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地下云图 地震预报新尝试

2018-05-16 15:03:37 | 来源: 北京日报

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。

地下云图监测站监测到地下应力、能量等数据,实时传到预报中心,预报中心自动实时处理,生成地下云图,自动或人工分析、研判地下云图,预报地震。

汶川已建成我国首个地下云图监测站。红色仪器为地下云图传感器,图中人物为王暾博士。

5月8日,成都高新减灾所宣布在四川和云南建设地下云图网。该网建成后,可用其监测到的数据生成地下云图,自动或人工分析、研判,开展类似于气象预报的“看图说话”,预报地震。

众所周知,地震预报是一项世界难题,目前尚无有效的预测技术和方法。据成都高新减灾所王暾博士介绍,川滇地下云图网既是中国首个地下云图网,也是世界地震预报领域的首创。那么,究竟何为地下云图,地下云图能够达到什么效果?

新闻背景

地下云图为何可能预报地震

地下云图的原理类似于天气云图,是在地表安装传感器,通过物理方法对地下8千米至20千米的应力、能量进行动态监测,生成一张能看见地下应力和能量的动态演化图。

传统的地震预报一是凭借经验,大多依据地震活动性,但是对于无前震的大震,地震活动性方法不适用;二是用物理关系不明的物理量预报地震,例如“鸡飞狗跳、蛤蟆过街”;三是用物理关系太间接的物理量,例如地下水位、水温等。传统地震预报采用了很多似是而非、物理依据不足的参数,出现了更加纷繁杂乱的地震预报方法、数据,这些都没有足够的科学依据,因此成功的可能性极低,即使成功一两次,也带有极大的偶然性。

地下云图是用地下应力、地下能量等与地震的发生地区、地震震级有直接关系的物理量来预报地震,类似气象专家通过天气云图预报天气,医生通过CT、X射线发现人体内脏的病变,确诊疾病。因此,通过地下云图进行地震预报是基于物理关系明确的科学数据,是可靠地震预报的可能钥匙。

成都高新减灾所建设地下云图网之前,“地下云图”的概念曾在网上被提及过,但是都未进行深入探讨,国内外也未见专门的地下云图网建设。

成都高新减灾所自2011年开始研究地震预报技术,历时7年进行了理论研究、技术路线论证、软件编制、传感器研制。2016年12月,成都高新减灾所组织了地震预报研讨会,邀请了多名国内地震预报领域的专家,深入学习和梳理了地震预报现用的几种方式:宏观观测、地下流体、地电、地磁、小地震等。2017年,王暾博士带队调查、确认了汶川地震时北川中学师生在地震前几分钟观察到磁场异常,进一步加强了采用地下云图预报地震的信心。

专家们通常认为,地震预报是世界难题,其难度在于:一是地球的不可入性,二是地震孕育的复杂性,三是在同一地点地震重复发生的小概率性。

针对这些困难,王暾博士认为可以通过建设地下云图网加以破解。

首先,地下云图网不需要“打孔”深入地球,通过在地表安装传感器就实现了对地下8千米至20千米的应力、能量的动态监测,能够实时掌握地下应力、能量,生成地下云图。

其次,地震只是力学过程,地震的发生只与应力、能量的积累程度和断层的断裂强度有关,与应力积累的过程无关,即对临震预报而言,不需要考虑地震孕育的复杂性。

再次,川滇地下云图网将全面覆盖四川、云南的地震区。四川、云南的地震频度高,平均每年5级以上的地震大于3次,对应川滇地下云图网,破坏性地震不是小概率事件。地下云图网运行3年时间,预计能监测到10个以上5级地震的地下云图数据,总结这些云图数据将启发地震预报。

当然,需要注意的是:地震预报只能给出一个时间区间,不可能精确发震时刻;地震预报只能给出震中的区域,不可能精确到一个点。

川滇地下云图网预计2年内建成

川滇地下云图网拟在四川、云南建设2000个地下云图监测站,这些监测站监测到的数据将实时传到成都高新减灾所的地震预报中心,预报中心自动实时处理,生成地下云图。目前,成都高新减灾所已在汶川建设了首个地下云图监测站。

川滇地下云图网的研究对象是震源深度8千米至20千米的对人类有破坏性的大地震。为什么是8千米至20千米的浅源地震?因为历史经验表明,震源深度大于20千米的地震,一般震级都不大,对人类有破坏性的地震的震源深度几乎都小于20千米,例如海城地震、邢台地震、唐山地震、汶川地震、九寨沟地震的震源深度都小于20千米。另外,震源深度小于8千米的地震,因为深度小,应力和能量积累难以很大,所以震级一般小于5级,震级小于5级的地震一般很难对人造成大的影响,因此小于5级的地震也不是地震预报研究的对象。

成都高新减灾所的初步规划是,先利用1至2年的时间建成川滇地下云图网,再用3年左右的时间,通过地下云图网采集10个左右破坏性地震的案例,进行地震预报的内部技术试验,再进行地震预报的逐步公开试验,等到内部试验和公开试验均成功后,将通过政府进行基于地下云图的地震预报的公开服务。

地下云图的效益包括科学性、公益性,作用包括提升地质灾害预测预警科技水平、提升深部资源勘测科技水平、开展川滇地震预报服务、开展川滇多灾种预警服务、强化地震动参数速报能力,大幅提升地震数据获取能力,更有效保障防震减灾、应急指挥、应急救援等。

新型传感器在地表监测地下深处

地下云图预报地震的创新性在于利用物理关系明确的科学数据进行地震预报,突破了传统凭借经验或者物理关系不明的物理量和物理关系太间接的物理量进行地震预报。

为了实现面向临震预报的地下云图,成都高新减灾研究所创新性研究出了一种传感器,这种新型传感器虽然安装在地表,但是通过物理学方法,却可监测到地下8千米至20千米的应力和能量,且监测的物理量与应力、能量的物理关系明确。另外,这种传感器监测到的物理量,从地下10千米传递到地表需要的传递时间为秒级。

据悉,成都高新减灾研究所和地震预警四川省重点实验室将基于川滇地下云图网开展国际国内合作,建设全球地震预报实验室,邀请国内外专家共同研究和发展地震预报技术。

延伸阅读

各国都在积极探索地震预报

2003年,美国开展了“地球透镜计划”,该计划为期15年,包括4个子计划:圣安德烈斯断裂深部观测站、美国地震台阵、板块边界观测站、合成孔径干涉雷达。这些基础性很强的研究计划,将逐步为地震预报奠定重要的基础。

日本目前有针对东海地区的地震预报系统,该系统通过监控安置在海底的400多台地震仪,用高性能电脑分析岩石的变化来预测地震,但该系统只能实现对部分地区的地震预测。

有报道称,英国剑桥大学的一个研究团队在实验室中再现了强大地震对岩石产生的影响,并尝试使用最新研发的AI系统来识别预示着一场大地震即将到来的迹象。这种岩石的压力反应通常发生在地震发生的前一周左右。

2017年,中国地震局启动了地震科技创新工程,拟通过“透明地壳”“解剖地震”“韧性城乡”和“智慧服务”4个计划的实施,在未来10年,大幅度提升我国地震科学研究水平以及防震减灾能力,达到国际先进水平。“透明地壳”是要开展对地下结构的探察,特别是主要地震带的深浅结构和断层活动习性,寻找地震规律。(作者:杨浩翔 成都高新减灾所)

责任编辑:王忠厚
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