地震監(jiān)測發(fā)展

1.當前地震監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及走勢分析長期以來，地震的發(fā)生是對人類危害相當大的地質(zhì)災(zāi)害，我國在公元前就有地震的記錄的歷史。地震是怎么產(chǎn)生的?如何預(yù)測預(yù)防地震，從而減少對人類的危害，這一問題一直困擾著我們。雖然科學(xué)家們到現(xiàn)在為止仍無法給出確定論，但經(jīng)過人們的不懈努力，也探索出了具有說服力地震模型。其中就有彈性回跳模型?？茖W(xué)家們認為，地表巖石的大規(guī)模迅速錯動是強烈地動的原因。地球深層構(gòu)造力造成地球外層大規(guī)模變形是地震的根源，沿地質(zhì)斷裂的突然滑移則是地震波能量輻射的直接原因。在有的突發(fā)破裂中，斷裂把巖石切開，兩側(cè)巖石相對滑動，多條裂紋把巖石裂成碎塊?，F(xiàn)在廣為接受的地震發(fā)生的物理模式，最初源于美國工程師里德對1960年圣安德列斯地震的研究中產(chǎn)生的。里德發(fā)現(xiàn)，1906年以前的50年時間內(nèi)，斷裂西側(cè)向北北東方向相對移動了3.2米。當這些測量數(shù)據(jù)與地震后測量的第三組數(shù)據(jù)比較時，發(fā)現(xiàn)地震前和地震后，平行于圣安德列斯破裂的斷裂，都發(fā)生了明顯的水平剪切?？茖W(xué)家據(jù)此認為，地震是由于變形巖石的彈性回跳，是地球上部沿地質(zhì)斷裂發(fā)生的突然滑動，這種滑動沿斷面擴展，這種滑移破裂傳播的速度小于周圍巖石中的地震剪切波波速。因而，大多數(shù)情況下變形的區(qū)域越長、越寬，釋放的能量就越多，地震的強度也越高。大地震造成的斷層崖可達好幾米高，有時沿斷列走向延伸幾十或幾百千米。強地震發(fā)生時會造成大量人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失。然而，每一次地震卻又為人類征服這種災(zāi)難和探索不可見的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)留下了一份珍貴的數(shù)據(jù)。現(xiàn)代地震學(xué)的創(chuàng)始人之一伽里津有一句名言，“可以把一次地震比作一盞明燈，它點燃的時間雖短，但可照亮地球的內(nèi)部”。1.3如果我們設(shè)在地球深處的“望遠鏡”，能對地震數(shù)據(jù)的收集、記錄、存儲、管理、分析和解釋，能對地震發(fā)生提前預(yù)測和判斷，將大大降低地震對人類的危害。所以我們要建立科學(xué)而合理的地震監(jiān)測系統(tǒng)，觀測系統(tǒng)的數(shù)量、質(zhì)量和密度一定要高標準，讓其揭示地震運動的程度也就是震級，真正意義上提高地震科學(xué)探測水平。2地震探測技術(shù)發(fā)展狀況2.1人類十分重視發(fā)展地震監(jiān)測技術(shù)，不同時代的地震科學(xué)家總是努力將所掌握的最新技術(shù)應(yīng)用于地震監(jiān)測。目前盡管不同類型的地震臺網(wǎng)已遍布全球，同時裝備的儀器也有了長足的進步，但仍不能滿足地震預(yù)報的要求。其根本原因有二：一是現(xiàn)有科學(xué)認識水平從理論上還不能完全清楚地解釋地震成因和地震孕育、發(fā)展、演化的規(guī)律；二是地震監(jiān)測技術(shù)手段具有一定的局限性。我國自1966年邢臺地震以來，在地震預(yù)報的方法、判據(jù)、指標及相應(yīng)的理論研究方面都取得了明顯的進展，但與國外發(fā)達國家相比仍有很大差距。因此加密和優(yōu)化臺網(wǎng)仍是我國地震監(jiān)測預(yù)報領(lǐng)域的重要任務(wù)。2.2模擬地震監(jiān)測公元前132年，東漢時期張衡發(fā)明了侯風(fēng)地動儀，布設(shè)在洛陽，138年記錄到發(fā)生在甘肅省內(nèi)的一次地震，可以說這是人類歷史上第一臺地震儀。1881年，日本人JohnMilne等研制成功了三分向熏煙式記錄的三分向擺式地震儀，運行期間記錄到1880年11月3日的一次日本地震。1906年，俄國人B.伽利津成功地研制出第一臺電磁式地震儀，并首次引入了電流計記錄。1922年，J.A.Ande?on和H.O.Wood設(shè)計了伍德.安德森扭力地震儀，擺的自由周期為0.8秒，放大倍數(shù)為2800倍。1930年貝尼澳夫研制出變阻地震儀，放大倍數(shù)達20萬倍。從1875年第一臺近代地震儀誕生以來，地震學(xué)家便用它來對地震進行觀測，并在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起了近代地震學(xué)。1875-1974年的100年間，地震學(xué)家主要依靠的是模擬記錄地震圖。運用這些記錄，地震學(xué)家對于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地震發(fā)生的時間、地點、震源機制等方面的了解都取得了堪稱輝煌的成績。2.3我國數(shù)字化地震臺網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀我國數(shù)字地震觀測技術(shù)的開發(fā)最早開始于上世紀70年代后期，“八五”期間，中國地震局承擔(dān)了國家科技攻關(guān)項目“地震和前兆數(shù)字化觀測實驗系統(tǒng)研制”。經(jīng)過精心組織與實施，完成了預(yù)期目標，整個系統(tǒng)達到了國際先進水平，有的甚至達到了國際領(lǐng)先水平?！熬盼濉逼陂g，中國地震局主持實施了“中國數(shù)字地震觀測系統(tǒng)建設(shè)”，我國的地震觀測系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變革，建立起了由47個國家基本數(shù)字地震臺和全國臺網(wǎng)中心組成的國家數(shù)字地震臺網(wǎng)、近30個區(qū)域遙測地震臺網(wǎng)中的2/3實施了數(shù)字化改造，新建的西安、福建和廣州數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)先后于1997年和1999年投入運行，具有國際先進水平的首都圈數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)也即將投入運行。“十五”期間，我國又提出了更加宏偉的臺網(wǎng)建設(shè)藍圖，分國家數(shù)字地震臺網(wǎng)建設(shè)、區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)建設(shè)、流動數(shù)字地震臺網(wǎng)建設(shè)。新擴建國家數(shù)字震臺站108個，將“九五”期間建設(shè)的30個區(qū)域數(shù)字臺的數(shù)據(jù)采集精度由16位數(shù)采提高到24位，同時加強臺網(wǎng)中心在線大容量數(shù)據(jù)接收、處理和存儲能力。3未來數(shù)字化地震監(jiān)測選擇的研究方向?qū)韺掝l帶地震觀測臺網(wǎng)的數(shù)量和規(guī)模將成倍擴大，全球地震臺網(wǎng)的密度將進一步增加，其分布將更加均勻合理，海洋觀測將成為重點。流動寬頻帶地震觀測技術(shù)將進一步獲得迅速發(fā)展，技術(shù)性將明顯改善，采用衛(wèi)星傳輸?shù)倪B續(xù)實時觀測系統(tǒng)將在大型流動地震臺陣觀測中獲得廣泛應(yīng)用，從而使流動地震臺陣觀測系統(tǒng)的整體性獲得明顯改善，其空間分辨率將大大提高，在關(guān)鍵地區(qū)的觀測將達到公里級的分辨率。流動寬頻帶地震觀測的作用和重要性將與日俱增，流動寬頻帶地震觀測技術(shù)在區(qū)域地震觀測中將獲得日益廣泛的作用。全球構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造的寬頻帶地震成像質(zhì)量將大幅度提高，核幔結(jié)構(gòu)和殼幔耦合關(guān)系的研究將成為地震成像研究的重點，大陸動力學(xué)和全球動力學(xué)的研究將取得突破性的進展。4高科技衛(wèi)星熱紅外遙感在地震中的應(yīng)用破除臺網(wǎng)監(jiān)測的陳舊觀念，利用現(xiàn)代高科技探索新的地震監(jiān)測方法和技術(shù)，如衛(wèi)星遙感技術(shù)等，已成為我國地震研究和提高地震預(yù)報水平的重大關(guān)鍵問題。由于衛(wèi)星遙感技術(shù)具有覆蓋范圍廣、信息量大、可實時監(jiān)測以及精度高等優(yōu)點，已引起各國地震科學(xué)家的關(guān)注和興趣。自20世紀80年代起，國外地震學(xué)家相繼開始將衛(wèi)星遙感技術(shù)用于地震活動性研究的嘗試。我國地震學(xué)家首先利用氣象衛(wèi)星資料探索地震熱紅外輻射前兆，并在模擬實驗研究方面做了開創(chuàng)性的工作，取得了有意義的進展。雖然利用衛(wèi)星遙感技術(shù)研究和解決地震問題還僅僅是開始，但對于現(xiàn)有的地震監(jiān)測預(yù)報體系而言，這項技術(shù)將有助于提高判斷發(fā)震地區(qū)的能力和預(yù)報水平無疑為2l世紀地震監(jiān)測預(yù)報工作指出了新的發(fā)展方向。近年來，國內(nèi)外已有許多專家和學(xué)者致力于將衛(wèi)星監(jiān)測成果應(yīng)用到地震監(jiān)測預(yù)報的實踐中。其中，利用紅外遙感資料進行地震預(yù)報和監(jiān)測已取得了巨大的成功，部分歐美發(fā)達國家已進入了實際研究和應(yīng)用階段。衛(wèi)星熱紅外遙感技技術(shù)視野大、精度高和短周期等諸多優(yōu)勢，可以對某些強震紅外異常的做出快速反映，現(xiàn)已成為監(jiān)測地震短臨前兆很有前途的觀測技術(shù)。自20世紀80年代末以來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，在地震預(yù)測預(yù)報中也提出了利用衛(wèi)星紅外遙感技術(shù)進行地震預(yù)測的方法。國內(nèi)外不少地震學(xué)者作了大量的地震紅外異常機理、巖石實驗、紅外遙感技術(shù)的應(yīng)用方法及典型震例對比分析研究，取得了許多有意義的研究結(jié)果。典型震例衛(wèi)星熱紅外波段的溫度資料分析結(jié)果表明震前確有增溫現(xiàn)象。地震熱紅外異常很可能是通過地表和底層大氣表現(xiàn)出來，直接原因是目標物的輻射溫度發(fā)生變化。如何提取目標物的輻射溫度是解決關(guān)鍵問題的重要環(huán)節(jié)。以下試圖利用NoAA-AVHRR(theAdvancedVeryHighResolutionRa-diometer)數(shù)據(jù)通過Becker&Li地溫計算模型反演得到有關(guān)地震發(fā)生前后每日的溫表溫度分布圖像，然后對其進行逐日的地表溫度分布圖像以及震源區(qū)地表溫度平均值日變時序曲線分析，研究分析強震前的地表溫度場異常分布和變化特征。1基于NOAA—AVHRR的地溫計算方法1.1數(shù)據(jù)預(yù)處理研究中所使用的遙感數(shù)據(jù)源是從NationalEn—vironmentalSatelliteDataandInformationServices(NESDIS)獲取的NOAA—AVHRR的5個波段數(shù)據(jù)。研究對象為2004年12月26日印尼蘇門答臘附近海域8.7級地震，2003年9月27日中俄蒙交界7.9級地震，2003年10月25日民樂一山丹6.1級地震，1997年4月11日新疆伽師6.6級地震。選擇的數(shù)據(jù)范圍為以每個震中為中心，±2°緯度，±3°經(jīng)度的矩形區(qū)域，時間范圍從震前的一個多月開始，至震后的半個月止。遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理內(nèi)容包括：幾何精校正。其目的是消除幾何畸變，賦予每個像元準確的空間位置。AVHRR圖像幾何精糾正是通過等面積圓錐投影變換來實現(xiàn)的。通道分離。由于NoAA1B數(shù)據(jù)是經(jīng)過裝配存儲的，即AVHRR五個通道的每一掃描行數(shù)據(jù)順序存儲，在讀取時要首先將其拆開，即進行通道分離。主要包括以下幾項內(nèi)容：①軌道預(yù)覽(升軌或降軌)及掃描線信息(掃描線數(shù)，掃描線時間等)；②定標系數(shù)、太陽天頂角和地理經(jīng)緯度的分解及轉(zhuǎn)換；③WHRR輻射計數(shù)據(jù)的讀取。(3)圖象定標。通過定標將AVHRR的計數(shù)值換算為物理量。由于在1B數(shù)據(jù)中，AVHRR數(shù)據(jù)所記錄的是星上儀器測量的計數(shù)值，在使用時要將其換算成物理量。AVHRR/2(Version2oftheAdvancedVeryHighResolutionRadiometer甚高分辨率輻射儀的紅外和可見光采用相同的定標公式：E二AI+B(i=l,2,3,4,5) (1)iiii其中A和B為定標系數(shù)；J為AVHRR探測值；E為經(jīng)標定后的物理量值。但是iiiAVHRR/3(Ver-sion3oftheAdvancedVeryHighResolutionRa-diometer甚高分辨率輻射儀的紅外與可見光采用了不同的定標公式。紅外波段的定標公式增加了一個二次項，公式為TOC\o"1-5"\h\zN=a一axC+ax(C)2 (2)E0 1E2E式中a,a,a為定標系數(shù)；C為AVHRR探測值；N為經(jīng)標定后的物理量值。0 1 2 E E(4)太陽天頂角訂正。對可見光和近紅外波段的數(shù)據(jù)進行太陽天頂角訂正：E=E(z)cos(z) (3)c其中E(z)為定標后的反射率；z為探測點的太陽天頂角。1.2地溫計算模型Becker&Li根據(jù)熱輻射傳導(dǎo)的地方性特征提出的著名算法已得到了較廣泛的引用。這一算法有如下形式：TOC\o"1-5"\h\zT二1.274+P(T+T)/2+M(T-T)/2 (4)s 4 5 4 5式中，T表示地面溫度；T、T分別代表AVHRR第4、第5通道的亮度溫度，s 4 5P和M用則由下式求算：P二1+0.15616(1-e)/8-0.482Ae/e2 (5)M二6.26+3.98(1-8)/e+38.33Ae/e2 (6)其中8是AVHRR兩熱紅外通道的平均輻射率，即e=(e+e)/2，Ae=e-e。4 5 4 5他們是用LOWTRAN7.0模型來模擬地表熱輻射并根據(jù)這一模擬結(jié)果計算其常數(shù)。2震例分析研究2.12003年9月27日中、俄、蒙交界7.9級地震

2003年9月27日中、俄、蒙交界7.9級地震發(fā)生在阿爾泰一戈壁阿爾泰褶皺帶與蒙古地塊交接的列蓋活動斷裂帶。該斷裂是分割阿爾泰、西薩彥、蒙古3個塊體的構(gòu)造，總體呈北西展布，斷面北傾，傾角陡，延伸長度大于500km。利用NOAA-AVHRR熱紅外資料，取緯度48°?52°N，經(jīng)度85°?91°E為研究區(qū)域，通過上述反演算法進行了中、俄、蒙交界7.9級地震前后陸地表面溫度場分布的反演，得到了震前一個多月及震后約半個月時間段內(nèi)的每日地表溫度分布圖像，然后對其地表溫度分布特點及其隨時問的變化特征進行了跟蹤分析。反演的地表溫度分布圖像顯示，從9月4日至9月9日震源區(qū)及其周圍大部分地區(qū)出現(xiàn)了明顯的大面積增溫現(xiàn)象（見圖1）,增溫幅度近十幾K左右；此后地表溫度開始回落并逐漸趨于正常分布。震源區(qū)地表溫度平均值日變曲線更明顯地反映了這變化過程（圖2）,從2003年8月12日至9月9日震源區(qū)地表溫度出現(xiàn)了明顯的增溫現(xiàn)象，增溫幅度達到十幾度，此后至地震前出現(xiàn)了降溫過程，震后逐漸恢復(fù)了正常。震源區(qū)地表溫度平均值日變曲線是通過利用反演的地表溫度分布圖像,選取以震中為中心，緯度0.4°，經(jīng)度0.8。的矩形區(qū)域?qū)ζ溥M行平均處理，求得每日震源區(qū)地表溫度的平均值，然后對其進行日變的時序分析而獲得的。有些震源區(qū)地表溫度可能受到云層的影響，如圖中出現(xiàn)的相對低值,但一段時間內(nèi)的