地球物理勘探方法在地震前兆監測中的應用

■王靜張磊李東

（1山東省地震工程研究院 山東濟南250021；2天津市地震局天津300201；3山東電力工程咨詢院有限公司 山東濟南250013）

地球物理勘探方法在地震前兆監測中的應用

■王靜1張磊2李東3

（1山東省地震工程研究院 山東濟南250021；2天津市地震局天津300201；3山東電力工程咨詢院有限公司 山東濟南250013）

地震孕育到發生是一個復雜的過程，它的孕育和發生會引起地球物理場和化學場的變化。地球物理探測技術從物理學的原理出發，利用巖石的物理性質的差異，觀測和研究地球物理場的空間和時間分布規律，這同時為地震監測提供了觀測手段和方法。地震系統通過利用地球物理方法探測重力場、地電場、地磁場的變化，來分析地球物理場的時空變化，開展地震前兆觀測與預測研究工作。

地震重力場地電場地磁場

0　引言

我國位于亞歐板塊的東南部，處于印度板塊、太平洋板塊和菲律賓板塊的夾持之中，受印度板塊的擠壓作用和太平洋板塊俯沖作用的影響，晚第四紀和現代構造活動強烈，地震災害頻發。

地震預報作為一門以觀測為基礎的交叉學科，我國的地震預報工作始于1966年邢臺6.8級地震后，經過多年的探索和實踐，我國的地震預報工作取得了一定的進展，形成了“長-中-短-臨”科學的地震預測思路，并對地震成因、孕震過程以及前兆異常機理也開展了不斷的探索研究工作。從1975年海城7.3級地震到1999年遼寧岫巖5.4級等地震前都取得了具有減災失效的短臨預報[1]。研究表明[2-4]，這些地震震前不僅表現出了地震活動的異常和宏觀異常現象，同時還表現出了豐富的地震前兆異常。因此，加強地震前兆觀測與研究工作尤為重要。地球物理探測技術利用不同物質在密度、彈性、電性、磁性、放射性以及導熱性等方面的差異，探測地球物理場的局部變化，這為地震前兆觀測提供了技術依據。

1　地球物理勘探技術方法

地球物理場是指存在于地球周圍（或內部）的具有物理作用的空間，包括天然存在的地球物理場和人工激發的地球物理場。地球物理學用物理學的原理和方法，對地球的各種物理場分布及其變化進行觀測，探索地球本體及近地空間的介質結構、物質組成、形成和演化，研究與其相關的各種自然現象及其變化規律。并在此基礎上為探測地球內部結構與構造、尋找能源、資源和環境監測提供理論、方法和技術，為災害預報提供重要依據。地球物理勘探是利用地球物理的原理，根據各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質的差異，選用不同的物理方法和物探儀器，測量工程區的地球物理場的變化，以了解其水文地質和工程地質條件的勘探和測試方法。

按照所應用的物理性質可將地球物理勘探方法分為：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探和地溫測量。

2　地震前兆監測中的應用

地球物理探測技術從物理學的原理出發，利用巖石的物理性質的差異，觀測和研究地球物理場的空間和時間分布規律，這同時為地震監測提供了觀測手段和方法。我國經過“九五”、“十五”、“十一五”的建設先后建成了具有一定規模的數字地震前兆觀測網絡，為地震預測研究工作提供了豐富的基礎數據資料。

2.1重力勘探方法應用

地殼厚度的差異、地殼密度的變化和地殼深部物質的遷移等構造活動信息都可以由重力場的變化反映出來。因此，重力場的時空動態演化特征可以作為研究現今地殼構造與地震孕育發生相互關聯提供一定的根據。在2001年昆侖山口8.1級地震前后也觀測到了明顯的重力變化[5,6]。重力異常與地震的關系研究表明，重力異常能夠反映強震孕育的中長期背景。

地震前兆觀測中通過定點重力和流動重力測量方法，獲取連續的定點觀測數據或者區域性的重力異常數據來研究與地震有關的重力異常信息。我國自20世紀60年代邢臺地震后開始流動重力測量，到80、90年代得到了發展。我國的地震重力監測網或線每年觀測一至四期不等，大多進行了20-30年的重復測量。在滇西實驗場和京津唐等地區建成了包括絕對重力測定、微重力測量和重力垂直梯度測量的重力試驗觀測網，構成了我國主要的重力試驗觀測基地，并且還陸續建立了多個用于儀器標定的國家長基線、短基線和垂直重力基線等高精度的重力測量基線[7]。這為開展重力測量方法進行地震預測研究工作積累了豐富的數據。

2.2電法勘探應用

電法勘探方法通常包括電阻率法、充電法、激發極化法、大地電磁測深法以及電磁感應法等。在地震前兆觀測中主要是在某一臺站開展定點的、連續的大地電場和地電阻率觀測。許多震例研究表明，震前會出現電磁異常。關于震前產生電磁異常的機理主要有：壓電效應、熱電效應、電動效應、巖石摩擦和巖石破裂產生電磁輻射。

我國開展大地電場觀測最早始于20世紀60年代，經過“九五”、“十五”建設，目前國內大陸已建成由108個地電場觀測臺站，地電阻率觀測臺站75個。

2.3磁法勘探應用

地磁場同地電場和重力場一樣，是地球三大地球物理場之一。它攜帶著地球內部和外部空間的豐富信息[8]。地震前兆觀測中，地磁觀測包括絕對地磁觀測和相對地磁觀測。震例研究表明，1975年海城地震前大連地磁測點地磁垂直分量出現異常【9】；1976年唐山地震前京津唐地區的一些臺站和測點地磁垂直分量出現明顯異常，并且空間均集中在唐山、昌黎一帶，尤其是1975年12月以后垂直分量持續下降【10】。我國地磁觀測工作已有100多年的歷史，1966年邢臺地震后我國科技工作者正式開始了震磁關系的研究。目前，我國擁有覆蓋124個臺站的150套數字化網絡化地磁相對觀測儀器臺站和42個絕對觀測臺站[11]。

2.4放射性勘探與地溫勘探應用

放射性勘探與地溫勘探在地震前兆觀測中的應用主要體現在水化學放射性元素氡含量的測定和地下流體水溫測量方面。實驗證明，氡反應靈敏，當受到外界的壓力、振動等作用時，氡容易從其賦存的介質中逃逸出來。因此，當地下應力發生變化時，地下水中的氡濃度會出現不同程度的變化[12]。

地下水溫度是描述地下水物理性質的重要參數。一方面，地殼表層接收太陽輻射增溫，可以通過熱傳導使地下水升溫；另一方面地殼內部的熱能也是地下水溫度升高的熱能來源。地下水位溫度通過熱傳導和熱對流方式來改變。2002年4月22日河北4.8級地震前河北赤城水溫自3月25日改變緩慢下降的趨勢出現形態持續上升的短臨異常變化，北京昌平大宮門井3 月22 日水溫突降，天津張道口井3月17日出現在緩慢下降背景下轉為上升的過程，之后恢復下降的短臨異常[13]。

3　總結與展望

地球物理探測技術利用巖石的物理性質的差異，從物理學的原理出發，觀測和研究地球物理場的空間和時間分布規律，為開展地震監測預報研究工作提供了技術手段。地球物理勘探方法多用于地質調查，礦產、油氣等資源勘查，構造研究及解決一些工程地質問題，觀測過程中一般針對某一區域，空間分辨率相對較高，地震前兆觀測是對地球物理勘探方法的繼承和發展，依據地震前兆臺網的布局，多開展定點、連續觀測（一般達到分鐘采樣甚至秒采樣）或定期的重復觀測，通過長時間跟蹤數據的變化，研究可能與地震有關的前兆異常現象。

地震從孕育到發生，是應力不斷積累的過程，在這個過程當中會引起重力場、地電場、地磁場和地球化學場的變化。通過利用地球物理勘探方法，觀測定點重力、流動重力、地電場、地電阻率、地磁場以及水溫、水化學變化，為地震預測研究工作提供了豐富的數據，為深入開展地震前兆異常以及機理研究奠定了堅實的基礎。另外，地震勘探在地震活斷層探測方面也發揮了重要的作用，為地震發震構造和活動構造研究提供了重要的技術手段。GPS、衛星遙感技術這些空間對地觀測技術的發展，豐富了地球物理勘探的手段，使得快速、周期性、大范圍地獲取重力場、電磁場以及地溫場信息成為可能，這同樣也為地震監測和預測研究提供了新的數據源。

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P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-204-2

王靜（1982～），女，碩士，工程師，研究方向為地震。