電子技術(shù)在地震預(yù)報中的應(yīng)用

周昌賢，鄭韶鵬

（廈門地震勘測研究中心，361021）

0 前言

一直以來，無論哪個國家，地震的預(yù)報工作總被人們所詬病。而確實地地震預(yù)報從技術(shù)層面來說，準(zhǔn)確性要求相當(dāng)高，而且在預(yù)測中不可避免地總涉及準(zhǔn)確信息的收集與處理，這時候電子技術(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)報越來越成為可能。

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)是指通過電子學(xué)的原理，利用電子器件設(shè)計和制造某種特定功能電路，來輔助解決實際問題的現(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)主要的作用在于對電子信號進行處理，其處理方式主要有以下四種：信號發(fā)生、信號放大、信號濾波、信號轉(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)處理問題為主）,向現(xiàn)代電力電子學(xué)方向（以高頻技術(shù)處理問題為主）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)歷了三大時代跨越（整流器時代、逆變器時代和變頻器時代）,有力地促進了電力電子技術(shù)在社會新領(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)跨進現(xiàn)代電力電子時代。

2 地震預(yù)報定義及方法

相對而言，在地震預(yù)報中，對未來破壞性地震發(fā)生的時間、地點、震級及地震影響的預(yù)測是最主要的。地震預(yù)測主要是利用地震地質(zhì)、地殼活動性、前兆異常以及環(huán)境因素等多種手段研究監(jiān)測來達到防災(zāi)減災(zāi)的目的。現(xiàn)代地震預(yù)報技術(shù)，主要是通過地震監(jiān)測考察、野外地質(zhì)調(diào)查勘探、室內(nèi)實驗論證多方面，實現(xiàn)對發(fā)生地震條件、地震規(guī)律、地震前兆、地震機理的監(jiān)測預(yù)報來及時制定相關(guān)對策。

2.1 地震預(yù)報定義

發(fā)震時間、發(fā)震地點和震級被稱為地震預(yù)報的三要素。而地震預(yù)報綜合五階段工作程序主要包括地震形勢預(yù)知、地震中期預(yù)報、短期預(yù)報、臨震預(yù)報以及震后預(yù)報。

震后地震趨勢預(yù)報指破壞性地震發(fā)生之后，及時分析受其影響地區(qū)近期內(nèi)地震活動形勢（無震預(yù)報、震后強余震及更大地震預(yù)報）。

圖3 地震預(yù)報周期分類

圖4

2.2 地震預(yù)報方法

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

2.2.1 測震學(xué)預(yù)報

這種預(yù)報方法也稱為“以震報震”。它主要通過利用地震活動空間、活動時間及強度變化來達到預(yù)報地震三要素（波速比、b值、圍空、條帶、統(tǒng)計預(yù)報等）的目的。到目前為止，測震學(xué)預(yù)報越來越受到了地震檢測工作者的重視，也逐漸作為地震綜合數(shù)據(jù)分析預(yù)報的主要依據(jù)。

2.2.2 地震前兆觀測

它主要通過地震前兆監(jiān)測設(shè)施提供資料，并對數(shù)據(jù)進行處理劃定異常，從而有效預(yù)報地震。目前，常見的前兆監(jiān)測手段一般有以下幾類：地下水觀測、地形變觀測及電磁場觀測。

2.2.3 宏觀異常

通常，技術(shù)性預(yù)測總需要結(jié)合自然界動植物感官的異常反應(yīng)才能達到很好的預(yù)測效果。而這種預(yù)測手段就強調(diào)通過感官來發(fā)現(xiàn)震前異常現(xiàn)象。它主要包括大規(guī)模的動物習(xí)性異常、地下水位漲落及果樹重花等等等。一旦短時間內(nèi)大量出現(xiàn)此類異常，地震來臨的可能性要大得多。

3 地震預(yù)報中電子技術(shù)應(yīng)用

近些年，世界范圍內(nèi)一些國家陸續(xù)展開對“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、合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)、重力、電磁波）研究，初步形成了與地震活動區(qū)域局域性異常相關(guān)聯(lián)的互動關(guān)系，這也顯示了電子技術(shù)在地震預(yù)報研究中的遠大前景。

3.1 應(yīng)用背景

在“九五”期間，我國不斷加大國家數(shù)字地震臺網(wǎng)的建立（包含50個數(shù)字地震臺站），并于同時建立了一批區(qū)域數(shù)字化地震臺網(wǎng)。其后，我國又建立了GPS觀測網(wǎng)絡(luò)（包括25個連續(xù)觀測基準(zhǔn)站、56個定期復(fù)測基本站和1000多個不定期復(fù)測區(qū)域站），從而有利保障中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)大型科學(xué)工程的有利實施。而且我國在華北、西北及西南等地區(qū)設(shè)立衛(wèi)星遙感觀測站，來完成在地震監(jiān)測中衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用研究。

如今，我國地震預(yù)報研究與國際同步進行，并且也取得了重要進展。同時我國及時建立了中國地震局地球物理勘探中心電子技術(shù)研究室，來為物探中心所從事的防震減災(zāi)事業(yè)提供先進的地球物理儀器及野外探測服務(wù)。

3.2 電子預(yù)測技術(shù)分類

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)測地震活動。其主要的技術(shù)支持是通過衛(wèi)星遙感影像的分析來判識斷層。一般地，只要是斷層存在的地方，無論是建筑物還是其他，其潛在的危險是不言而喻的。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)，我們可以及時準(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。在通過影像分析后，仍然需要人親自赴野外進行實地性勘探論證。

衛(wèi)星遙感技術(shù)，主要是通過衛(wèi)星電磁異常與地震、地震電磁的異常特征來達到對地震的實時監(jiān)控。

一直以來，人們都在這方面做了很多嘗試。事實上，地震在活動之前，確實會存在紅外遙感所檢測到的異常圖像情況，而且這些異常往往都分布在很大范圍。不過，這種異常的每一次出現(xiàn)并不意味著地震就會出現(xiàn)，其幾率對比不成正比。因此這也需要在時間預(yù)測與空間分布相結(jié)合對應(yīng)起來。也只有這樣才能在一個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、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，強降雨等等）。這樣所獲得的參數(shù)可以為國家應(yīng)急提供很大的幫助，尤其是對啟用哪個級別應(yīng)急預(yù)案方面作用不言而喻。再一個這種異常出現(xiàn)的幾率要比地震出現(xiàn)的幾率大的多的多，不是一個數(shù)量體兩個數(shù)量體，這會造成在眾多的異常中獲取真正的地震前兆非常困難。這個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，也排除不了對地震活動、地下來的熱異常的貢獻。

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)，它最初是美國國防部為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導(dǎo)航和定位的要求而運用的現(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——絕對定位方法與相對定位方法。前者又叫單點定位，主要通過對地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點的觀測站坐標(biāo)來實現(xiàn)定位。它的原理是通過全球定位衛(wèi)星，將其到用戶接收機天線之間距離觀測量為基，依據(jù)衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)借以確定接收點所對應(yīng)坐標(biāo)點。相對定位方法主要是通過導(dǎo)航電文中給出的鐘差參數(shù)，分析信息發(fā)出點的可能性坐標(biāo)，并把其作為未知數(shù)與觀測點三維坐標(biāo)運用數(shù)據(jù)處理辦法求解，得出坐標(biāo)位置。

4 結(jié)語

世界范圍內(nèi)，地震預(yù)報始終是一個難題。電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為地震預(yù)報提供了一條準(zhǔn)確及時更方便的科技發(fā)展之路。順著社會的進步，相信在未來，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。它將給人類帶來巨大的安全保障。

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

[2]《地震預(yù)報》 劉正榮 地震出版社.2007-11-1

[3]《預(yù)測新技術(shù)物理基礎(chǔ)及其應(yīng)用研究》中國地震局監(jiān)測預(yù)報司編.2008-12-01