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用压电石英改进地电场异常监测法扬长避短提高地震预报

已有 1991 次阅读 2015-2-20 13:24 |系统分类:观点评述

 2008.5.12汶川大地震后,科学时报和其它媒体报道了许多地震预报研究信息和存在的问题,如“地震预测研究的技术路径之争”﹝1﹞笔者曾提出“用压电石英监测地应力异常的设计和预测预报地震的设想”一文,刊登在“第五届群测群防地震等重大天灾经验交流会论文集”第二册上﹝2﹞。我未学过地震,在此期间补学了地震预报基本知识﹝3﹞。查阅很多地震预报的文献﹝4-9﹞、文选﹝10-12﹞和资料﹝13﹞等,发现用地电场法监测地震前兆的文献很多。这可能因该方法有如下长处:(1)实践证明效果较好,能设法排除某些干扰,逐步提高性能。(2)地电场异常前兆在多种类型地震(有前震如海城,无前震如唐山,地堑(地陷)型地震,如渭河地震,可能例外)普遍存在。(3)地电场异常机制与震源地应力超载,岩石破裂辐射出来的电子有关。(4)地电法简单易行经济,便于群策群力。压电石英的特性是将动能(地应力)转换成电能,恰好直接用于监测地电异常,故将压电石英改为监测地电场异常法,预报地震扬长避短。

回顾邢台地震是建国后首次大地震,当时对防灾毫无戒备,损伤严重。震后,周恩来总理立赴灾区,除慰问安抚乡亲们外,还特别关注今后如何减少地震灾害的问题。深入群众,了解震情,得知“地震有前兆,可能预报”﹝10﹞。那时尚无地震局,周总理便与李四光(原地质部部长)探讨地震能否预报的问题。李四光根据地质力学原理和地应力异常等前兆,认为仔细进行实验研究,地震可能预报﹝3﹞。当时国内外绝大多数地震专家都认为地震无法预报。周总理很赞赏李四光的雄心壮志,在接见青年地震工作者时周总理说“希望在你们这一代能解决地震预报问题”﹝14﹞当然科学难题不能单凭一时热情所能奏效,必须有广而深的科学技术知识,冷静理智的头脑和对人民生命有高度责任感才能解决。李四光很快组织了地震预报物探研究队伍,改装一些物探仪器监测地震前兆,如形变电阻率(即视电祖率)和“土地电”等﹝3﹞并开展岩石压力实验﹝3﹞,发现岩石受强压力时电阻率有变化,邢台余震电阻率有反映,于是肯定了电阻率是较好的方法。这是国内最早的岩石压力实验,为后来研究指出了方向,意义重大。至今电阻率法和“土地电”仍然广泛用于地震预报。

海城﹝13﹞和河北青龙县﹝10﹞(在唐山震区内北部地震裂度六级)地震预报成功均被国际地震专家确认为世界典范。其原因与上述工作有关。显然,若无那些戒备,海城地震必然与邢台地震一样遭受重大损失。可惜周总理和李部长早逝,没看到这些可喜的成果,更可惜最重要的是未找出真正预报成功的根本原因留下后患。应深思在同一震区内,为何唐山市未预报而青龙县预报啦?

唐山地震前有多种前兆和监测方法,除“土地电”外,还有大量视电阻率法﹝16﹞,效果很好,发震中期电阻率缓慢下降,在短临期急剧下降谱线呈谷形。电阻率法与“土地电”法所测对象相同,皆为地电场异常,只是具体方法不同。因为电阻率也受地电场值控制,电阻率与电导率成反比关系。海城和唐山地震前都有很明显的物理前兆现象,如地光、声、电磁等。其中电磁前兆难直感,不易发现。当时地震学家对这些前兆现象产生的原因尚不明确,影响对它们的重视和对地电场异常指标可靠性的评价。汶川大震前有中法合作的法国仪器,甘肃武都代乾台便是其中之一。汶川地震该台测得结果为多峰山形谱线﹝8﹞。在国内四川地电观测有6个台站。其观测资料出现的异常现象比例极低,异常台站比为1/6,异常测项比为1/26。原因是数字化仪器改造或模拟与数字仪器换代造成的﹝7﹞,并非地电前兆不可靠。2010年玉树大地震前地电场亦有明显的异常﹝9﹞

自上世纪80年代以来国内外地球物理学家开展了大量岩石压力实验﹝17﹞。结果表明,当岩石应力超载,发生微裂隙,从其中辐射出不同频段的电磁波。这些实验虽然是在地表小规模进行的,但其机制与地震产生的前兆相同,它可以解释海城地震“土地电”突跳的根本原因,还可以解释唐山地震前产生的各种(光、声、电磁)物理现象的原因。国内某些地震专家对这些实验成果不重视,很少用来研究地震预报。而国外有些科学家将它用于地震预报。上世纪80年代希腊物理学家用于地震预报,称(VAN)法,准确率达60﹝18﹞。美日地学家多数认为地震无法预报,但2008年美国地震学家用压电陶瓷圆筒先进仪器,测量岩层压力的微弱变化,可提前数小时预报地震﹝19﹞2010年美国物理学家开展岩石压力实验,亦发现岩石的压电性,部署传感器捕捉释放的电荷,用于临震预报,欢呼地震预报有希望了﹝20﹞2012年日本地震研究小组通过观测地下电流的细微变化,预报地震,准确率为58﹝21﹞。上述好消息充分证明地电场法预报地震很可靠。我国某些地震专家只要看报便能知道,但不知反应如何?综上所述地电法的发展简史,从无到有,从少到多,效果逐步提高,实为良好的方法之一。

地电法虽有上述长处,但还有不少短板。其中有些干扰已采用各种方法排除,如多极矩法﹝4﹞。但还有些自然不利条件和不同台站所观测的记录不同步无法避免,如震区内地质体岩性构造和地下水等复杂因素,影响监测效果。

压电石英的长处如下:压电石英可深置井下,排除地面的许多干扰。压电石英产生的电荷,直接流入导线,避免地质体复杂的影响。压电石英产生的电荷量与压力大小成正比,依电量可计算应力强度,用于地应力研究。依地应力超载极限岩石破裂所需力的强度可试探数字(物理)预报,向自动化发展。石英的硬度大抗压力强,可监测地震孕育的全过程(由长中期到短临期)即长中预测与短临预报相结合。压电石英方法简便价廉易于大量广泛使用,像电子表。压电石英的缺点是电荷量甚微,可能受非地震的动力干扰,在实践中可能出现其它的缺点。

关于石英晶体的安装在前文﹝2﹞中已有介绍,现再简述之。依照李四光等地质力学专家长期观测的结果,最大主应力的方向为水平或近于水平方向,故石英晶体的电轴(二次对称轴)必须在水平或近于水平面上。高次对称轴(立轴)必然在垂直方向。转动立轴使电轴平行于最大主应力方向,便可测得最强的主应力。此装置暂称为“石英测震仪”。此仪器置于强震带钻井下越深越好,选择坚硬的岩层,因为硬岩层传播地震远。在一个较小构造单元内设3-4台组成观测网,选择其中较深的井,在不同深度安装一部仪器,监测地电场(或地应力)在纵向上的变化。在具体安装时可能出现新问题,请池顺良(地应变专家)和有关专家指导。笔者未从事过地震预报工作,必然有很多问题,首先请各位专家对此方法可行性提出宝贵意见,特此致谢。

 

主要学习和阅读文献

[1] 科学时报,200864AI“地震预测研究的技术路径之争”。

[2] 国际天灾研究会“第五届群测群防地震等重大天灾经验交流会论文集”第二册。

[3] 李四光“论地震”地质出版社,1977年。

[4] 马钦忠等,“崇明与南京台震前地电场变化异常分析”地震学报,20043)。

[5] 钱复业等,地电场短临预报方法研究,地震2005252)。

[6] 丁鉴海等,“地震电磁前兆研究进展”电波科学学报,20065)。

[7] 程万正等,“对汶川8.0级地前四川地区地电地磁观测异常的分析与思考”四川地震2010.6

[8] 范莹莹等,汶川Ms8.0大震前的电磁现象。地球物理学报,20105312)。

[9] 田山等,汶川、玉树大地震前的地电场异常,地球物理学进展20123)。

[10] 李尚勇,“我国目前地震预报尴尬局面的制度原因及其出路”第二届如何使汶川悲剧不重演讨论会暨国际天灾研究会成立大会论文集之二,2009,5

    [11]汪成民“我们成功预测了汶川三次强余震”如果使汶川悲剧不再重演研讨会论文(选)200811

    [12]杨智敏“对日本大地震前的异常回顾总结”第四届重大天灾经验交流会论文集20113月。

    [13]潘正权摘编:“地震宏观异常资料”国际天灾研究会印制200910月。

    [14]霞飞赵永生:《周恩来在邢台地震后的日日夜夜》《党史博彩(记实版)》20088

[15] 辽宁日报,2005-2-8, 30年前土仪器准确预报海城大地震。

[16] 国家地震局科研处“唐山地震考察与研究”,地震出版社,1981

[17] 郭自强等,岩石破裂过程的光和电磁辐射,地球物学报,1988.31 (1) 37 - 41

[18] 陈棋福等,地震预测与展望,地球物理学报,第40卷增刊,386 – 395

[19] 参考消息,2008 – 7 - 11, 5版,美专家称可提前数小时测知地震。

[20] 参考消息,2010 – 9 - 17, 7版,预报地震有希望了。

[21] 参考消息,2012 – 11- 11, 7版,日本研究称观测地下电流可预报地震。

 

 

 

 

 

 




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