GPS对地震预报的推进和问题分析

2016-04-14王友党学会

地球 2016年9期

关键词：台网动力学预测

■王友　党学会

（中国地震局第一监测中心　天津　300180）

GPS对地震预报的推进和问题分析

■王友党学会

（中国地震局第一监测中心天津300180）

随着多GPS技术的快速发展，其在地震预报中的作用也日益凸显出来。从地球动力学等理论角度看，GPS技术的应用起到极大的理论补充与推进作用，而从地震预报实践看，GPS技术的应用所起到的预测作用也较为明显。然而GPS在实际应用中，也面临一定的数据处理以及台网密度等难题，要求在推进中不断完善。本文将对地震预报中GPS推进作用表现、地震预测中GPS应用实例以及GPS推进中面临的问题进行探析。

地震预报GPS技术推进问题

0　前言

作为地震预报中的重要技术手段，空间测地技术以其自身的优势被广泛用于现代地震预测活动中。但如何使GPS应用优势充分发挥出来，仍是当前地震预报中需考虑的主要难题，尽管国内外较多学者研究中对GPS应用效果做出一系列总结，然而GPS技术应用中仍存在较多问题，影响其进一步推进。因此，本文对地震预报中GPS的推进与问题进行研究，具有十分重要的意义。

1　地震预报中GPS推进作用表现

GPS作为信息技术的重要产物，其推进作用除表现理论内容方面外，也体现在实践指导方面。具体包括：

第一，地壳运动相关研究因GPS的引入而得以推进。如在“速度场”或精确测定等方面都可在GPS应用下取得进一步发展，尤其其中的速度场，可达到多种空间尺度、精度均匀稳定以及高质量等要求，是现行地质学、地球物理学以及大地测量学中研究的主要内容。同时，以往研究中的板块学说在GPS应用下也得到验证，以欧亚板块、北美板块以及太平洋板块等不同板块间的划分与作用，都可在GPS相关模型指导下被分析。

第二，地壳动力学研究因基于GPS的相关模型而得以推进。以NUVEL-1A模型、板块运动模型等为例，都将GPS作为基础。很多学者在研究中根据这些模型与速度场的分析验证发现，地壳动力学震间态、动平衡稳定态等为基本状态，说明定常吸引子的正确性，而非处于“沙堆模型”临界状态。这也能够反映出地震出现的过程，可对该过程进行预报。特别在以GPS为基础的地震模型、地球动力学模型提出后，较多约束条件都可被用于实际分析中，如孕震过程、断层系统动力学以及同震错动等条件，为动力学理论、数据观测的结合提供基础，实际进行动力学预报中也将有具体的参考[1]。

第三，GPS对“微动态”以及动力学耦合分析起到明显的助推作用。以其中“微动态”为例，主要将连续GPS网络引入，可满足潜在震源搜索、地震危险性判定以及中长期预报等要求。而在动力学耦合分析方面，现行“空基”、“地基”也逐渐趋于融合，其中的“空基”主要表现在SAR、重力与电磁方面，而“地基”表现在地面台网方面，如地震、电磁与连续GPS等，对短临地震预报的突破可起到重要作用。综合这些推进作用表现看，以往地震预报中的难题如研究理论过于薄弱、时空信息缺失等，都可在GPS引入下得以解决[2]。

2　地震预测中GPS应用实例分析

2.1GPS在云南丽江Ms7.0级地震预测中的作用

本文在研究中主要选取丽江Ms7.0级地震作为实例，在地震发生中已有监测台网设置其中，由GPS手段使地震情况被分析。该预测活动中，主要选取13个测站，GPS应用下构成14条基线，在红河断裂带进行分布，这些基线应用下可达到（0.3-1.0）×10-6的观测精度。通过GPS观测结果，在实际预测中可发现将有部分地段可能出现强烈的的运动，且对于剑川与丽江之间，断裂带处可能存在7.0级地震。为进一步验证区域中地震发生的可能性，有研究中从信息合成、频次合成等角度出发，再次提出7.0级地震可能出现的区域。结果在预测的区域边缘附近出现7.0级地震。由此可见，GPS应用下，两次观测得到的结果都能验证地震出现的可能性[3]。

2.2GPS在昆仑山8.1级地震中预测的作用

以昆仑山8.1级地震为例，其发生位置处于新疆、青海交接地台，由于该处自然条件过差，所以设置的台站与地震位置相距较远，很难满足实时监测与预测地震的要求。在GPS的引用下，能够将分量时间序列提供，尽管无法利用这些得到的结果进行具体监测与预报，但仍可从中挖取到部分价值信息。以其中DLHA基本站为例，与震中距离最近，将小波分析方法引入对该台站的预测结果进行分析，可发现在地震出现前，该台站有年周变消失情况存在，表现出被破坏异常现象。虽然这种变化情况下，连续GPS网应用难以保证强震监测与预测的实现，但通过连续观测大空间尺度时变，也能判断震源区的台有明显差异存在，且空间内呈现一定的非线性时变特点。加上DLHA台站中出现的畸变异常情况，综合这些信息，可将其中关于地震预报的信息被挖掘出来[4]。

2.3地震预测中GPS优势分析

以往地壳运动研究中，并未将GPS引入，这样在大空间范围、短时间内的地壳运动测定中，仅能将百万年尺度平均结果被预测出来，但当前运动情况却难以被预测出来，即使台站可预测当不同零散运动情况，单纯依托这几个零散位置很难将大空间范围情况反映，更无从谈及对断层运动进行预测。而在GPS应用下，可使潜在震源区被确定。特别近年来国内外学者研究中，都认为大陆岩石圈在构成上体现为较多块体网络结构方面，地震发生过程中也表现在不同块体相互运动方面，当大空间范围运动下，将使震源地点处有较多变化情况出现。在此背景下，我国在实际规划中，提出预测控制、地球系统运动与灾害效应等问题，并在监测工具上选择连续GPS台网，这样在精细时变过程、大空间相结合的情况下，使大地震监测与预测中可充分利用GPS提供的信息[5]。

3　地震预报中GPS推进面临的问题

尽管地震预报方面GPS推进作用表现极为明显，也可真正在地震预测实践中起到关键性作用，但其在实际应用中也存在一定的局限性，成为日后GPS推进中亟待解决的问题。如GPS自身局限性、GPS台网密度不足以及其他数据处理等问题。具体表现在以下几方面。

3.1GPS台网密度及其自身局限性

现行地震危险性评测中采用的以流动GPS复测为主，其在实际预测中多停留在中长期预测层面，而中短期预测方面却较为困难，究其原因在于连续GPS台网应用下存在密度不足情况。需注意的是无论从多圈层作用、地震电磁卫星等各方面看，若连续GPS台网在密度上难以达到实际标准，都无法使短临预测信息被提供。所以GPS台网密度问题成为研究中需解决的问题。另外，GPS应用下也有一定的局限性，如其中的连续GPS，仅停留在时间连续方面，而空间连续却难以实现，这就要求在测量时空连续形变中结合In-SAR，且在采样间隔方面也局限于小时，所需配合数字化台网，以此达到的采样频率提供的目标。再如GPS应用下，相比精密水准测量，垂直向精度将低很多，这就要求测量中结合重力、水准等，可使地壳运动分析结果更为精确。再从采样时间、测量精度看，GPS应用下很难满足跨断层变形测量要求，这就要求在测量中充分考虑到跨断层变形内容，使其中慢地震、静地震与蠕动情况被分析。此外GPS应用下也需考虑到结合大地测量学内容，不断吸收测量学中关于地球物理学知识与地震预报相关经验，对提升GPS应用效果可起到重要作用[6]。

3.2GPS数据处理问题

关于GPS数据，近年来研究中已有信息资源库囊括较多观测数据，且数据量呈现不断上升趋势，但在数据处理方面却存在一定的不足，加上预测应用基础缺少相关的研究，使GPS应用效果受到极大程度的制约。以应变速率场为例，尽管相关的研究资料较多，但不同研究人员给定的结果存在明显的差异，这样在研究应力场中很难将这些研究理论作为参考，且在分析应变速率场、形变场等实际空间分布情况中，应用的也非参数模型，更倾向于以多面拟合以及样条函数为主，很容易因观测数据波动、观测点位以及图形强度而受到影响。此外，由于地震发生过程中，本身可理解为是基准态受地壳运动影响而发生的暂态偏离问题，对于这种问题在分析中，通常需以基准态模型为依据，其能够保证短期预测、微动态变化识别等得以实现，但由于地震监测中需考虑到不同监测区的具体要求，所以需考虑基准态模型构建中，应保证其具有高分辨率、可靠性等要求。这样在所有模型完善、数据处理效果改善的基础上，才能保证地震预报中有具体参考，提升预报的准确性[7]。