关于地震预测,我国“地下云图”工程进展如何?

2018-07-31 10:26:48    来源:科普中国

摘要:2009年,科技部提出了地震预测途径战略和战术,特别提到要动态跟踪地下状态,实施“地下云图工程”。

  7月28日,是唐山大地震42周年纪念日。这个日子,常常让人联想到地震预测这个话题。2009年,科技部973项目相关课题组特别设立了研究项目,探讨我国陆区大震预测途径战略和战术。在总结国内外地震预测研究现状和汶川地震成因缺乏观测和探测直接数据的基础上,提出了地震预测途径战略和战术,特别提到要动态跟踪地下状态,实施“地下云图工程”。

  拟建设的川滇地下云图网,图中绿色小点为地下云图监测站,红色线条为地震断裂带_地下云图_勘测联合网

  拟建设的川滇地下云图网,图中绿色小点为地下云图监测站,红色线条为地震断裂带。

  “地下云图”必须是动态的,类似于气象预报“看云识天气”的方式,可以每天、每周、每月、每年产出,需要的话还可以产出每秒、每分、每小时的地下变化形势图,为地震预测实现提供有效保障。

  目前,关于“地下云图”,取得了三方面进展:

  动态噪声成像技术工程

  地脉动噪声作为地震观测的背景干扰,很早就被地震学家重视。科学家们希望通过地脉动记录实时监测地壳介质变化。地球物理学家傅承义院士1971年曾提出“红肿理论”,认为在大震来临之前的一段时间,地球内部的岩体破裂加剧,导致脉动水平增高,通过监测脉动水平的变化就有可能实现对大地震的预测。

  研究结果表明,地脉动噪声瑞利波反映了地壳浅部(上地壳约6-20 Km)的速度结构特征。大多数破坏性地震发生在这一深度,发现速度变化比较强烈的地区即是应力集中的地区,又是介质相对脆弱的地区,这样的地区更容易发生破裂从而产生地震。

  福建地震局对这一高技术研究成果进行了工程化转化。他们利用福建、江西、广东和浙江省68个实时传输的地震台地脉动噪声数据,建设了区域噪声成像动态监测系统和超级计算机处理实验室,实现了地脉动噪声进行面波速度层析成像的实时动态探测,每天完成一张福建地区面波群速度相对变化图像,准实时监测福建地区地壳介质变化情况。

  主动震源深部探测工程

  进入本世纪以来,探测地下构造和介质状况的另一个引人注目的进展是人工主动震源探测,其原理是通过人工的震源产生探测特定的振动信号,经地下介质传播到地震台站,最后利用反演技术实现地下动态探测和成像。主要技术包括精密控制震源、水中气枪、人工爆破等。

  我国自主研制的实用化精密可控震源设备已投入到实际应用中。在背景噪声比较低的地区,系统可以监视50km内、时间分辨率为小时的走时变化,150km内、时间分辨率为天的走时变化,实现了实时动态探测地球深部介质的变化。

  2011年4月,云南省宾川县建成了第一个人工水中气枪地震信号发射台。该地区位于红河和澄海两个主要断层(断裂)交汇处,地震活动性高,台站分布密度达到15km左右,是全球密集的地震台网之一,利用气枪震源的高度可重复性,可以将多次激发的信号叠加起来以提高信噪比。在叠加的气枪信号记录中,看到气枪信号可以追踪到240公里,对应的探测深度为40公里。它的建成为监测该地区上百公里尺度地下介质动态变化提供了良好的机会。

  甚低频电磁波岩石圈探测工程

  人工源极低频电磁技术,是用人工方法产生极低频及其附近频带大功率交变电磁场的高新技术。我国目前已经建成了自己的发射台,成为世界上第三个拥有这一发射技术的国家,并建成了世界上第一个用于地震预测等领域的观测网。

  该系统由天线、接地体、大地和发射机构成了一个交变电流等效“环路”,在环路内变化的电流感应生成交变电磁场。电磁场分布在地球及其周围空间,并在地面和电离层之间的“波导”中传播。它可传播到数千甚至上万公里,多地点同时观测极低频电磁波的各个分量,可实时动态测量区域的地壳结构及其变化,同时还可研究岩石层、大气层、电离层的电磁场异常。

  目前,我国华北、南北地震带、天山等西北地区、东南沿海地震区和东北等省、市、自治区布设密集极低频电磁波接收网,为开展动态监测深部变化打下良好基础。

  上述三种成像种技术显示“地下云图”实现的可行性。高新技术的发展极大推动了地震学和地震观测技术的发展,新型微机电传感器、大数据、人工智能技术和密集及超密集地震观测网,和阵列技术结合,必将会带来更多新技术和新发展,使“地下云图工程”不断向纵深发展。


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