GPS對(duì)地震預(yù)報(bào)的推進(jìn)和問(wèn)題探究

籍亞強(qiáng)

摘 要：地震預(yù)測(cè)是一個(gè)艱巨并且實(shí)現(xiàn)非常困難的科學(xué)難題，僅僅應(yīng)用某一技術(shù)是達(dá)不到目的的，不可能準(zhǔn)確對(duì)地震進(jìn)行預(yù)測(cè)的，還需要更多方面更多技術(shù)的綜合分析，才能更接近預(yù)測(cè)的目的。本文以1996年麗江發(fā)生的7.0地震為例，論證了GPS在地震預(yù)報(bào)中的作用，以及面臨的和急需解決的問(wèn)題：如分析研究落后于觀測(cè)、怎樣克服自身的局限性與其它手段結(jié)合互補(bǔ)、連續(xù)GPS臺(tái)網(wǎng)密度太稀疏等。

關(guān)鍵詞：GPS；地震預(yù)報(bào)；問(wèn)題

中圖分類號(hào)：P62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0249-01

1 引言

眾所周知，地震是發(fā)生在地殼深處的巖石運(yùn)動(dòng)。從1751年第一臺(tái)擺驗(yàn)震器問(wèn)世以來(lái)，地震幵始作為一門(mén)學(xué)科受到學(xué)者與科學(xué)家的關(guān)注與重視，從最初對(duì)地震成因的探索慢慢發(fā)展成現(xiàn)在試圖對(duì)地震進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)以減少或避免地震給人類造成的損失和傷害，但是，因?yàn)榈卣鹦纬膳c發(fā)生機(jī)理的復(fù)雜性，地震預(yù)測(cè)對(duì)于現(xiàn)在的人類仍然是一個(gè)世界性的難題。首先，發(fā)生的環(huán)境非常復(fù)雜，而人類又難以對(duì)這個(gè)復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行透徹的了解和分析；其次，雖然科學(xué)在不斷發(fā)展，但是對(duì)于地震監(jiān)測(cè)方面的觀測(cè)技術(shù)還是很有限的，這也很大程度上制約了地震預(yù)測(cè)的發(fā)展。

GPS技術(shù)已經(jīng)有20多年的應(yīng)用歷史，人們?cè)趪L試著將其運(yùn)用到地震預(yù)報(bào)之中，那么它究竟對(duì)地震預(yù)報(bào)起到多大作用，這其中還存在哪些問(wèn)題，應(yīng)該怎樣努力去克服。結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于GPS與地震預(yù)報(bào)關(guān)系的相關(guān)研究，以我國(guó)1996年發(fā)生在云南麗江的7.0級(jí)地震為例，分析以上的幾個(gè)問(wèn)題。

2 GPS技術(shù)為地震預(yù)報(bào)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)

（1）GPS能夠在短期內(nèi)測(cè)定出全球和各地區(qū)的高質(zhì)量、精度穩(wěn)定均勻、多種空間尺度的、可信度極高的速度場(chǎng)。大大推動(dòng)了大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)一級(jí)地質(zhì)學(xué)的發(fā)展[1]。

（2）運(yùn)用GPS技術(shù)建立的全球和各地區(qū)板塊之間的運(yùn)動(dòng)模型，成功的驗(yàn)證了板塊學(xué)說(shuō)，并且對(duì)其進(jìn)行更深入的細(xì)化和量化，從而得對(duì)其有一些新的認(rèn)識(shí)。例如印度板塊、歐亞板塊以及新的板塊劃分可能。

（3）通過(guò)當(dāng)今GPS觀測(cè)建立的板塊運(yùn)動(dòng)模型和地質(zhì)學(xué)時(shí)間尺度建立的模型完全符合，以及不同作者在不同時(shí)間運(yùn)用不同數(shù)據(jù)建立的板塊運(yùn)動(dòng)模型及其速度場(chǎng)之間也相互符合，從這兩方面充分說(shuō)明了地殼動(dòng)力學(xué)保持著“動(dòng)平衡穩(wěn)定態(tài)”和“震間態(tài)”的基本狀態(tài)，而不總是處在臨界狀態(tài)。該理論就是人們熟知的地殼動(dòng)力學(xué)常態(tài)是自組織，而非自組織臨界。進(jìn)一步證明地震是可以預(yù)報(bào)的，因?yàn)榈卣鸬脑杏桶l(fā)生只是暫時(shí)和局部的偏離動(dòng)平衡穩(wěn)定態(tài)。

（4）GPS為地球動(dòng)力學(xué)和地震模型的建立提供了很好的約束條件，強(qiáng)化了觀測(cè)數(shù)據(jù)與動(dòng)力學(xué)理論模型的結(jié)合。這不僅讓動(dòng)力學(xué)的研究更接近于實(shí)際，同時(shí)也在為地震的動(dòng)力學(xué)預(yù)報(bào)逐步創(chuàng)造更好的條件。

（5）隨著連續(xù)GPS網(wǎng)絡(luò)的建立，我們第一次能夠在大空間范圍內(nèi)以及統(tǒng)一的參考系中，研究隨著時(shí)間變化的地殼運(yùn)動(dòng)及其頻譜。有望在地形變過(guò)程研究實(shí)現(xiàn)中“空間望遠(yuǎn)鏡”與“時(shí)間顯微鏡”的結(jié)合；新的研究例如“瞬時(shí)全球板塊運(yùn)動(dòng)模型”、“時(shí)變反演”、“地殼運(yùn)動(dòng)頻譜及其時(shí)變”等也不斷開(kāi)始。

（6）連續(xù)GPS網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，給研究隨時(shí)間演進(jìn)的應(yīng)變積累和應(yīng)力變化等“微動(dòng)態(tài)”創(chuàng)造了條件，并且在國(guó)際上也已經(jīng)出現(xiàn)了一些初步的研究成果。這更有利于判定地震的危險(xiǎn)性、搜索大震的潛在震源、以及未來(lái)中長(zhǎng)期的預(yù)報(bào)。并且之后更深入的研究會(huì)實(shí)現(xiàn)通過(guò)“地殼形變和動(dòng)力學(xué)微動(dòng)態(tài)”進(jìn)行地震的中短期預(yù)測(cè)。

（7）最后，GPS還能實(shí)現(xiàn)對(duì)地震孕育過(guò)程中地球圈層動(dòng)力學(xué)耦合的進(jìn)一步研究，這將是短臨地震預(yù)報(bào)的一個(gè)新方向。例如可以將實(shí)現(xiàn)“地基”與“空基”結(jié)合起來(lái)，研究巖石圈-地殼層與大氣圈-電離層之間的動(dòng)力學(xué)耦合，實(shí)現(xiàn)短臨地震預(yù)報(bào)的新突破。

綜上所述，GPS技術(shù)應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)中，解決了地震預(yù)報(bào)中“缺乏必要時(shí)空信息”和“應(yīng)用基礎(chǔ)研究薄弱”這兩個(gè)問(wèn)題，為地震預(yù)報(bào)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。雖然GPS從根本上推進(jìn)地震預(yù)報(bào)的發(fā)展，但要真正實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)還有許多困難需要解決。

3 從云南麗江的地震案例分析GPS在地震預(yù)測(cè)中的作用

云南麗江是我國(guó)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)，布設(shè)了很多的地面監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)，在地震發(fā)生之前，GPS技術(shù)是最先發(fā)現(xiàn)此處將發(fā)生7.0級(jí)地震。

在1988年和1991年，中國(guó)地震局地震研究所對(duì)麗江的滇西進(jìn)行了兩期GPS觀測(cè)，構(gòu)建出14條GPS基線，有研究者將這些資料與重力測(cè)量復(fù)測(cè)結(jié)合起來(lái)，對(duì)該區(qū)斷層運(yùn)動(dòng)作了非線性聯(lián)合反演，發(fā)現(xiàn)存在有活動(dòng)性較強(qiáng)烈的地段，在1993年研究者再次提出在該地近期內(nèi)可能發(fā)生7.0級(jí)左右地震，但這仍然是背景性估計(jì)，并不能肯定該地區(qū)一定會(huì)發(fā)生大地震，以及發(fā)生的時(shí)間，還需要進(jìn)行地面監(jiān)測(cè)來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)[2]。

在滇西地區(qū)布設(shè)有跨斷層形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并對(duì)其活動(dòng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。在大震發(fā)生之前，斷層網(wǎng)絡(luò)加速運(yùn)動(dòng)顯著增強(qiáng)，達(dá)到峰值后稍有回落即發(fā)生大震。在1995年初，根據(jù)滇西斷層網(wǎng)絡(luò)基線速率合成結(jié)果在達(dá)到峰值后有所回落， 水準(zhǔn)速率合成結(jié)果在1995年下半年達(dá)到峰值后也開(kāi)始回落，結(jié)合更短周期的“頻次合成”和“信息合成”結(jié)果，研究者提出了1996年上半年在滇西可能發(fā)生7.0級(jí)地震的預(yù)報(bào)意見(jiàn)，并圈劃了地震可能發(fā)生的地域。3個(gè)月之后，在其所圈定的地域邊緣發(fā)生了麗江7.0級(jí)地震。但這對(duì)真正實(shí)現(xiàn)地震三要素的預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)仍然是不夠的，有必要采用某些更接近震源、采樣密度更高的時(shí)間序列數(shù)據(jù)來(lái)改善。

4 GPS推進(jìn)地震預(yù)報(bào)進(jìn)程中面對(duì)的問(wèn)題

（1）我國(guó)連續(xù)GPS臺(tái)網(wǎng)參與提供短臨預(yù)測(cè)信息有待進(jìn)一步發(fā)展，目前臺(tái)網(wǎng)覆蓋密度嚴(yán)重不足。

（2）GPS存在空間不連續(xù)、最小采樣間隔時(shí)間長(zhǎng)、垂直向精度過(guò)低等局限性，因此需要與其他觀測(cè)手段結(jié)合互補(bǔ)。

（3）GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)已形成一個(gè)龐大的信息資源庫(kù)，并正在高速地?cái)U(kuò)大。但數(shù)據(jù)處理和針對(duì)地震預(yù)測(cè)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究卻明顯滯后。

5 結(jié)語(yǔ)

GPS技術(shù)在地震預(yù)報(bào)中雖然取得了重要成效，但新技術(shù)與新方法的提出要被接受必須要有足夠的時(shí)間來(lái)取得充足的論證，這需要所有研究者們共同的努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]余懷忠，程佳.一種將GPS觀測(cè)應(yīng)用于地震中短期預(yù)測(cè)的簡(jiǎn)單嘗試[J].西北地震學(xué)報(bào)，2011，01：9-14.

[2]黃海莎.利用GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)地震前兆特征的分析研究[D].中南大學(xué)，2014.