■王友　黨學(xué)會(huì)

（中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心　天津　300180）

GPS對(duì)地震預(yù)報(bào)的推進(jìn)和問(wèn)題分析

■王友黨學(xué)會(huì)

（中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心天津300180）

隨著多GPS技術(shù)的快速發(fā)展，其在地震預(yù)報(bào)中的作用也日益凸顯出來(lái)。從地球動(dòng)力學(xué)等理論角度看，GPS技術(shù)的應(yīng)用起到極大的理論補(bǔ)充與推進(jìn)作用，而從地震預(yù)報(bào)實(shí)踐看，GPS技術(shù)的應(yīng)用所起到的預(yù)測(cè)作用也較為明顯。然而GPS在實(shí)際應(yīng)用中，也面臨一定的數(shù)據(jù)處理以及臺(tái)網(wǎng)密度等難題，要求在推進(jìn)中不斷完善。本文將對(duì)地震預(yù)報(bào)中GPS推進(jìn)作用表現(xiàn)、地震預(yù)測(cè)中GPS應(yīng)用實(shí)例以及GPS推進(jìn)中面臨的問(wèn)題進(jìn)行探析。

地震預(yù)報(bào)GPS技術(shù)推進(jìn)問(wèn)題

0　前言

作為地震預(yù)報(bào)中的重要技術(shù)手段，空間測(cè)地技術(shù)以其自身的優(yōu)勢(shì)被廣泛用于現(xiàn)代地震預(yù)測(cè)活動(dòng)中。但如何使GPS應(yīng)用優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，仍是當(dāng)前地震預(yù)報(bào)中需考慮的主要難題，盡管國(guó)內(nèi)外較多學(xué)者研究中對(duì)GPS應(yīng)用效果做出一系列總結(jié)，然而GPS技術(shù)應(yīng)用中仍存在較多問(wèn)題，影響其進(jìn)一步推進(jìn)。因此，本文對(duì)地震預(yù)報(bào)中GPS的推進(jìn)與問(wèn)題進(jìn)行研究，具有十分重要的意義。

1　地震預(yù)報(bào)中GPS推進(jìn)作用表現(xiàn)

GPS作為信息技術(shù)的重要產(chǎn)物，其推進(jìn)作用除表現(xiàn)理論內(nèi)容方面外，也體現(xiàn)在實(shí)踐指導(dǎo)方面。具體包括：

第一，地殼運(yùn)動(dòng)相關(guān)研究因GPS的引入而得以推進(jìn)。如在“速度場(chǎng)”或精確測(cè)定等方面都可在GPS應(yīng)用下取得進(jìn)一步發(fā)展，尤其其中的速度場(chǎng)，可達(dá)到多種空間尺度、精度均勻穩(wěn)定以及高質(zhì)量等要求，是現(xiàn)行地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)以及大地測(cè)量學(xué)中研究的主要內(nèi)容。同時(shí)，以往研究中的板塊學(xué)說(shuō)在GPS應(yīng)用下也得到驗(yàn)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(guān)模型指導(dǎo)下被分析。

第二，地殼動(dòng)力學(xué)研究因基于GPS的相關(guān)模型而得以推進(jìn)。以NUVEL-1A模型、板塊運(yùn)動(dòng)模型等為例，都將GPS作為基礎(chǔ)。很多學(xué)者在研究中根據(jù)這些模型與速度場(chǎng)的分析驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，地殼動(dòng)力學(xué)震間態(tài)、動(dòng)平衡穩(wěn)定態(tài)等為基本狀態(tài)，說(shuō)明定常吸引子的正確性，而非處于“沙堆模型”臨界狀態(tài)。這也能夠反映出地震出現(xiàn)的過(guò)程，可對(duì)該過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)。特別在以GPS為基礎(chǔ)的地震模型、地球動(dòng)力學(xué)模型提出后，較多約束條件都可被用于實(shí)際分析中，如孕震過(guò)程、斷層系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)以及同震錯(cuò)動(dòng)等條件，為動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)據(jù)觀測(cè)的結(jié)合提供基礎(chǔ)，實(shí)際進(jìn)行動(dòng)力學(xué)預(yù)報(bào)中也將有具體的參考[1]。

第三，GPS對(duì)“微動(dòng)態(tài)”以及動(dòng)力學(xué)耦合分析起到明顯的助推作用。以其中“微動(dòng)態(tài)”為例，主要將連續(xù)GPS網(wǎng)絡(luò)引入，可滿足潛在震源搜索、地震危險(xiǎn)性判定以及中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)等要求。而在動(dòng)力學(xué)耦合分析方面，現(xiàn)行“空基”、“地基”也逐漸趨于融合，其中的“空基”主要表現(xiàn)在SAR、重力與電磁方面，而“地基”表現(xiàn)在地面臺(tái)網(wǎng)方面，如地震、電磁與連續(xù)GPS等，對(duì)短臨地震預(yù)報(bào)的突破可起到重要作用。綜合這些推進(jìn)作用表現(xiàn)看，以往地震預(yù)報(bào)中的難題如研究理論過(guò)于薄弱、時(shí)空信息缺失等，都可在GPS引入下得以解決[2]。

2　地震預(yù)測(cè)中GPS應(yīng)用實(shí)例分析

2.1GPS在云南麗江Ms7.0級(jí)地震預(yù)測(cè)中的作用

本文在研究中主要選取麗江Ms7.0級(jí)地震作為實(shí)例，在地震發(fā)生中已有監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)設(shè)置其中，由GPS手段使地震情況被分析。該預(yù)測(cè)活動(dòng)中，主要選取13個(gè)測(cè)站，GPS應(yīng)用下構(gòu)成14條基線，在紅河斷裂帶進(jìn)行分布，這些基線應(yīng)用下可達(dá)到（0.3-1.0）×10-6的觀測(cè)精度。通過(guò)GPS觀測(cè)結(jié)果，在實(shí)際預(yù)測(cè)中可發(fā)現(xiàn)將有部分地段可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的的運(yùn)動(dòng)，且對(duì)于劍川與麗江之間，斷裂帶處可能存在7.0級(jí)地震。為進(jìn)一步驗(yàn)證區(qū)域中地震發(fā)生的可能性，有研究中從信息合成、頻次合成等角度出發(fā)，再次提出7.0級(jí)地震可能出現(xiàn)的區(qū)域。結(jié)果在預(yù)測(cè)的區(qū)域邊緣附近出現(xiàn)7.0級(jí)地震。由此可見(jiàn)，GPS應(yīng)用下，兩次觀測(cè)得到的結(jié)果都能驗(yàn)證地震出現(xiàn)的可能性[3]。

2.2GPS在昆侖山8.1級(jí)地震中預(yù)測(cè)的作用

以昆侖山8.1級(jí)地震為例，其發(fā)生位置處于新疆、青海交接地臺(tái)，由于該處自然條件過(guò)差，所以設(shè)置的臺(tái)站與地震位置相距較遠(yuǎn)，很難滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)地震的要求。在GPS的引用下，能夠?qū)⒎至繒r(shí)間序列提供，盡管無(wú)法利用這些得到的結(jié)果進(jìn)行具體監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，但仍可從中挖取到部分價(jià)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(duì)該臺(tái)站的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)在地震出現(xiàn)前，該臺(tái)站有年周變消失情況存在，表現(xiàn)出被破壞異常現(xiàn)象。雖然這種變化情況下，連續(xù)GPS網(wǎng)應(yīng)用難以保證強(qiáng)震監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)的實(shí)現(xiàn)，但通過(guò)連續(xù)觀測(cè)大空間尺度時(shí)變，也能判斷震源區(qū)的臺(tái)有明顯差異存在，且空間內(nèi)呈現(xiàn)一定的非線性時(shí)變特點(diǎn)。加上DLHA臺(tái)站中出現(xiàn)的畸變異常情況，綜合這些信息，可將其中關(guān)于地震預(yù)報(bào)的信息被挖掘出來(lái)[4]。

2.3地震預(yù)測(cè)中GPS優(yōu)勢(shì)分析

以往地殼運(yùn)動(dòng)研究中，并未將GPS引入，這樣在大空間范圍、短時(shí)間內(nèi)的地殼運(yùn)動(dòng)測(cè)定中，僅能將百萬(wàn)年尺度平均結(jié)果被預(yù)測(cè)出來(lái)，但當(dāng)前運(yùn)動(dòng)情況卻難以被預(yù)測(cè)出來(lái)，即使臺(tái)站可預(yù)測(cè)當(dāng)不同零散運(yùn)動(dòng)情況，單純依托這幾個(gè)零散位置很難將大空間范圍情況反映，更無(wú)從談及對(duì)斷層運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。而在GPS應(yīng)用下，可使?jié)撛谡鹪磪^(qū)被確定。特別近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究中，都認(rèn)為大陸巖石圈在構(gòu)成上體現(xiàn)為較多塊體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，地震發(fā)生過(guò)程中也表現(xiàn)在不同塊體相互運(yùn)動(dòng)方面，當(dāng)大空間范圍運(yùn)動(dòng)下，將使震源地點(diǎn)處有較多變化情況出現(xiàn)。在此背景下，我國(guó)在實(shí)際規(guī)劃中，提出預(yù)測(cè)控制、地球系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)與災(zāi)害效應(yīng)等問(wèn)題，并在監(jiān)測(cè)工具上選擇連續(xù)GPS臺(tái)網(wǎng)，這樣在精細(xì)時(shí)變過(guò)程、大空間相結(jié)合的情況下，使大地震監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)中可充分利用GPS提供的信息[5]。

3　地震預(yù)報(bào)中GPS推進(jìn)面臨的問(wèn)題

盡管地震預(yù)報(bào)方面GPS推進(jìn)作用表現(xiàn)極為明顯，也可真正在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中起到關(guān)鍵性作用，但其在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的局限性，成為日后GPS推進(jìn)中亟待解決的問(wèn)題。如GPS自身局限性、GPS臺(tái)網(wǎng)密度不足以及其他數(shù)據(jù)處理等問(wèn)題。具體表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1GPS臺(tái)網(wǎng)密度及其自身局限性

現(xiàn)行地震危險(xiǎn)性評(píng)測(cè)中采用的以流動(dòng)GPS復(fù)測(cè)為主，其在實(shí)際預(yù)測(cè)中多停留在中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)層面，而中短期預(yù)測(cè)方面卻較為困難，究其原因在于連續(xù)GPS臺(tái)網(wǎng)應(yīng)用下存在密度不足情況。需注意的是無(wú)論從多圈層作用、地震電磁衛(wèi)星等各方面看，若連續(xù)GPS臺(tái)網(wǎng)在密度上難以達(dá)到實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，都無(wú)法使短臨預(yù)測(cè)信息被提供。所以GPS臺(tái)網(wǎng)密度問(wèn)題成為研究中需解決的問(wèn)題。另外，GPS應(yīng)用下也有一定的局限性，如其中的連續(xù)GPS，僅停留在時(shí)間連續(xù)方面，而空間連續(xù)卻難以實(shí)現(xiàn)，這就要求在測(cè)量時(shí)空連續(xù)形變中結(jié)合In-SAR，且在采樣間隔方面也局限于小時(shí)，所需配合數(shù)字化臺(tái)網(wǎng)，以此達(dá)到的采樣頻率提供的目標(biāo)。再如GPS應(yīng)用下，相比精密水準(zhǔn)測(cè)量，垂直向精度將低很多，這就要求測(cè)量中結(jié)合重力、水準(zhǔn)等，可使地殼運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果更為精確。再?gòu)牟蓸訒r(shí)間、測(cè)量精度看，GPS應(yīng)用下很難滿足跨斷層變形測(cè)量要求，這就要求在測(cè)量中充分考慮到跨斷層變形內(nèi)容，使其中慢地震、靜地震與蠕動(dòng)情況被分析。此外GPS應(yīng)用下也需考慮到結(jié)合大地測(cè)量學(xué)內(nèi)容，不斷吸收測(cè)量學(xué)中關(guān)于地球物理學(xué)知識(shí)與地震預(yù)報(bào)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提升GPS應(yīng)用效果可起到重要作用[6]。

3.2GPS數(shù)據(jù)處理問(wèn)題

關(guān)于GPS數(shù)據(jù)，近年來(lái)研究中已有信息資源庫(kù)囊括較多觀測(cè)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，但在數(shù)據(jù)處理方面卻存在一定的不足，加上預(yù)測(cè)應(yīng)用基礎(chǔ)缺少相關(guān)的研究，使GPS應(yīng)用效果受到極大程度的制約。以應(yīng)變速率場(chǎng)為例，盡管相關(guān)的研究資料較多，但不同研究人員給定的結(jié)果存在明顯的差異，這樣在研究應(yīng)力場(chǎng)中很難將這些研究理論作為參考，且在分析應(yīng)變速率場(chǎng)、形變場(chǎng)等實(shí)際空間分布情況中，應(yīng)用的也非參數(shù)模型，更傾向于以多面擬合以及樣條函數(shù)為主，很容易因觀測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)、觀測(cè)點(diǎn)位以及圖形強(qiáng)度而受到影響。此外，由于地震發(fā)生過(guò)程中，本身可理解為是基準(zhǔn)態(tài)受地殼運(yùn)動(dòng)影響而發(fā)生的暫態(tài)偏離問(wèn)題，對(duì)于這種問(wèn)題在分析中，通常需以基準(zhǔn)態(tài)模型為依據(jù)，其能夠保證短期預(yù)測(cè)、微動(dòng)態(tài)變化識(shí)別等得以實(shí)現(xiàn)，但由于地震監(jiān)測(cè)中需考慮到不同監(jiān)測(cè)區(qū)的具體要求，所以需考慮基準(zhǔn)態(tài)模型構(gòu)建中，應(yīng)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(shù)據(jù)處理效果改善的基礎(chǔ)上，才能保證地震預(yù)報(bào)中有具體參考，提升預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性[7]。

4　結(jié)論

GPS的應(yīng)用是地震預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。實(shí)際引入GPS中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)地震預(yù)報(bào)中GPS推進(jìn)作用表現(xiàn)，包括相關(guān)理論的推進(jìn)與實(shí)踐指導(dǎo)等，分析其在地震中的具體預(yù)測(cè)作用，并判斷其存在的不足之處，如臺(tái)網(wǎng)密度不足、數(shù)據(jù)處理困難以及自身的局限性，需在未來(lái)研究中引入相應(yīng)的完善策略，以此使地震預(yù)報(bào)中GPS發(fā)揮重要作用。

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-308-2