解应变积累机制的重要线索。为了监测震前、同震和震后地壳运动的全过程，大地测量是唯一的手段。在地学中，尤其在地震监测预报科研中，要求形变测量提供在空间上大到地壳板块相对运动、区域应变场，小到震源应变场数据。在时间区域内，要求提供长期、中期和短临地震前兆应变信息。各种形变测量技术有其各自的技术特点，适应于不同的应用范围。空间技术（VLBI，GPS等）适合于基线长于200km，绝对测量精度低于±lcm的大范围地壳形变测量（如板块运动）；常规大地测量方法（水准、测边三角网等）适应于基线长度为几公里到几十公里，测量绝对精度低于几毫米的区域应变场的测量；应变和倾斜连续测量适合于基线长度短于1km、绝对测量精度低于1mm的震源应变场的测量[3]。

　　先进的观测技术（仪器和观测方法）是压低噪声、提高信噪比的最佳手段，经过一个多世纪的努力，在地震前兆观测技术上取得了很大的进展，但并没有完全成功。因为连续观测缓慢的（有时是快速的）前兆地球物理信息，需要有高精度、高稳定性的仪器，并要避开大量的地表噪声干扰。测到真正的来自地球内部的微小地震前兆信息是很不容易的。要达到观测真正来自地球内部的地震前兆信息，首先要求选好观测位置，并解决好仪器与地壳的完善耦合问题。地表观测既省钱又宽敞。人员可以自由接近仪器，便于仪器安装和维修。但是地表层的松散和遍布裂隙又往往使它与深部完整地壳脱节，阻断或者歪曲了地壳深部传来的信息。此外，严重的地表噪声会淹没和模糊了真正的信息。用线性预报理论可以去掉一些干扰，但剩余噪声水平仍然很高。何况有些干扰机制很复杂，不易用数学模型来模拟。因此用数学方法排除干扰，降低噪声水平的能力是有限的。真正解决问题的办法是避开地表层，把仪器直接安装（耦合）在地壳深部基岩上。地表层是很好的温度绝缘材料，它能很快地衰减地表温度向下的传递。它表明深埋1m，日变周期温度可衰减50～100dB，可见效果之显著。此外，深部观测摆脱了地表松散层对信息的阻隔与歪曲，能够取得较真实的信息，所以深井观测技术是目前最理想的方法之一。

　　3结论

　　通过长期观测地壳形变仪器的资料，出现过很多异常现象，经过排除把气象因素、仪器故障、人为影响以及太阳活动等因素充分考虑，认为其余异常信息均与震兆有关，表现为打破年变、趋势改变、矢量打结，掉格等，但并不是绝对有效，通过长期预报实践，有些异常并没有对应地震。

　　参考文献

　　[1]刘冠中，刘远征.确定地壳形变观测曲线趋势转折点的定量方法与实例[J].内陆地震，2013，03：251-256.

　　[2]张永奇，张勤，瞿伟.基于GPS的江苏南部现今地壳形变特征分析[J].华北地震科学，2013，03：8-13.

　　[3]洪敏，邵德盛，王伶俐，李春光，张勇.基于GNSS观测资料研究云南地壳形变与地震的关系[J].地震研究，2013，03：292-298.