地震预报――最难是临震（三）

最难是临震，如何攻克临震预报关 ?

海城、松潘和唐山地震，都有长期和中期预报。海城和松潘地震作出临震预报，预报基本成功。唐山地震临震失报，前功尽弃。

海城和松潘临震预报，依靠的是临震前出现的大量前震及动物和地下水宏观异常。但许多强震前不出现如海城那样有明确警示意义的前震震群。各次强震前宏观异常的表现方式和数量也很不同。仅依靠宏观异常和前震活动提供的信息，很难准确判断强震何时发生，造成失报或使正常社会经济生活受到较长时间冲击。临震预报成为地震预报能否成功的关键。

如何攻克临震预报关，一批不同学科背景的科学家按各自的思路，正在寻找解决之道。

这里从观测仪器角度，介绍其中的一种思路。

    地声­－特高频地震波－是强震的确定性临震前兆

历史地震记录资料表明，震前地声是重要的地震前兆。是大自然向人类面临重大灾难前最后发出的警号。在发生强烈破坏性地震时震中区的地下会有多种惊心动魄的地声出现。对此我国丰富的历史文献中有大量记载。(见附件)

按现有地震知识，“地声”是强震发生即地下岩层大破裂前最后阶段，断层锁固区中微裂纹一步步被强制打通，而出现近乎连续的高频极微震和声发射形成的，因而无论是“海城型”还是“唐山型”地震，孕震的最后阶段都有锁固体中微裂纹强制逐步打通的过程，都会出现临震“地声”辐射。除非地层如玻璃般均匀，破裂会在瞬间突然发生。正如附件中历史地震资料表明的那样，强震在大破裂发生前会有地声发射。

设计一种能够清晰记录地声的科学仪器，提供清晰的地声记录。充分发挥快速计算分析及通讯能力，将为临震预报决策提供丰富、可靠的信息。

著名声学家马大猷在“声学漫谈”一书中就探讨过震前地声现象．马先生在分析了地声的来源后指出：“研究地声的主要目的之一就是想用它来预报地震．根据上文所述．最有预报价值的当推地层尚处于微破裂阶段时所产生的那种地声。”

地声的频率大致在数十至数千赫兹。在固体地层中发生和传播的地声，实质上就是一种特高频地震波，需要多分量地震仪记录完整的地声信息。

有两类地震仪：惯性摆地震仪和应变地震仪。惯性摆地震仪是记录地震动的精密仪器，但惯性摆地震仪受弹簧－摆系统自振频率限制，记录通频带在0-20Hz，能满足记录地震波的需要，但记录不到更高频的地声。

应变仪不受弹簧－摆系统自振频率限制，其频响可从0～数十KHz，甚低频的固体潮波、中等频率的地震波、高频的地声波都能包含在接收频带内。目前国际、国内多种钻孔应变仪，通频带大都在0～10Hz。

为了能同时接收地声、地震、固体潮信号，我们设计研制了记录频带0-3000Hz的YRY-4型钻孔应变仪（池顺良，深井宽频钻孔应变地震仪与高频地震学－地震预报观测技术的发展方向，实现地震预报的希望。地球物理学进展，2007，22(4)：1164-1170）。

根据上述对地声成因的分析我们有理由相信，唐山地震前地震仪器没有纪录到前震并不等于没有极微弱的、振动频率在目前地震仪器观测频带之外的地层微破裂、高频极微震发生。如果有灵敏度更高、观测频带更宽的地震观测仪器．在唐山大地震发生前会纪录到震前高频极微震和地声活动的信息而作出某种程度的预报，唐山的灾难就可能像海城那样得以避免。

但是，高频波在地层中衰减快。如果高频波不能传播数十到一百多公里距离，观测高频极微震和地声就很难被实际应用。如果我们将仪器安装到振动干扰小的深井中．采用宽频带、高灵敏的应变仪能否观测到百公里外的高频极微震与地声信息呢？这只有由实验来验证了。

20世纪80年代的“深井地声观测”证明，高频极微震与地声信号能传播较远距离。

在唐山地震死伤数十万同胞惨痛灾情刺激和鞭策下，一批来自不同学科的年轻科学家以最大的热情、执着的精神、辛勤克苦的工作．在上世纪70-80年代进行了一系列地震预测理论与观测技术方面的研究及探索．其中，“深井地声观测”的开创性工作证实，高频极微震和地声波能在地下传播100公里以上距离！

天津市地震局以伍富昆为首的科研人员，从l973年开始研制深井地声仪．伍富昆采用环状压电陶瓷海军声纳探测技术制做深井地声探头．探头直径0.10米．长3米．从1977年到1984年．分别在天津宝坻（井深430米）、天津南郊万家码头(1200米)、四川江油（2200米）建立了试验观测点，并取得了一批宝贵的观测数据．尤以宝坻台取得的资料最丰富。

这一深井地声观测系统的观测频宽为0. 04Hz到10KHz．用模拟磁带记录器，低频、高频单笔模拟墨水记录，六笔高频模拟墨水记录4种记录器记录不同频段信息。高频模拟墨水记录在快速展开记录时，一卷记录纸只能记录约一小时数据．要保持这三个试验台多年取得不间断资料．工作难度之大可想而知！

在天津宝坻深井地声仪投入观测后，在宝坻台为中心．半径130公里范围内发生了5个5级以上地震；在半径70公里范围内发生了3个4.7～4.9级地震；在20公里处发生了1个3.8级地震．历史上难得的机遇令伍富昆取得了一批宝贵的观测数据。

1977年12月21日00点24分，距宝坻120公里的滦县发生ML＝5.3级地震．震前1 4小时出现前兆地声．有两种类型，一种为连续性地声，一种为脉冲型地声．图1(1)是正常记录背景，图1(2)～图1(4)是震前地声信息，图1(5)是主震前几分钟的记录，脉冲型地声减少了，图1(6)是地震后恢复正常的记录，图1(5)的主震因为记录笔打掉未记全．

   图1. 滦县ML＝5.3级地震，震前出现前兆地声序列图

其他地震的地声序列图因为篇幅关系就不一一展示了。天津宝坻地声台的观测结果显示：在半径l 30公里范围内，发生的5个五级以上地震，都有地声出现．已经获得的资料表明．“相同震级的地震，越近的地声出现得越早；相同距离的地震，震级越大的震前地声出现得越早，同样为五级地震，l 20公里远的滦县地震．1 4小时前出现地声信息；70公里远的古冶地震．46小时前出现地声．震中距离相近的滦县5.3级地震，震前14小时出现地声．而卢龙6.2级地震．震前1700多个小时出现了地声信息．”（引自郑治真．1985．“SD1型深井地声仪”鉴定会材料）表1.是地震和地声出现时间的对照表。

表I  地震和地声出现时间对照表．

地声出现时间      发震时间    地 点   震中距   震 级   地声提前时间

年月日时分      年月日时分                  千米     ML        小时

771220. 1016     771221. 0023   滦县北   120      5.3         14

771220. 1016     771222. 0627   滦县北   120      5.2         14

800806. 0928     800806. 1721     宁河     70      4.7          8

800806. 0928     800806. 1934     宁河     70      4.7          8

801116. 0041     801117. 2203     古冶     90      5.1         46

810729. 0845     810803. 1307     宁河     70      5.3         125

810729. 0845     810817. 0542     宁河     70      4.9         125

911206.12        811220.0048        宝坻     20      3.8         324

820806.07        821019.2045        卢龙    130      6.2        1776

70年代，北京、太原、山东、四川、云南、辽宁等地也建立了一批地声观测点，这些测点上使用的大部分是水声探头，一部分是压电型加速度计和传声器．从地声台的观测资料与地震观测资料的比较．“清楚地表明，地声记录系统的灵敏度远远高于微震仪．……证明了地震前确实有不同于极微震的声发射．”，“用地声方法所记录到的确认的小震要比常规地震台所用的地震仪能记录到的地震要多5～7倍，这是大量的0.3级以下的更小的地震，其频率在90～150Hz内的居多”．这些试验说明，要获取更多的地震信息．要将地震观测技术向频率更高、信号更微弱的高频极微震领域推进，地震学家必须在他们已经使用了一个世纪熟悉的摆式地震仪之外．寻找、发展新型结构的地震观测仪器，制造出比现有地震仪观测频带宽得多．灵敏度高得多的“超级地震仪”来满足地震预报实践的要求！

伍富昆不受传统测震技术和惯性摆地震仪思路的束缚，大胆选用振频高灵敏度也高的环状压电材料作敏感元件，打开了高频地震观测窗口．

伍富昆的地声探头设计工作条件是将地声探头下到深井底部的水中．作为一种水听器来接收地下信号的，这种地声探头因为只接收水中的纵波信号所以只有一个观测分量．在实际试验中，悬吊在井底水中的探头，由于电缆张力，水中的小虫活动或滴水等干扰．噪声很大以致无法正常工作．最后，伍富昆采取了“往深井里填了大约十米厚的沙柱”，将探头全部埋在沙中，隔断了从地表通过电缆和水介质传到井底的噪声，探头接收的是通过固体地层传导来的高频应变波信号．地声探头实际上成为了一台单分量体积应变仪．固体中的声波需要3个以上独立分量来描述，多分量钻孔应变仪记录可获得更完整的地声信息。