電子技術(shù)在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

周昌賢，鄭韶鵬

（廈門(mén)地震勘測(cè)研究中心，361021）

0 前言

一直以來(lái)，無(wú)論哪個(gè)國(guó)家，地震的預(yù)報(bào)工作總被人們所詬病。而確實(shí)地地震預(yù)報(bào)從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確性要求相當(dāng)高，而且在預(yù)測(cè)中不可避免地總涉及準(zhǔn)確信息的收集與處理，這時(shí)候電子技術(shù)的應(yīng)用正在逐步突破傳統(tǒng)做法的局限性，使得地震的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)越來(lái)越成為可能。

1 電子技術(shù)的定義、發(fā)展階段及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用。

1.1 電子技術(shù)

電子技術(shù)是指通過(guò)電子學(xué)的原理，利用電子器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能電路，來(lái)輔助解決實(shí)際問(wèn)題的現(xiàn)代科學(xué)。它可主要分為信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。其中信息電子技術(shù)包括 模擬（Analog） 電子技術(shù)和 l 數(shù)字（Digita） 電子技術(shù)。電子技術(shù)主要的作用在于對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行處理，其處理方式主要有以下四種：信號(hào)發(fā)生、信號(hào)放大、信號(hào)濾波、信號(hào)轉(zhuǎn)換。

圖1 電子技術(shù)

圖2 電子技術(shù)產(chǎn)品代表

1.2 發(fā)展階段

電子器件及其電子器件構(gòu)成電路的應(yīng)用是電子技術(shù)研究的主要內(nèi)容。而構(gòu)成各種分立、集成電子電路最基本的元器件主要是半導(dǎo)體器件。隨著電子技術(shù)迅猛發(fā)展，如今各類(lèi)新型半導(dǎo)體器件不斷涌現(xiàn)。而現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展方向,是從傳統(tǒng)電力電子學(xué)（以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主）,向現(xiàn)代電力電子學(xué)方向（以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主）轉(zhuǎn)變。

五十年代末六十年代初的硅整流器件是電力電子技術(shù)起源,到現(xiàn)在為止其發(fā)展先后經(jīng)歷了三大時(shí)代跨越（整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代）,有力地促進(jìn)了電力電子技術(shù)在社會(huì)新領(lǐng)域的應(yīng)用。而以功率MOSFET、IGBT為代表，集高頻高壓和大電流于一身的復(fù)合器件（功率半導(dǎo)體），是從八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的，這已經(jīng)表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)跨進(jìn)現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

2 地震預(yù)報(bào)定義及方法

相對(duì)而言，在地震預(yù)報(bào)中，對(duì)未來(lái)破壞性地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)及地震影響的預(yù)測(cè)是最主要的。地震預(yù)測(cè)主要是利用地震地質(zhì)、地殼活動(dòng)性、前兆異常以及環(huán)境因素等多種手段研究監(jiān)測(cè)來(lái)達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。現(xiàn)代地震預(yù)報(bào)技術(shù)，主要是通過(guò)地震監(jiān)測(cè)考察、野外地質(zhì)調(diào)查勘探、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)論證多方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)生地震條件、地震規(guī)律、地震前兆、地震機(jī)理的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)來(lái)及時(shí)制定相關(guān)對(duì)策。

2.1 地震預(yù)報(bào)定義

發(fā)震時(shí)間、發(fā)震地點(diǎn)和震級(jí)被稱(chēng)為地震預(yù)報(bào)的三要素。而地震預(yù)報(bào)綜合五階段工作程序主要包括地震形勢(shì)預(yù)知、地震中期預(yù)報(bào)、短期預(yù)報(bào)、臨震預(yù)報(bào)以及震后預(yù)報(bào)。

震后地震趨勢(shì)預(yù)報(bào)指破壞性地震發(fā)生之后，及時(shí)分析受其影響地區(qū)近期內(nèi)地震活動(dòng)形勢(shì)（無(wú)震預(yù)報(bào)、震后強(qiáng)余震及更大地震預(yù)報(bào)）。

圖3 地震預(yù)報(bào)周期分類(lèi)

圖4

2.2 地震預(yù)報(bào)方法

地震預(yù)報(bào)方法通常有以下三類(lèi)，即地震地質(zhì)法、地震統(tǒng)計(jì)法和地震前兆法。然而這三者之間不能孤立存在，只有相互結(jié)合補(bǔ)充，方能獲得良好的預(yù)報(bào)效果。

2.2.1 測(cè)震學(xué)預(yù)報(bào)

這種預(yù)報(bào)方法也稱(chēng)為“以震報(bào)震”。它主要通過(guò)利用地震活動(dòng)空間、活動(dòng)時(shí)間及強(qiáng)度變化來(lái)達(dá)到預(yù)報(bào)地震三要素（波速比、b值、圍空、條帶、統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)等）的目的。到目前為止，測(cè)震學(xué)預(yù)報(bào)越來(lái)越受到了地震檢測(cè)工作者的重視，也逐漸作為地震綜合數(shù)據(jù)分析預(yù)報(bào)的主要依據(jù)。

2.2.2 地震前兆觀(guān)測(cè)

它主要通過(guò)地震前兆監(jiān)測(cè)設(shè)施提供資料，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理劃定異常，從而有效預(yù)報(bào)地震。目前，常見(jiàn)的前兆監(jiān)測(cè)手段一般有以下幾類(lèi)：地下水觀(guān)測(cè)、地形變觀(guān)測(cè)及電磁場(chǎng)觀(guān)測(cè)。

2.2.3 宏觀(guān)異常

通常，技術(shù)性預(yù)測(cè)總需要結(jié)合自然界動(dòng)植物感官的異常反應(yīng)才能達(dá)到很好的預(yù)測(cè)效果。而這種預(yù)測(cè)手段就強(qiáng)調(diào)通過(guò)感官來(lái)發(fā)現(xiàn)震前異?，F(xiàn)象。它主要包括大規(guī)模的動(dòng)物習(xí)性異常、地下水位漲落及果樹(shù)重花等等等。一旦短時(shí)間內(nèi)大量出現(xiàn)此類(lèi)異常，地震來(lái)臨的可能性要大得多。

3 地震預(yù)報(bào)中電子技術(shù)應(yīng)用

近些年，世界范圍內(nèi)一些國(guó)家陸續(xù)展開(kāi)對(duì)“地震-衛(wèi)星技術(shù)”的研究工作，并取得良好效果。其主要通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)有的衛(wèi)星信息（GPS、熱紅外、電離層、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(InSAR)、重力、電磁波）研究，初步形成了與地震活動(dòng)區(qū)域局域性異常相關(guān)聯(lián)的互動(dòng)關(guān)系，這也顯示了電子技術(shù)在地震預(yù)報(bào)研究中的遠(yuǎn)大前景。

3.1 應(yīng)用背景

在“九五”期間，我國(guó)不斷加大國(guó)家數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的建立（包含50個(gè)數(shù)字地震臺(tái)站），并于同時(shí)建立了一批區(qū)域數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)。其后，我國(guó)又建立了GPS觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（包括25個(gè)連續(xù)觀(guān)測(cè)基準(zhǔn)站、56個(gè)定期復(fù)測(cè)基本站和1000多個(gè)不定期復(fù)測(cè)區(qū)域站），從而有利保障中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)大型科學(xué)工程的有利實(shí)施。而且我國(guó)在華北、西北及西南等地區(qū)設(shè)立衛(wèi)星遙感觀(guān)測(cè)站，來(lái)完成在地震監(jiān)測(cè)中衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用研究。

如今，我國(guó)地震預(yù)報(bào)研究與國(guó)際同步進(jìn)行，并且也取得了重要進(jìn)展。同時(shí)我國(guó)及時(shí)建立了中國(guó)地震局地球物理勘探中心電子技術(shù)研究室，來(lái)為物探中心所從事的防震減災(zāi)事業(yè)提供先進(jìn)的地球物理儀器及野外探測(cè)服務(wù)。

3.2 電子預(yù)測(cè)技術(shù)分類(lèi)

3.2.1 遙感技術(shù)

該技術(shù)主要是利用衛(wèi)星紅外遙感異常監(jiān)測(cè)地震活動(dòng)。其主要的技術(shù)支持是通過(guò)衛(wèi)星遙感影像的分析來(lái)判識(shí)斷層。一般地，只要是斷層存在的地方，無(wú)論是建筑物還是其他，其潛在的危險(xiǎn)是不言而喻的。通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)，我們可以及時(shí)準(zhǔn)確地感知地震發(fā)生區(qū)域，并做好建筑物加固工作，并為未來(lái)城市規(guī)劃做出可行性借鑒。而地質(zhì)斷層在衛(wèi)星影像上是有非常典型特征的。在通過(guò)影像分析后，仍然需要人親自赴野外進(jìn)行實(shí)地性勘探論證。

衛(wèi)星遙感技術(shù)，主要是通過(guò)衛(wèi)星電磁異常與地震、地震電磁的異常特征來(lái)達(dá)到對(duì)地震的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

一直以來(lái)，人們都在這方面做了很多嘗試。事實(shí)上，地震在活動(dòng)之前，確實(shí)會(huì)存在紅外遙感所檢測(cè)到的異常圖像情況，而且這些異常往往都分布在很大范圍。不過(guò)，這種異常的每一次出現(xiàn)并不意味著地震就會(huì)出現(xiàn)，其幾率對(duì)比不成正比。因此這也需要在時(shí)間預(yù)測(cè)與空間分布相結(jié)合對(duì)應(yīng)起來(lái)。也只有這樣才能在一個(gè)非常低頻的情況下正確處理與地震的關(guān)系。

另一方面，一旦地震災(zāi)難發(fā)生，我們應(yīng)該快速處理好各種信息（電磁場(chǎng)、電磁波以及等離子體和離子濃度、離子流、電子密度等），還包含由地震引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害（滑坡，強(qiáng)降雨等等）。這樣所獲得的參數(shù)可以為國(guó)家應(yīng)急提供很大的幫助，尤其是對(duì)啟用哪個(gè)級(jí)別應(yīng)急預(yù)案方面作用不言而喻。再一個(gè)這種異常出現(xiàn)的幾率要比地震出現(xiàn)的幾率大的多的多，不是一個(gè)數(shù)量體兩個(gè)數(shù)量體，這會(huì)造成在眾多的異常中獲取真正的地震前兆非常困難。這個(gè)是紅河斷裂帶有明顯的色調(diào)上的差異，姓曲的作者認(rèn)為，他認(rèn)為主要是以氣象影像為主的，也排除不了對(duì)地震活動(dòng)、地下來(lái)的熱異常的貢獻(xiàn)。

3.2.2 GPS技術(shù)

GPS技術(shù)即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem——GPS）的主要支撐技術(shù)，它最初是美國(guó)國(guó)防部為滿(mǎn)足軍事部門(mén)對(duì)海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而運(yùn)用的現(xiàn)代精準(zhǔn)定位技術(shù)。發(fā)展到現(xiàn)在，目前該技術(shù)主要包含兩種定位方法——絕對(duì)定位方法與相對(duì)定位方法。前者又叫單點(diǎn)定位，主要通過(guò)對(duì)地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)的觀(guān)測(cè)站坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。它的原理是通過(guò)全球定位衛(wèi)星，將其到用戶(hù)接收機(jī)天線(xiàn)之間距離觀(guān)測(cè)量為基，依據(jù)衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)借以確定接收點(diǎn)所對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)。相對(duì)定位方法主要是通過(guò)導(dǎo)航電文中給出的鐘差參數(shù)，分析信息發(fā)出點(diǎn)的可能性坐標(biāo)，并把其作為未知數(shù)與觀(guān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)運(yùn)用數(shù)據(jù)處理辦法求解，得出坐標(biāo)位置。

4 結(jié)語(yǔ)

世界范圍內(nèi)，地震預(yù)報(bào)始終是一個(gè)難題。電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為地震預(yù)報(bào)提供了一條準(zhǔn)確及時(shí)更方便的科技發(fā)展之路。順著社會(huì)的進(jìn)步，相信在未來(lái)，電子技術(shù)將更加廣泛地應(yīng)用在自然災(zāi)害的防治方面。它將給人類(lèi)帶來(lái)巨大的安全保障。

[1]《中國(guó)地震預(yù)報(bào)概論》(梅世蓉、馮德益等著，地震出版社1993年版)

[2]《地震預(yù)報(bào)》 劉正榮 地震出版社.2007-11-1

[3]《預(yù)測(cè)新技術(shù)物理基礎(chǔ)及其應(yīng)用研究》中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司編.2008-12-01