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地震灾害你要知--地震监测预报
  发布时间:2014-04-08

  地震的突发性和不可知,是造成地震灾害和地震恐惧的根本原因。如果能够知道地震何时发生,发生在那儿,可能造成多大的灾害,人们便可采取必要的措施,从而躲逃过地震,避免人员伤亡和减少财产损失。自古以来,地震监测预报就被认为是防御和减轻地震灾害的最有效途径,但这条路难,难于上青天!

   我国可以说是世界上最早记录和研究地震的国家。早在战国时期的《墨子》和《竹书纪年》中就有关于地震的记载。对地震的认识也最早见于我国西周年间,在《诗经·小雅·十月之交》中写到“烨烨震电,不宁不令。百川沸腾,山冢崪崩。高岸为谷,深谷为陵”。诗的大意就是:雷电的闪光让人不得安宁,河流中的水象沸腾一样,山顶突然崩坠,较高的河岸变成低谷,深沟却隆起来变成了丘陵。这段描述把雷电与地震紧密联系在了一起。而在《国语·周语》中则有这样一句话:“阳伏而不能出,阴迫而不能蒸,于是有地震”。意思是,阳气潜伏于地下不能出来,阴气受到压迫不能蒸腾,所以有了地震。这是以阴阳二气的矛盾来解释地震现象。公元132年,时任朝廷太史令并负责观察天文的张衡发明了可以记录地震的候风地动仪。它有八个方位,每个方位上均有一条口含铜珠的,在每条龙的下方还分别有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含铜珠即落入蟾蜍口中,由此就可测出发生地震的方向。这可以说是世界上第一台记录地震的器,但仅此而已。

  记录一次地震必须有三个要素:发震时刻,震中位置和震级。候风地动仪仅仅能够记录震中大致方向。当然,通过几台地动仪“联网”也可测出震中位置;但它却无法记录发震时刻,更无法记录震级。因此,从现代地震学的角度来看,候风地动仪并不能完全记录地震,也就算不上是“世界上第一台地震仪”。遗憾的是,候风地动仪很快便失传了。直到18世纪早期,西方人才发现可以利用“摆”来显示地震动。

  第一台正真意义上的地震仪是由意大利人卢伊杰·帕尔米里(Luigi Palmieri)在对维苏威火山的观测中,于1875年发明的放大倍数仅2倍的两分向地震仪。1881年,由英国工程教授约翰·米尔恩(John Milne)等人在日本成功研制了可记录地震动随时间变化的三分向摆式地震仪。约翰·米尔恩也因此被誉为“地震仪之父”。

  

 

  第二次世界大战后,地震观测技术得到快速发展。运用电子放大方法大大提高了地震仪的放大倍数,从千倍级提高到数万倍,甚至数百万倍,观测频率范围大大展宽,遥测技术也有很大发展,并开始应用地震检波器组合。数字地震仪是最先进的地震仪,它是应用数字技术、计算机技术发展起来的新型地震仪。当今,在全球已布设了数以万计的地震仪,构成了全球地震监测台网。通过对其记录的地震波的测量和计算,便能对发生在全球大大小小的地震进行定位,得出其发震时间、震级、震源深度、震中距、地动位移、速度、加速度和震源机制等地震参数,也能记录和识别出发生在世界上任何地方的地下核爆炸。正是通过对地震波速度变化的分析和计算,人们知道了地球的圈层结构即可以分为地壳、地幔和地核,地核又包括一个液态的外核和固态的内核。利用地震波还可开展石油、天然气等地下矿藏的勘探。地下深部各种矿产资源在构造上都会具有某种特征,如石油、天然气只有在一定封闭的构造中才能形成和保存。地震波在穿过这些构造时会产生反射和折射,通过地表上接收到的信号,就可以对其结构、深度、形态做出判断,从而为钻探工作提供准确的定位。全球地震监测台网另一个最重要的应用则是全球大震速报,能在十余分钟内确定破坏性地震发生的时间、地点和震级等要素,以便及时开展地震救灾。

  

 

  

 

  

  

 

  二十世纪伊始,科学家们开始深入研究地震波,试图从地震波所携带的信息中找到地震的成因。相继提出比较有影响的假说有三:一是1911年美国科学家理德提出地球内部不断积累的应变能超过岩石强度时产生断层,断层形成后,岩石弹性回跳,恢复原来状态,并把积累的能量突然释放出来,引起地震,这是所谓的“弹性回跳说”;二是1955年日本的松泽武雄提出地下岩石导热不均,部分熔融,体积膨胀,挤压围岩,导致围岩破裂产生地震,这是所谓的“岩浆冲击说”;三是美国学者布里奇曼提出地下物质在一定临界温度和压力下,从一种结晶状态转化为另一种结晶状态,体积突然变化而发生地震的“相变说”。然而,假说终究是根据某些观测结果的推测,难免片面,某种程度也好似“瞎子摸象”,只有触觉或者听觉。也许终有一天,我们有了视觉,就会看清地震这头“大象”。

  

 

  到二十世纪60年代初期,智利发生了8.9级特大地震。这是有史以来记录到的最大地震。巨大的地震灾害激起了社会和公众对地震预报的强烈需求。另一方面,60年代科学技术的发展,已使地震活动的监测技术相当成熟,除已研制出的地震仪外,还陆续研制出其它一些仪器,能够对地球的磁场、电场、重力场、温度场、地壳形变场和地下水的化学成分含量等进行观测和检测,为地震监测预报研究提供了一定的科学基础。人们相信,通过对地球内部信息的全面监测,一定能够发现地震孕育和发生的蛛丝马迹,以实现地震预报。因此,从60年代中期开始,一些地震频繁的国家相继开展有计划的地震预报研究。其中美国于1964年组织了一批有声望的地震科学家拟定了地震预报的研究规划,开展了与地震孕育、发生相关的地震活断层调查、地震前兆观测和地震孕育理论等地震预报研究,并于80年代在加利福尼亚州一个名叫帕克菲尔德的地震区建立了地震预报实验场。日本政府从1964年开始推行地震预报研究的第一个5年计划。现今已进入第10个地震预报5年计划,其重点是地震预报实用化和确定地震预报方法、提高地震预报精度的观测研究,并加强地震预报的基础研究和新技术开发。前苏联也从60年代初开始,在中亚远东地区建立一系列地震预报实验场,开展地震预报的现场研究和基础性的实验论研究。

  

 

  我国的地震监测预报研究与国外基本同步,始于1966年的邢台地震。在周恩来总理的亲切关怀和直接领导下,以邢台地震现场为发源地,地震监测预报研究在全国范围内逐步发展起来。我国地震科技工作者们通过对历史地震资料的整理和分析,发现地震活动在空间上有集中呈带特征,而在时间上往往具有高潮和低潮交替的特性。1966年邢台地震揭开了20世纪我国第4个地震活动高潮。此高潮到1976年唐山7.8级和松潘7.2级地震结束,整整持续了10年。10年间,我国大陆地区共发生了14次7级以上地震,其中12次发生在华北北部和西南的川滇地区。强烈地震造成了严重的灾害,但同时也为地震预报的科学发展提供了前所未有的有利条件。

  

 

  至今,我国已建成了庞大的数字化地震监测系统,包括测震台网、地震前兆观测台网,大面积流动观测网和宏观异常观察为主的群众性测报网组成的地震信息检测系统,以及与之配套的还有全国主干通讯网、区域通讯网、地震速报网组成的地震信息传递系统和以计算机网络为主体的地震信息储存、处理系统。整个观测系统覆盖面之广,方法手段之多,建设规模之大,都是世界少有的。它不仅为地震科学研究乃至地球科学的发展提供了大量宝贵的基础资料,并通过地震科学数据中心为社会提供基础数据共享服务,而且为我国地震预报的发展打下了重要基础。

  

 

  40多年来,各国在地震活动特点的研究方面,在地震和地壳构造关系的调查和地震前兆观测等方面都有许多重要的进展,取得了一系列有意义的科学认识。国外在1989年美国加州洛马普列塔7.1级、1993年日本长野5.1级等地震前的中短期阶段有一定的察觉。我国则先后取得1975年辽宁海城7.3级地震、1976年四川松潘7.2级地震、1995年云南孟连中缅边界7.3级地震、1997年新疆伽师强震群中4月6日6.3级、6.4级等地震的较成功预报。这些预报确实是按照国家有关地震预报的条例,由地震所在省地震局的分析预报部门汇总多种观测资料,利用不同的方法进行分析,经会商做出科学、合理、明确的短临(几天至十几天)预测意见,上报省级人民政府,再经严格评审后由政府向社会和公众发布,并取得社会防震减灾效益的较成功的预报。然而,这些较成功的预报在众多地震中只占很少的比例。

  

 

  且基本属于“前震—主震—余震”型或“震群”型震例,对于没有前震序列的突发性强烈地震,特别是1976年的唐山大地震和2008年的汶川特大地震,皆未能提出短临预报,以实现应有的减灾效益。

  突发性是地震的根本特点。然而,人们通过对大量震例的分析,又发现一次强烈地震,尤其是大地震或特大地震前或后,在其震源体或周围有时会发生一些较小的地震,我们将这些大大小小的地震按时间先后排序,并称之为地震序列。一个地震序列中震级最大的地震称为主震,主震前面的地震为前震,后面的则称为余震。进一步,我们又将地震序列分为以下几种类型:

  (1)主震型。主震的震级很大,释放的能量占全部地震序列释放能量的90%以上。主震型又分为“主震—余震型”和“前震—主震—余震型”。

  (2)震群型。没有突出的主震,能量主要是通过两次或多次震级相近的主要地震释放出来的。其中将能量主要由两次震级相近的地震释放出来的地震序列称为“双震型”。

  (3)孤立型。其特点是几乎没有前震和余震。

  以上三种类型的地震序列,除孤立型外,主震型和震群型中也都存在没有明显前震的地震序列,我们又将其统称为“突发型”地震。我们目前仅限于对“主震型”中有明显前震序列的主震,和“震群型”型中的后续主要地震做出过一些较成功的短临预报。也就是所谓的“以震报震”(通过前震序列预测后续主震或主要地震)。这些地震往往还会有一些异常前兆出现,如动物异常。人们也由此认为动物比人对地震更敏感,甚至更能“预报地震”。

  

 

  实际上,主震前的前兆异常,特别是动物异常,往往是由一些有感“前震”引起的。以一条蹲在地上的狗为例,感觉到第一次轻微地震动,它会警觉;感觉到第二次轻微地震动,它就会站起来;感觉到第三次轻微地震动,它就会跑开;如果后面发生了大的地震,人们就会认为狗能“预报地震”。但如果后面没有发生大的地震,并多次出现同样的情况,狗也就会对轻微的地震动(前震)习以为常,就如人一样,不会再相信“狼来了”。此外,一系列的前震会引起一些地下裂隙的局部张开或闭合,从而引起诸如地下水的异常,但地下水的异常也可能由于人为或气象等因素引起。同样,在主震后的余震期间,也时常会出现异常,有时有较大地震与之对应,更多时候则没有。对于突发型地震,之前则少有明确异常出现。时至今日,人们都未能找到哪怕一种信息与地震的发生存在直接的对应关系,更没办法像观测热带风暴云图一样观测到地震的孕育过程图像,只能凭借一些间接的信息进行经验性(或概率性)的地震预报,结果就是有地震无预报(常称漏报)、有预报无地震(即虚报)以及错报(或时间不对、或地点不对、或震级差得太大)的情况都远多于成功的预报。

  

 

  事实证明,地震活动的复杂性已远远超出了人们的想象。难怪美国地震学会会长、地震预报评估委员会主席、加州理工学院教授克拉伦斯·艾伦在评定地震预报进展情况时很无奈地说,地震预报的进展要比初期预料的缓慢得多,地震预报的科学难度要比原先预料的困难得多。引发地震的因素极其复杂,可能某一不确定因素的变化,就可能导致不同的结果。地震预报无疑是世界性科学难题,但不论是科学技术发展的推动,还是社会经济发展的巨大需求,都需要进行地震预报,尽管未来任重而道远。

  

 

  对于突发性强烈地震,或大震、或特大地震,至今人们几乎都束手无策,但其一旦发生,对震后趋势的判断还是有一些办法的。首先,未来地震的地点已经明确,限于震中区;其次是时间也较明确,即人们首先关心的是十数天内的地震活动趋势;需要明确的只有地震预报三要素中的震级一个要素,即会不会发生更大的地震,或余震有多大。为此,专业地震分析人员可以借助区域历史震例和国内外其他地区的震例,通过地震地质构造类比和前兆观测资料分析等,对地震序列类型进行判断,进而提出未来会不会发生更大的地震,或余震有多大。“前震—主震”型地震序列在我国仅占10%不到,而“主震—余震”型地震序列在我国则占90%以上,只是在少数具有特殊地震地质构造环境的地区有可能出现“双震型”或“震群型”地震序列。但不管怎样,都应时刻保持对强余震的防范意识。震后趋势预报,目的在于保障地震应急救援和稳定灾区民心。