地震監(jiān)測方法
地震時，大地像發(fā)了瘋一樣顫抖，山搖地動，房屋倒塌，奪去很多生靈生命。人們自然要問：這是怎么回事呢?誰來給發(fā)瘋的地球做個診斷呢?能不能提前打個招呼、讓人們有所防備呢? 承擔(dān)這項任務(wù)的就是地震科學(xué)戰(zhàn)線的廣大科技人員，正是他們在日日夜夜地為人民站崗放哨，給躁動不安的地球“號脈”。這就是地震監(jiān)測工作的任務(wù)。
我國的地震監(jiān)測工作采用了“專業(yè)與群測、微觀與宏觀、固定與流動”相結(jié)合的方法，建立了由多方法、多手段構(gòu)成的地震觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是在“邊監(jiān)測、邊研究、邊預(yù)報”的思想指導(dǎo)下進(jìn)行的。
專業(yè)是指地震臺站，主要用監(jiān)測儀器，如水位儀、水化儀、地震儀、電磁波測量儀、傾斜儀、GPS等等，來監(jiān)測地震微觀前兆信息；群測是指群測點，主要靠淺水井、水溫、動植物活動異常等手段，來觀察地震前的宏觀前兆現(xiàn)象。固定是指地震臺站的定點連續(xù)觀測；流動則是對固定點的、等時間間隔的重復(fù)觀測，如流動地磁測量、水準(zhǔn)測量、重力測量等等，這是對地震臺站觀測的補(bǔ)充，具有節(jié)約資金、增大監(jiān)控區(qū)域、靈活機(jī)動、便于應(yīng)急的特點。
據(jù)中國地震局統(tǒng)計，在我國大陸31個省、市、自治區(qū)都有地震機(jī)構(gòu)，臺灣省也有很強(qiáng)的地震科研力量。這些地震機(jī)構(gòu)在《防震減災(zāi)法》中被法定為地震主管部門，下轄1000多個專業(yè)臺站，從事人員在2萬人以上。形成一個對大地活動進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視的網(wǎng)絡(luò)，以觀察地下的動靜。
就像大夫給病人查血壓、做 CT、進(jìn)行各種理化檢驗一樣，地震部門對地震的監(jiān)測可歸納為四大學(xué)科（測震、形變、電磁和地下流體，如圖6.10）、八大手段，共有上百種測項。這些學(xué)科與手段，很像醫(yī)院里開設(shè)的內(nèi)科、外科、骨科……。
地震學(xué)方法 利用地震儀測定地震三要素，通過研究地震活動的規(guī)律來預(yù)報可能發(fā)生的破壞性地震的方法，通常稱“以震報震”。
地震儀是觀測地震所引起的地面振動的儀器，主要是利用慣性原理和彈性原理來記錄地震引起的地面運動，以確定地震發(fā)生的時間、地點和震級。世界上第一架地震儀（地動儀）是公元132年我國古代杰出的科學(xué)家張衡（公元78～139年）發(fā)明的。近代的地震儀是1880年制成的，它的原理和張衡地動儀基本相似，但在時間上卻晚了1700多年。
地震儀是由二大部分組成的觀測系統(tǒng)。一是拾震系統(tǒng)，其作用是:當(dāng)?shù)卣饡r拾取地面振動，加以放大(亦可縮小)，如圖6.11所示，其中彈簧和鉸鏈等就組成了一個拾震系統(tǒng)；二是記錄系統(tǒng)，其作用是將地震過程用記錄器記錄下來，描成地震連續(xù)運動圖形，得于永遠(yuǎn)保存。它可以是紙介質(zhì)的，也可是數(shù)字的。圖6.11中的可以滾動的記錄紙就是一個記錄系統(tǒng)。
圖6.11 地震儀簡單示意圖
拾震系統(tǒng)的核心是檢測地面振動的傳感器 —— 地震計，它的主要作用是撿取地面運動信號，并將這些信號送至轉(zhuǎn)換設(shè)備或記錄設(shè)備中去。地震計的核心是擺（圖6.12），它利用慣性原理和彈性原理來撿取地面運動信號。
圖6.12 地震計擺的示意圖（上：垂直擺，下：水平擺）
當(dāng)前地震儀的記錄系統(tǒng)已全部使用數(shù)字化系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集器、時間服務(wù)系統(tǒng)和輔助設(shè)備組成的。圖6.13是數(shù)字化地震觀測系統(tǒng)的簡易模型。
地殼形變監(jiān)測 利用精密儀器觀測地殼微小變化（包括傾斜、水平與垂直位移），專門負(fù)責(zé)監(jiān)測地球上板塊的運動、斷層的移動等微小變化的方法。通常采用水準(zhǔn)測量、傾斜測量監(jiān)測地殼的垂直形變；采用伸縮儀、基線測量監(jiān)測地殼的水平形變。特別是近年來，我國采用了“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”(GPS)進(jìn)行地殼形變監(jiān)測，使這一監(jiān)測手段達(dá)到國際先進(jìn)水平、已能測出小于10-9的形變量和極細(xì)微且大范圍的位移量，成為監(jiān)視大地活動的有效手段。
地磁監(jiān)測 地球磁場可以直接反映地球各種深度乃至地核的物理過程，地磁場及其變化是地球深部物理過程信息的重要來源之一。通常采用質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀、磁通門磁力儀等精密磁測儀器觀測地磁場的時空變化，并從中分析提取震磁信息可以預(yù)測地震。此方法有其理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ)，也有一定的震例事實。
地電監(jiān)測 地震孕育過程中，將伴隨有地下介質(zhì)（主要是巖石）電阻率的變化及大地電流和自然電場的變化。大量的實驗結(jié)果和震例都證明這些變化與巖石受力變形及破裂過程是相關(guān)的。因此，可以使用大地電場儀、地電阻率觀測儀等精密儀器對地電場及地下介質(zhì)電阻率進(jìn)行觀測，并從觀測資料中提取信息以預(yù)測地震。
重力監(jiān)測 地球重力場是一種比較穩(wěn)定的地球物理場之一，它與觀測點的位置和地球內(nèi)部介質(zhì)密度有關(guān)。通常利用高精度重力儀觀測重力場的時空變化，以研究地殼的變形、巖石密度的變化及其時空演化過程，從而預(yù)測地震。
地應(yīng)力監(jiān)測 地震孕育不論機(jī)制如何，其實質(zhì)是一個力學(xué)過程，是在一定構(gòu)造背景條件下，地殼體中應(yīng)力作用的結(jié)果。地應(yīng)力觀測是利用埋設(shè)在地下一定深處的測試元件測定地下應(yīng)力的異常變化來預(yù)報地震的方法，是一種較直接、可靠的監(jiān)測預(yù)報手段。
地下水物理和化學(xué)的動態(tài)監(jiān)測 地下水動態(tài)是指在震前地下水物理、化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)的異常變化現(xiàn)象。宏觀現(xiàn)象如水井水位上漲，水中翻花冒泡、井水變色變味等；微觀現(xiàn)象如水化學(xué)成分改變（如水中溶解氡氣量變化等），固體潮（天體引潮力引起的地下水位漲落現(xiàn)象——就像海水潮漲落一樣）的改變等。這些可以通過水位儀、水溫儀、測氡儀、測汞儀等流體觀測儀監(jiān)測地下水動態(tài)，從而可直接地了解含水層受周圍的影響情況和受力的情況，以便進(jìn)行地震預(yù)報。
宏觀前兆現(xiàn)象監(jiān)測 這是群測手段，是在做好地震知識宣傳工作基礎(chǔ)上，發(fā)動監(jiān)測區(qū)內(nèi)廣大人民群眾實現(xiàn)的觀測手段，它可以為地震預(yù)測提供重要依據(jù)。如
成功預(yù)報地震的前提，是必須具備相當(dāng)?shù)谋O(jiān)測能力。目前，我國已經(jīng)建成包括測震、形變、電磁、流體四大學(xué)科，共有二十余種觀測手段的地震監(jiān)測臺網(wǎng)，基本覆蓋了中國主要地區(qū)。全國共建415個專業(yè)地震臺站、20余個包含近300個站（點）的遙測地震臺網(wǎng)、560余個地方、企業(yè)觀測站（點），1200余部短波、超短波電臺組成的地震數(shù)據(jù)信息通信網(wǎng)絡(luò)。按觀測類別分，專業(yè)臺站（點）中：測震有近600個站（點）800套儀器，強(qiáng)震觀測臺（點）240個，形變有160個站（點）297套儀器，電磁有近150余個站（點）280余套儀器，地下流體有近110個站（點）200套儀器；地方、企業(yè)臺站（點）中：測震有近220個站（點）250余套儀器，形變有60余個站（點）65套儀器，電磁有120余個站（點）125套儀器，地下流體有300余個站（點）313套儀器。不僅形成了專群共同監(jiān)測的特色，而且，基本實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，地震觀測技術(shù)也已躋身于世界先進(jìn)行列。
而且，近年來全國又建立了上千個GPS（全球定位系統(tǒng)）觀測點，已經(jīng)使得我國的地震監(jiān)測臺網(wǎng)成為一個從空間到地表、從淺表到深部、從全國到局部、對地震活動構(gòu)成多方位的立體化監(jiān)測體系（圖6.14）。
地震監(jiān)測臺網(wǎng)的管理方式為：
中國地震臺網(wǎng)中心 承擔(dān)著全國地震監(jiān)測、地震中短期預(yù)測和地震速報；國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部應(yīng)急響應(yīng)和指揮決策技術(shù)系統(tǒng)的建設(shè)和運行；全國各級地震臺網(wǎng)的業(yè)務(wù)指導(dǎo)和管理；各類地震監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯集、處理與服務(wù)；地震信息網(wǎng)絡(luò)和通訊服務(wù)以及地震科技情報研究與地震科技期刊管理等。是我國防震減災(zāi)工作的重要業(yè)務(wù)樞紐、核心技術(shù)平臺和基礎(chǔ)信息國際交流的重要窗口。
數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng) 主要用于控制我國的地震活動和構(gòu)造，服務(wù)于我國地震監(jiān)測預(yù)報與地球科學(xué)研究，完成大震速報任務(wù)。它構(gòu)成了我國的測震監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)臺站分布要均勻的原則，同時又保證對于一些重點地區(qū)的加密觀測，此系統(tǒng)由國家地震臺網(wǎng)、區(qū)域地震臺網(wǎng)和流動地震臺網(wǎng)3個層次組成。實現(xiàn)全國的監(jiān)控能力可達(dá)ML≥4.0級地震（速報時間是20～25分鐘），東部重要省會城市及其附近具有監(jiān)測ML≥1.5-2.0級地震的能力（速報時間是10～15分鐘），首都圈地區(qū)具有監(jiān)測ML≥1.0-1.5級地震的能力（速報時間是5～10分鐘）。如圖6.15。
國家地震臺網(wǎng)主要是對我國境內(nèi)及周邊地震進(jìn)行控制，控制我國的地震活動和構(gòu)造，完成大震速報，并為破壞性地震中長期預(yù)報提供服務(wù)。由全國的49個數(shù)字化地震臺組成，通過衛(wèi)星、英特網(wǎng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸。其中有11個臺站（北京、佘山、牡丹江、海拉爾、烏
魯木齊、拉薩、瓊中、恩施、蘭州、昆明和西安）同時屬于全球地震臺網(wǎng)，主要用于控制全球大尺度的地震活動和構(gòu)造，服務(wù)于全球地震監(jiān)測與地球科學(xué)研究。
區(qū)域地震臺網(wǎng)主要對人口稠密地區(qū)和地震多發(fā)區(qū)進(jìn)行地震監(jiān)測，以減少這些地區(qū)因地震造成的損失。它由26個區(qū)域遙測地震臺網(wǎng)和首都圈數(shù)字地震臺網(wǎng)組成，遙測地震臺網(wǎng)主要分布在南北地震帶、華北地震帶、新疆北部地震帶和東南沿海地區(qū)。
流動地震臺網(wǎng)主要用于地震應(yīng)急現(xiàn)場的流動觀測和地球深部結(jié)構(gòu)成像的分區(qū)觀測。 地震應(yīng)急現(xiàn)場的流動觀測主要是進(jìn)行大震前的前震觀測和震后地震活動性監(jiān)測，為判斷震情的發(fā)展趨勢提供依據(jù)。地球深部結(jié)構(gòu)成像觀測是通過觀測資料的處理對地球深部（幾十～上千公里）結(jié)構(gòu)、人們無法覺察到的微震活動做一個掃描。
地震前兆監(jiān)測臺網(wǎng) 是我國規(guī)模最大的直接服務(wù)于我國防震減災(zāi)事業(yè)的地震監(jiān)測臺網(wǎng)。
地震前兆臺網(wǎng)（圖6.16），包括國家重力臺網(wǎng)、國家地磁臺網(wǎng)、地殼形變臺網(wǎng)、地電臺網(wǎng)和地下流體臺網(wǎng)5個專業(yè)臺網(wǎng)及相應(yīng)的學(xué)科臺網(wǎng)中心（國家重力臺網(wǎng)中心、國家地磁臺
圖6. 16 國家地震前兆監(jiān)測臺網(wǎng)
中心、地殼形變臺網(wǎng)中心、地電臺網(wǎng)中心和流體臺網(wǎng)中心），兩個地震前兆臺陣（四川西昌臺陣和甘肅天祝臺陣）及1個前兆臺陣數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在全國各省、自治區(qū)、直轄市的防震減災(zāi)中心設(shè)立的31個地震前兆臺網(wǎng)部，以及國家地震前兆臺網(wǎng)中心組成。涉及到形變、流體、電磁等三個學(xué)科、十多個觀測手段，幾十個觀測項目，幾十種觀測儀器，其觀測的物理
量和儀器測量原理各不相同，觀測手段之間的數(shù)據(jù)處理要求和重點各不一樣。其特點是規(guī)模大、覆蓋面廣、觀測項目和儀器種類繁多。這些臺網(wǎng)遍及全國，可以實時或準(zhǔn)實時收集數(shù)字化的地球物理、地球化學(xué)觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理計算機(jī)化，數(shù)據(jù)傳輸與共享網(wǎng)絡(luò)化。共有前兆觀測臺項上千個；流動重力測點1600個，總長
地震監(jiān)測臺站（點） 這是組成地震監(jiān)測臺網(wǎng)的最小單位，是地震監(jiān)測工作的第一線，廣大的地震監(jiān)測技術(shù)人員像醫(yī)生一樣，日以繼夜地堅守在崗位上為地球“號脈”，克服生活的艱苦和寂寞，為撲捉那些區(qū)域性極強(qiáng)、信息量極小的各種地震異常信息，保衛(wèi)人民生命財產(chǎn)的安危而精心、努力地工作著。
