地震預警技術關鍵問題研究

摘 要：地震預警是防御和減輕地震災害的一種工程技術，其原理是利用地震波與電磁波、P波與S波的速度差來實現震前或震后報警?；诖?，本文對地震預警技術的若干關鍵問題進行研究探討，為相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：地震預警；地震災害；預警臺網

中圖分類號：P315 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）01-0152-02

Discussion on Key Problems of Earthquake Warning Technology

DU Ruipan CHEN Quanzhi

（Baoji Center Seismic Station， Seismic Bureau of Shanxi Province，Baoji Shanxi 721008）

Abstract： Earthquake warning is an engineering technique to prevent and mitigate earthquakes. The principle is to use the velocity difference between seismic wave and electromagnetic wave， P wave and S wave to realize the alarm before the earthquake or after the earthquake. Based on this， this paper studied some key problems of earthquake early warning technology， to provide some reference for related research.

Keywords： earthquake warning；earthquake disaster；early warning network

我國是地震頻發的國家，是全球地震災害最嚴重的國家之一。地震預警是減輕地震災害的一種關鍵技術[1]。

1 地震預警相關概念

1.1 地震預警的提出

地震預警最早是美國的Cooper博士于1986年提出的。他設想，在距離圣菲爾南多約100km外，將測震儀器放置在地震活動性高的區域，該測震儀器檢測到地震之后隨即發出預警電信號，電信號波速遠遠快于地震波，因此可以比地震波提前到達設防區圣菲爾南多，及時發出地震預警信號。但是，限于當時的技術水平，這個設想沒有實現。直到20世紀90年代，隨著科學技術的發展，地震預警技術才得以初步形成。

1.2 地震預警原理

按傳播方式分類，地震波包括橫波（S波）、縱波（P波）及面波（L波）。其中，縱波的傳播速度為5.5～7.0km/s，縱波破壞性較弱，最先到達震中；橫波的傳播速度為3.2～4.0km/s，橫波破壞力一般比較大，比縱波晚一些抵達震中；面波是一種混合波，由縱波和橫波在傳播過程中相遇混合而成，破壞力更大，只能沿地表傳播，是造成地震災害的首要因素。P波的波速要快于S波，而電磁波的傳播速度約為3×105km/s，遠快于P波。在捕捉到P波數據后，迅速計算地震相關參數，搶在破壞性的S波和L波到來之前，向設防地區發出預警，這就是地震預警技術的原理。需要注意的是，地震預警區別于地震預報，其不能像天氣預報那樣進行未來某時刻的地震預測，只是在地震發生后及時對設防區進行地震警報信息發布?？偟膩砜?，地震預警是指布設在震中附近的監測設備在地震發生后向地震預警設防區發出電磁信號。

1.3 地震預警盲區

20km以內的地區若發生直下型地震，即地震正好發生在設防區，除可以安裝P波自動觸發控制裝置外，基本沒有時間進行地震預警。因此，震中距20km之內的區域，通常稱為預警盲區。

發展地震預警技術的目的就是要盡最大努力使預警盲區最小化，從而擴大可以設防的區域。這與高密度的臺網建設、地震參數智能判定系統、警報發布系統及預警接收端接收速度等息息相關。參照我國的實際研究應用情況，預警時間至少在20s以上，即地震預警需要的最小反應半徑是36km，低于這個距離地震預警將無法發揮作用。另外，地震的破裂方式對盲區也有一定影響，單側破裂預警效果較好，雙側破裂有效預警區域會縮小。

1.4 地震預警應急時間

預警應急時間是在收到地震警報信號之后，政府、人們、社會群體、企業單位等對即將來臨的地震采取應急措施的有效時間。預警反應時間與人的因素關系較大，從日本歷次地震的經驗可以看出，通過有關系統的公眾教育培訓而具有防震減災意識的人更容易在地震中躲過襲擊存活下來。因此，從國家到個人做好全面的防震減災常識教育，以及對民眾進行災害自救知識培訓顯得異常重要。

2 地震預警關鍵技術

地震預警需要一套能夠實現預警的地震數據分析處理發布智能系統。這套智能發布系統包括地震監測網、參數智能計算判斷系統、警報發布系統、信號接收系統等4層架構。該智能系統的整體反應時間和警報發布準確率是影響預警能力的關鍵因素。因此，要實現快速、準確的地震預警，就必須提高系統內各個子系統的響應和處理能力。關鍵就是要實現對地震相關參數的快速計算和測定。

2.1 地震觸發判定技術

根據記錄短長比、三分量記錄的振幅關系進行事件觸發，最終進行地震預警。地震觸發判定技術由于地脈動和一些噪聲的影響，初動周期會超過2s，可能導致誤觸發。

2.2 P波判定地震技術

地震預警就是要搶在破快性地震之前快速對相關區域進行警報，那么關鍵問題就是如何對地震參數進行快速判斷。根據P波前3s數據判定地震技術便應運而生。但是，該技術目前主要是以經驗和統計為基礎，雖然判定很快，但出現誤差的可能性很大。

2.3 第一報技術

第一報技術在地震預警的實際應用中非常重要，第一報的時間每延遲1s，設防區半徑就縮小4km。第一報目前多采取地震監測臺網聯報，因為單臺進行第一報的準確率難以保證，而且往往誤報較多。為提高第一報的震級準確度，需要加強地震預警秒級甚至毫秒級處理技術的研究和創新。以當前的技術水平，對于公眾應及時發出地震預警信息，而不是苛求于第一報相關地震參數的準確度，讓公眾及時采取應急避險措施。另外，科研人員應在現有技術的基礎上提高第一報地震參數的準確度。

2.4 地震提前預警技術

根據相關理論，大地震破裂發生的初期存在緩慢破裂現象。緩慢破裂識別技術也是未來發展的一個重要方向，可以解決地震盲區問題。

2.5 地震預警的快速判定和解除技術

地震預警系統是否完善的一個重要指標即為是否具備快速判定與解除技術。每一次地震或多或少都會對社會和個人產生一些影響。因此，要求地震預警系統可以快速判定基本的地震參數，哪里發生的，震級是多少，影響有多大。此外，如果是誤報，那么就要求地震預警系統具備對于地震誤報的快速解除技術，最大限度地減少對國家、社會和個人的不良影響。

3 地震預警現狀及效果

2005年，墨西哥國家理工學院的巴埃納·迪亞斯等研制了一種地震預警系統，該系統可在地震波到達前200s通過手機向公眾發送預警信號。經過幾次對墨西哥南部太平洋沿海地震活動的跟蹤，該系統預警成功率在90%以上。2010年，墨西哥聯邦政府對地震預警統進行了升級，在墨西哥市周邊幾個州布置了64個地震探測臺站。2012年，沿著“格雷羅”地震帶布置了12個地震探測器，提高了墨西哥地震預警系統基礎設施的現代化水平，促進了其與其他地震預警系統的兼容性，擴大了地震預警范圍。

2017年8月8日21：19，四川省阿壩州九寨溝縣發生Ml7.0地震，汶川縣電視臺的一套“地震前兆應急系統”提前數十秒發出了地震警報，提醒人們緊急撤離。這套系統是近幾年四川省地震局和地震辦合作開發的一種地震預警系統，在非震中區可以提前數十秒發出地震警報，但是該系統在震中區將會失去作用。

我國正在建設全國范圍內的地震預警系統——國家地震烈度速報與預警工程。目前，該工程處于初步設計階段，預計2018年開始實施，2020年完成項目建設，2021年項目試運行。屆時該工程可以向多個部門提供服務，并大幅提升我國的地震預警技術水平。

4 地震預警的發展前景

地震預警是一個復雜的社會工程，僅靠一兩個單位或組織是不可行的，需要全國、全社會、全體人民的參與。只有發動全國之力，我國的地震預警才可以發揮最大作用。隨著我國各領域建設的不斷發展，“一帶一路”也將持續推動我國全方位國際化發展。但在發展進程中，地震災害無疑是對國家各方面建設的沖擊與阻礙，對社會發展影響深遠。國家、社會和人民都需要一個安全穩定的發展空間，做好地震預警研究與應用工作可以有效減輕地震災害帶來的損害與損失。因此，在我國建設地震預警系統有著重要的社會意義。

參考文獻：

[1]張國民，傅征祥，林燮泰.地震預報引論[M].北京：科學出版社，2001.