GPS對地震預報的推進和問題分析

■王友　黨學會

（中國地震局第一監測中心　天津　300180）

GPS對地震預報的推進和問題分析

■王友黨學會

（中國地震局第一監測中心天津300180）

隨著多GPS技術的快速發展，其在地震預報中的作用也日益凸顯出來。從地球動力學等理論角度看，GPS技術的應用起到極大的理論補充與推進作用，而從地震預報實踐看，GPS技術的應用所起到的預測作用也較為明顯。然而GPS在實際應用中，也面臨一定的數據處理以及臺網密度等難題，要求在推進中不斷完善。本文將對地震預報中GPS推進作用表現、地震預測中GPS應用實例以及GPS推進中面臨的問題進行探析。

地震預報GPS技術推進問題

0　前言

作為地震預報中的重要技術手段，空間測地技術以其自身的優勢被廣泛用于現代地震預測活動中。但如何使GPS應用優勢充分發揮出來，仍是當前地震預報中需考慮的主要難題，盡管國內外較多學者研究中對GPS應用效果做出一系列總結，然而GPS技術應用中仍存在較多問題，影響其進一步推進。因此，本文對地震預報中GPS的推進與問題進行研究，具有十分重要的意義。

1　地震預報中GPS推進作用表現

GPS作為信息技術的重要產物，其推進作用除表現理論內容方面外，也體現在實踐指導方面。具體包括：

第一，地殼運動相關研究因GPS的引入而得以推進。如在“速度場”或精確測定等方面都可在GPS應用下取得進一步發展，尤其其中的速度場，可達到多種空間尺度、精度均勻穩定以及高質量等要求，是現行地質學、地球物理學以及大地測量學中研究的主要內容。同時，以往研究中的板塊學說在GPS應用下也得到驗證，以歐亞板塊、北美板塊以及太平洋板塊等不同板塊間的劃分與作用，都可在GPS相關模型指導下被分析。

第二，地殼動力學研究因基于GPS的相關模型而得以推進。以NUVEL-1A模型、板塊運動模型等為例，都將GPS作為基礎。很多學者在研究中根據這些模型與速度場的分析驗證發現，地殼動力學震間態、動平衡穩定態等為基本狀態，說明定常吸引子的正確性，而非處于“沙堆模型”臨界狀態。這也能夠反映出地震出現的過程，可對該過程進行預報。特別在以GPS為基礎的地震模型、地球動力學模型提出后，較多約束條件都可被用于實際分析中，如孕震過程、斷層系統動力學以及同震錯動等條件，為動力學理論、數據觀測的結合提供基礎，實際進行動力學預報中也將有具體的參考[1]。

第三，GPS對“微動態”以及動力學耦合分析起到明顯的助推作用。以其中“微動態”為例，主要將連續GPS網絡引入，可滿足潛在震源搜索、地震危險性判定以及中長期預報等要求。而在動力學耦合分析方面，現行“空基”、“地基”也逐漸趨于融合，其中的“空基”主要表現在SAR、重力與電磁方面，而“地基”表現在地面臺網方面，如地震、電磁與連續GPS等，對短臨地震預報的突破可起到重要作用。綜合這些推進作用表現看，以往地震預報中的難題如研究理論過于薄弱、時空信息缺失等，都可在GPS引入下得以解決[2]。

2　地震預測中GPS應用實例分析

2.1GPS在云南麗江Ms7.0級地震預測中的作用

本文在研究中主要選取麗江Ms7.0級地震作為實例，在地震發生中已有監測臺網設置其中，由GPS手段使地震情況被分析。該預測活動中，主要選取13個測站，GPS應用下構成14條基線，在紅河斷裂帶進行分布，這些基線應用下可達到（0.3-1.0）×10-6的觀測精度。通過GPS觀測結果，在實際預測中可發現將有部分地段可能出現強烈的的運動，且對于劍川與麗江之間，斷裂帶處可能存在7.0級地震。為進一步驗證區域中地震發生的可能性，有研究中從信息合成、頻次合成等角度出發，再次提出7.0級地震可能出現的區域。結果在預測的區域邊緣附近出現7.0級地震。由此可見，GPS應用下，兩次觀測得到的結果都能驗證地震出現的可能性[3]。

2.2GPS在昆侖山8.1級地震中預測的作用

以昆侖山8.1級地震為例，其發生位置處于新疆、青海交接地臺，由于該處自然條件過差，所以設置的臺站與地震位置相距較遠，很難滿足實時監測與預測地震的要求。在GPS的引用下，能夠將分量時間序列提供，盡管無法利用這些得到的結果進行具體監測與預報，但仍可從中挖取到部分價值信息。以其中DLHA基本站為例，與震中距離最近，將小波分析方法引入對該臺站的預測結果進行分析，可發現在地震出現前，該臺站有年周變消失情況存在，表現出被破壞異常現象。雖然這種變化情況下，連續GPS網應用難以保證強震監測與預測的實現，但通過連續觀測大空間尺度時變，也能判斷震源區的臺有明顯差異存在，且空間內呈現一定的非線性時變特點。加上DLHA臺站中出現的畸變異常情況，綜合這些信息，可將其中關于地震預報的信息被挖掘出來[4]。

2.3地震預測中GPS優勢分析

以往地殼運動研究中，并未將GPS引入，這樣在大空間范圍、短時間內的地殼運動測定中，僅能將百萬年尺度平均結果被預測出來，但當前運動情況卻難以被預測出來，即使臺站可預測當不同零散運動情況，單純依托這幾個零散位置很難將大空間范圍情況反映，更無從談及對斷層運動進行預測。而在GPS應用下，可使潛在震源區被確定。特別近年來國內外學者研究中，都認為大陸巖石圈在構成上體現為較多塊體網絡結構方面，地震發生過程中也表現在不同塊體相互運動方面，當大空間范圍運動下，將使震源地點處有較多變化情況出現。在此背景下，我國在實際規劃中，提出預測控制、地球系統運動與災害效應等問題，并在監測工具上選擇連續GPS臺網，這樣在精細時變過程、大空間相結合的情況下，使大地震監測與預測中可充分利用GPS提供的信息[5]。

3　地震預報中GPS推進面臨的問題

盡管地震預報方面GPS推進作用表現極為明顯，也可真正在地震預測實踐中起到關鍵性作用，但其在實際應用中也存在一定的局限性，成為日后GPS推進中亟待解決的問題。如GPS自身局限性、GPS臺網密度不足以及其他數據處理等問題。具體表現在以下幾方面。

3.1GPS臺網密度及其自身局限性

現行地震危險性評測中采用的以流動GPS復測為主，其在實際預測中多停留在中長期預測層面，而中短期預測方面卻較為困難，究其原因在于連續GPS臺網應用下存在密度不足情況。需注意的是無論從多圈層作用、地震電磁衛星等各方面看，若連續GPS臺網在密度上難以達到實際標準，都無法使短臨預測信息被提供。所以GPS臺網密度問題成為研究中需解決的問題。另外，GPS應用下也有一定的局限性，如其中的連續GPS，僅停留在時間連續方面，而空間連續卻難以實現，這就要求在測量時空連續形變中結合In-SAR，且在采樣間隔方面也局限于小時，所需配合數字化臺網，以此達到的采樣頻率提供的目標。再如GPS應用下，相比精密水準測量，垂直向精度將低很多，這就要求測量中結合重力、水準等，可使地殼運動分析結果更為精確。再從采樣時間、測量精度看，GPS應用下很難滿足跨斷層變形測量要求，這就要求在測量中充分考慮到跨斷層變形內容，使其中慢地震、靜地震與蠕動情況被分析。此外GPS應用下也需考慮到結合大地測量學內容，不斷吸收測量學中關于地球物理學知識與地震預報相關經驗，對提升GPS應用效果可起到重要作用[6]。

3.2GPS數據處理問題

關于GPS數據，近年來研究中已有信息資源庫囊括較多觀測數據，且數據量呈現不斷上升趨勢，但在數據處理方面卻存在一定的不足，加上預測應用基礎缺少相關的研究，使GPS應用效果受到極大程度的制約。以應變速率場為例，盡管相關的研究資料較多，但不同研究人員給定的結果存在明顯的差異，這樣在研究應力場中很難將這些研究理論作為參考，且在分析應變速率場、形變場等實際空間分布情況中，應用的也非參數模型，更傾向于以多面擬合以及樣條函數為主，很容易因觀測數據波動、觀測點位以及圖形強度而受到影響。此外，由于地震發生過程中，本身可理解為是基準態受地殼運動影響而發生的暫態偏離問題，對于這種問題在分析中，通常需以基準態模型為依據，其能夠保證短期預測、微動態變化識別等得以實現，但由于地震監測中需考慮到不同監測區的具體要求，所以需考慮基準態模型構建中，應保證其具有高分辨率、可靠性等要求。這樣在所有模型完善、數據處理效果改善的基礎上，才能保證地震預報中有具體參考，提升預報的準確性[7]。

4　結論

GPS的應用是地震預報實現的關鍵所在。實際引入GPS中，應正確認識地震預報中GPS推進作用表現，包括相關理論的推進與實踐指導等，分析其在地震中的具體預測作用，并判斷其存在的不足之處，如臺網密度不足、數據處理困難以及自身的局限性，需在未來研究中引入相應的完善策略，以此使地震預報中GPS發揮重要作用。

[1]馬海萍.南北地震帶北段GPS地殼形變動態特征研究 [D].中國地震局蘭州地震研究所,2014.

[2]黃海莎.利用GPS觀測數據對地震前兆特征的分析研究 [D].中南大學,2014.

[3]張林廣.地殼形變的GPS監測分析與地震孕育規律研究 [D].中國礦業大學 (北京), 2012.

[4]王杰.南北地震帶中段三層次構造模式及地震前兆監測 [D].中國地質大學,2014.

[5]陸坤權,厚美瑛,姜澤輝,王強,孫剛,劉寄星.以顆粒物理原理認識地震--地震成因、地震前兆和地震預測 [J].物理學報,2012,11:1-20.

[6]石耀霖,張貝,張斯奇,張懷.地震數值預報 [J].物理,2013,04:237-255.

[7]周昌賢,鄭韶鵬.電子技術在地震預報中的應用 [J].電子測試,2014,04:136-138.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-308-2