地震成因及监测预警研究现状.pdf

研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期地震成因及监测预警研究现状崔志惠1，张华杰1，2*（1.曲靖市麒麟区应急管理局，云南 曲靖 655000；2.曲靖市煤矿安全监测监控中心，云南 曲靖 655000）地震是一种对社会影响性和危害性极大的自然现象。在人们探索自然规律的过程中，对地震的成因、预警等方面从未停止脚步。普及地震知识、探究地震的前兆预警方法可以有效降低地震灾害对人民生命财产造成的损失，有利于社会的稳定发展1。1地震的成因及预警的研究现状1.1地震成因研究现状关于地震的相关知识探索由来已久，然而对地震的成因机理没有形成共识，国内众多学者对地震的成因和预警做了大量的研究。郭增建等2通过水位的变化来对地震的孕育模式进行论述；孙爱群等3针对我国华北地区的底层结构和引发地震的构造、形成的机理等进行探究；梅世蓉4通过建立模型认为底层中的坚固体是能量聚集的主体，也是地震的主要原因；秦保燕5建立地震的 7 个模式单元并将其用于地震预警，并得出强震在第三次震动的起伏叠加中出现；黄广思等6-8提出引发地震的垂直应力模型和底层弯曲模型，并引入人工工程、地球自转等因素，建立地震成因模型；陈立德等9通过对唐山地震的分析，认为唐山地震是由于地壳中的岩浆活动的表现，并论证了岩浆影响地震活动的现象。在地震预警研究中，曾露等10对国际上地震监测预警的发展情况综合分析并提出发展的迟滞性问题，提出提供针对性的预警内容和在广大范围内建立预警机制的方法；王俊等11通过比较我国和世界上的地震与警方法，在传感器、地震信号处理等方面对地震未来的预警趋势进行前瞻性展望；王延伟等12提出一种基于地震前的震波参数方法，并将其应用于国外地震中进行验证，对以震动波预警地震灾害的发生具有一定的推动作用；翟尚等13通过运用震动波形的聚类分析方法，提出将地震监测震动波事件通过聚类手段进行分类别的分析，结合真实的地震事件验证，有针对性地对地震监测结果进行归类；赵国峰等14提出一种新型的地震预警架构，在优化算法的基础上可以更快地提第一作者简介：崔志惠（1986-），女，工程师。研究方向为震情分析与预测。*通信作者：张华杰（1991-），男，硕士，副局长（挂职）。研究方向为安全工程。摘要：该文从地震的成因及预警现状研究入手，通过论述地震的成因和当前的研究现状，根据当前地震监测预警的多指标预警法和震波强度法，提出现阶段地震监测预警中存在的震级测定精准性不足和震源定位不够精准的难题，并根据工作实践提出防震减灾的有效策略，对传播地震知识，提升地震社会知晓度具有积极的指导意义。关键词：地震成因；监测预警；防震减灾；震源定位；地震等级中图分类号院P315文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤25-0089-04Abstract:Starting with the study of the causes and early warning status of earthquakes,this paper discusses the causes andcurrent research status of earthquakes,and according to the multi-index early warning method and shock wave intensity method ofcurrent earthquake monitoring and early warning,puts forward the problems of insufficient accuracy of magnitude determination andinsufficient accuracy of focal location in earthquake monitoring and early warning,and proposes effective strategies for earthquakeprevention and disaster reduction according to work practice,which has positive guiding significance for spreading earthquakeknowledge and enhancing earthquake social awareness.Keywords:cause of earthquake;monitoring and early warning;earthquake prevention and disaster reduction;source location;earthquake gradeDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.02189-2023 年 25 期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application供地震的预警预报信息；马美帅等15提出一种基于地壳累积位移变化绝对值的地震等级估算方法，为地震等级认定提供新的思路；何斌等16提出在地震中利用烈度极端的方法进行离线模拟，并在地震中进行实际验证，为地震烈度在地震预警中发挥作用提供参考。部分学者将研究理论应用于实践验证，比如：余聪等17利用低频率的矢量合成震动峰值构建地震预警模型，并将其应用于日本地震的预警验证；卢建旗等18根据等时面差和维诺图相结合的方式提出基于概率的地震定位方法，将地震定位的方法趋于简单化，并提高其定位精度，为地震定位精准化提供新的途径；赵至柔等19-20根据云南地震实际预警发布情况，对当前的地震预警及信息发布的途径和时效性进行分析，对地震预警的有效性进行评估。1.2常用的地震监测预警方法地震预警是当前有效应对地震灾害，降低人民群众生命财产损失，提供社会公共安全的有效途径。对于地震预警的研究一直是众多地震工作者和地震研究学者的研究热点，文章对目前对于地震预警的研究整理如下 2 个方面。1.2.1多指标数据预警法观测数据预警流程图如图 1 所示。图 1观测数据预警流程图观测数据异常预警方法是当前地震监测最普遍的方式，在地震常发、易发生地通过建立地震观测点的方式将监测到的地震信号（地下水位、地震波）等信号进行数据处理，并将处理后的数据与制定的预警指标进行对比，根据预警机制和预警办法的规定，通过信号保障系统将地震的预警信息传递到地震可能影响到的区域进行地震预警。观测数据预警法可以综合各种观测数据对地震灾害的风险情况和风险等级进行综合性的判定，但是各种预警指标之间的关联关系和不同监测结果的耦合性机理还不够清晰，容易出现误判或者预警冗杂的现象，在一定程度上让地震预警陷入庞大数据处理中，不便于预警的灵敏性。1.2.2震波强度预警法地震波强度预警方法，是目前地音法预警中的代表性方法。此方法用单一指标对地震来临时或者孕育时的地壳或者底层的活动产生的声波信号进行捕捉，并根据地震波强度进行地震预警的方法。由图 2 可知，在地震发生前地壳岩石中的能量聚集通常被认为是地震发生的能量来源，但是地震波在底层中的传播受到多种因素的影响，当传到各个监测点时候的强度对受到地层中软弱层、含水量、断层、流体等因素的影响产生不同程度的衰减，造成观测点捕捉到的地震波强度变弱甚至无法捕捉的现象，从而造成地震预警失准的现象。图 2震波强度法示意图2地震监测中存在的困难2.1地震大小测定难地震发生时，震源辐射出的原生波为 p 波和 s 波，在 p 波和 s 波的质点运动速度在一定程度上代表了地震释放的能量大小，而地震释放的能量大小直接关乎震级。由于震源到地震观测点或者测震台的底层是非均质体，会造成 p 波和 s 波在到达观测点的能量损失，并且从震源到每个观测点的能量损失是各不相同且无法精准计算的，所以在通过地震波强度计算震级时存90-研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期在偏差。即便通过数据模型进行修正，但是由于地球介质波速传导的不精准性，依然很难通过地震波计算出地震的辐射能量 Es，故也无法准确计算出地震的等级。2.2震源位置测定难当前的震源定位方法最常用的依然是通过计算地震波到达不同观测点的时间，再根据地震波在地球介质中传播的速度反演出地震波传导的初始位置，从而进行震源定位。由图 2、图 3 可知，由于震源的能量在地球介质中以波的形式传导，但是由于地球介质的不均质性，导致不同的地震观测点捕捉到地震波的时间、强度、能量的衰减均有不同。因此，在进行震源反演计算的时候无论是考虑地震波衰减将地球介质假设为均质体，还是根据地球介质属性建立离散的模型，都无法准确定位出震源位置，故震源的近似定位依然是当前的研究局限。图 3地震波传导示意图3基于工作实践的防震减灾策略3.1防震减灾知识宣传教育防震减灾知识宣传教育作为地震相关知识向广大人民群众传播的窗口，对于宣传地震知识至关重要。通过宣传防震减灾知识，可以让更多的人了解地震，在地震发生后能够采取有效的自救、互救手段，降低地震灾害带来的人员伤亡和财产损失，有利于建立社会性的防震减灾人民防线。在“5 12”防灾减灾日活动中可以利用公益广告、广场宣传、体验活动的形式增强全社会的地震减灾知识普及率，提高社会防震减灾的能力水平。3.2建立应急避难场所应急避难场所作为地震避险的屏障对于降低地震灾害损失有着不可替代的作用。但是城市中受制于土地空间等因素，地震避难场所数量、位置、人均占有面积往往不能达到实际需求。因此，在城市中利用公园、游园、广场等具有一定容纳作用的空间建立城市应急避难场所是地震多发、易发地区所必须考虑的问题，并配套相关的功能区（饮水存放区、帐篷区等），有助于提高区域的抗震减灾水平。3.3加强地震应急演练应急演练作为地震后的全民应急反应手段，是社会性应对地震灾害的预演。在人员密集型场所，比如：学校、医院、城市小区中进行必要的地震应急演练可以有效提升人民群众在地震灾害发生后采取正确应对措施的能力，迅速建立起灾害发生后的必要生活保障措施，有效降低地震灾害的群众性恐慌。4结束语文章通过论述当前地震灾害的监测预警手段，总结当前地震灾害的常用监测手段和预警方法，并指出当前地震监测存在的难点。通过工作实践，提出当前防震减灾的策略，为广大地震工作者和研究者了解地震知识、有效应对地震灾害、推动地震监测预警和防范应对方法的普及提供指导。参考文献院1 杜建国，仵柯田，孙凤霞.地震成因综述J.地学前缘，2018，25（4）：255-267.2 郭增建，秦保燕，冯学才.从震源孕育模式讨论大震前地下水的变化J.地球物理学报，1974（2）：99-105.3 孙爱群，牛树银，王强，等.华北地幔亚热柱型地震机理探讨J.华北地震科学，2010，28（2）：6-12.4 梅世蓉.地震前兆场物理模式与前兆时空分布机制研究（一）坚固体孕震模式的由来与证据J.地震学报，1995（3）：273-282.5 秦保燕.地震成因的综合模型和强震预报J.西北地震学报，1996（4）：93，84-92.6 黄广思，黄江，陈蜀俊，等.一种可能的地震成因模型J.大地测量与地球动力学，2004（1）：99-104.7 李仕宏.地震成因地球自转变速、变形振荡J.大地测量与地球动力学，2009，29（S1）：163-173.8 陆坤权，厚美瑛，姜泽辉，等.以颗粒物理原理认识地震地渊下转 95 页冤91-研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期震成因、地震前兆和地震预测J.物理学报，2012，61（11）：1-20.9 陈立德，付虹，张翔，等.地震力学成因及前兆机理研究再“读”唐山地震有感J.地震研究，2019，42（1）：1-10，151.10 曾露，田兵伟，王暾.地震预警服务进展及其国际比较J.灾害学，2022，37（2）：138-144.11 王俊，刘红桂，周昱辰.地震预警技术的应用与展望J.防灾减灾工程学报，2021，41（4）：874-882.12 王延伟，汪祚赚，马美帅，等.地震预警中地震动周期参数的快速估算方法研究J.自然灾害学报，2022，31（3）：116-123.13 翟尚，喻志超，谭玉阳，等.基于波形聚类分析的微地震监测事件类型判别及应用J.北京大学学报（自然科学版），2020，56（3）：406-416.14 赵国峰，李卫东，李丽，等.基于国产密码的地震预警服务系统防篡改框架设计与应用J.地震工程学报，2023，45（1）：145-152.15 马美帅，王延伟，汪祚赚，等.基于累积绝对位移值的震级估算方法J.自然灾害学报，2022，31（2）：93-101.16 何斌，朱景宝，李山有，等.基于阈值预警的 2022 年 1 月 8 日青海门源 M_s6.9 级地震潜在破坏区估计J.地震工程与工程振动，2022，42（4）：1-7.17 余聪，宋晋东，李山有.基于支持向量机的现地地震预警地震动峰值预测J.振动与冲击，2021，40（3）：63-72，80.18 卢建旗，李山有，谢志南，等.实时演化地震定位方法及其不确定性分析J.自然灾害学报，2021，30（3）：52-62.19 赵至柔，吴艳梅，壮延，等.云南地震预警信息发布效能分析以漾濞 6.4 级、双柏 5.1 级和盈江 5.0 级地震为例J.世界地震工程，2023，39（1）：173-180.20 赵至柔，吴艳梅，李敏，等.云南地震预警信息发布平台设计及在 2021 年云南漾濞 M_S6.4 地震中的应用J.地震研究，2021，44（3）：507-513.钢高为 194 mm，宽为 150 mm，腹板厚度为 6 mm，翼缘板厚度为 9 mm。材质：钢结构钢材牌号为 Q235B。平台板采用防滑钢板，尺寸为 3496 mm伊750 mm伊9 mm、4 850 mm伊750 mm伊9 mm 两种。钢支墩的材料，采用10 mm 厚钢材；材质：钢结构钢材牌号为 Q235B；钢支墩尺寸为长 1 300 mm、直径 囟200 mm，共计 6 组。钢支墩顶端板与钢平台采用焊接，焊缝高度大于等于 10mm，满焊，焊接采用 E43 型系列焊条。钢垫板采用 20 mm厚钢材；材质：钢结构钢材牌号为 Q235B；尺寸为长3 000 mm，宽 800 mm，厚 20 mm，共计 3 组。2.5实例分析将风力发电机基础用作箱式变压器基础及箱式变压器的承载体，这样的承载体具有很好的稳定性。在将风力发电机基础和箱式变压器基础采用混凝土一体施工结束后，使用回填土覆盖，并将其放置在地下。因为风机的基础与箱式变压器的基础是一次建造成形的，所以可以节省土地，降低了土建工程的工作量，加速了施工的进程。该风电箱变基础结构稳定，可减少工程量，加速建设进程。3结束语综上所述，能源传输中，箱式变压器的支撑是必不可少的，其能否顺利运转与能源传输密切相关。在今后的电力系统中，箱型变压器的地位将更加突出，其所面对的问题也将更加复杂。因此，在这种情况下，风电场的工作人员应该继续对在风电场中使用的箱变基础形式进行探索研究，提出更为科学的使用计划，从而更好地保证风电场的经济效益，推动整个社会和经济良性发展。参考文献院1 龚家彦，施毅乐.风电场综合厂用电率偏高分析及改进J.电气时代，2022（12）：86-89.2 程昊.风力发电场的电气系统设计与优化J.集成电路应用，2022，39（10）：270-271.3 段杰.高海拔山区风电工程电气施工管理经验探讨J.水电与新能源，2022，36（7）：57-59.4 甘天文.北塔山风区 100 MW 风电项目电气设计J.中国水能及电气化，2022（2）：33-36.5 高菊辉，史石磊.基于非线性状态评估的风电场箱式变压器故障预警系统研究J.中国设备工程，2022（1）：16-18.渊上接 91 页冤95-