地震预警的十个问题

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随着经济社会的快速发展,地震 灾 害 对 经济的冲击日益加剧,对社会发展的影响 愈 加广泛,社 会 公 众 对 安 全 的 需 求 日 益 增 长, 在我国建设一个预警实验系统,进而建设 一 个现代化的预警系统,对于探索防震减灾 新 途径有着重要的社会意义。本文旨在让社 会 公众能够全面地了解地震预警工作,从而 更 好地参与地震预警建设,共同提升全社会 的 防震减灾能力,更好地发挥地震预警系统 的 作 用 ,最 大 限 度 的 实 现 有 效 减 灾 。
图 1 地 震 警 示 系 统 示 意 图 (据 中 国 地 震 资 讯 ,weibo.com/u/2817059020)
地震预报是对未来破坏性地震发生的时 间、地点和震级及 地 震 影 响 的 预 测,是 根 据 地震地质、地震活 动 性、地 震 前 兆 异 常 和 环 境因素等多种手段的研究与前兆信息监测所 进行的现代减灾探索。地震预报技术是从 地 震监测、大震 考 察、野 外 地 质 调 查、地 球 物 理勘探、室内实验研究等多方面对地震发 生 的条件、规 律、前 兆、机 理、预 报 方 法 及 对 策等的综合技术。
目前所 说 的 地 震 预 警,就 是 地 震 警 报! 它是在一个地方已经发生了地震,当地的 地 震监测仪 器 在 测 出 了 地 震 之 后,发 出 警 报: 我这地震了!由于地震波的速度只有每秒几 公里,相对电 磁 波 的 每 秒 30 万 公 里 要 慢 得 多,人们就将地震发生的消息用电磁波手 段
方法。可是这种方法对于地震预警是没有 用 的。
因 此,地 震 预 警 技 术 的 发 展 必 须 研 发 “快 速 判 断 地 震 ”的 技 术 ,也 就 是 要 在 地 震 台 收到地震波以后几秒钟就能快速判断:① 是 地震,不是 其 他 干 扰 (人 为 在 地 震 台 附 近 的 走跳、车 辆、爆 破、雷 电 等 等 );② 是 大 地 震,不是小地震;③ 地震位置;④ 地震震级 或在震中区域的烈度。目前这个技术主要 建 立在大地震产生的 P 波周期比较大,可以初 略估计地震的大小,同 时 也 发 现 可 以 使 用 P 波的形状估计地震发生的距离的经验和统计 基础上的方法。这些方法不像传统的地震 测 定方法那样具有明确的物理基础,第一次 结 果快,可能会出现 很 大 的 误 差 甚 至 错 误。比 如,2013年2月19日云南巧家 ML4.9 级 地
目前人类还不能准确地预报地 震,它 和 地震预警完全是两回事。地震预警是在地 震 发生之后利用 P 波、S 波 传 播 速 度 差 异,利 用现在网络技术做出的快速响应,是一种 秒 级技术。地震预报是在地震发生之前根据 地 震活动性、前 兆 观 测、宏 观 异 常 等 现 象,对 一定区域是否会发生地震做出的一种推测, 短 期 尺 度 为 月 ,临 震 尺 度 为 天 或 月 。
第 6 期 张 晁 军 等 :地 震 预 警 的 十 个 问 题
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(电 话 、广 播 、电 视 、网 络 )迅 速 地 传 给 远 方 , 在离地震发生比较远的地方,收到警报时 地 震波还未到达,这时采取紧急措施逃生和 关 闭电、气、水 等 生 命 线 设 施,地 铁、高 铁 减
图 4 地 震 预 警 系 统 的 工 作 原 理 示 意 图
4 P 波快速判定地震 是 地 震 预 警 的 关 键技术
地震预警最关键技术是快速判断地震技 术[4]。这是个非常 复 杂 的 技 术,其 复 杂 的 原 因有二,一是需要在地震台一收到地震信 号 后,“立即 ”判 断 是 地 震,即 前 面 说 “秒 级 处 理”技术,最 好 是 1、2s。这 是 极 其 困 难 的, 因 为 常 规 快 速 处 理 一 个 地 震 (称 为 地 震 速 报 ) 需要一个地震台网,在整个地震波记录完 整 (包括接收到 P 波、S波 及 其 他 震 相)和 扫 过 地震台网后,获得 完 整 数 据 后 进 行 处 理。这 里最大的问题是地震初动震相的识别,即 使 用计算机,最快也需要几分钟时间才能确 定 地震参数,而且有 时 还 会 出 现 错 误。这 种 处 理完全是根据地震波传播原理确定的可靠的
速等等,可以减少损失,避免次生灾害(图2)。
3 地 震 预 警 盲 区
地 震 预 警 技 术 从 原 理 上 就 存 在 “预警盲
图 2 日 本 3·11 地 震 造 成 高 速 公 路 破 坏 (a)、煤 气 泄 漏 (b)、铁 路 破 坏 (c)和 山 体 滑 坡 (d)等 严 重 灾 害
1)中国地震台网中心,北京 100045 2)中国地震局地震预测研究所,北京 100036
摘 要 地震预警是国内外应用地震学的热点,也是近期公众 关 心 的 热 门 话 题。本 文 就地震预警的一些基本问题、概念、关键技术及其在防震减灾方面的作用等问题做了 简 要概述,指出了地震预警存在的问题,以及 需 要 研 究 的 方 向。首 次 提 出 了 地 震 预 警 系 统 的 确 认 和 解 除 及 地 震 预 警 社 会 容 忍 度 的 概 念 。同 时 强 调 地 震 预 警 是 复 杂 的 社 会 工 程 ,需 要全社会的共同参与。
区”。在收 到 预 警 信 息 前,有 一 段 时 间 是 用 来处理初至 P 波信息进行定位、地震强度计 算和信息发布的。这段时间是不能发出预 警 信息的,这 段 时 间 对 应 的 S 波 传 播 的 距 离, 我们称 之 为 盲 区,即 地 震 警 报 到 达 该 地 区 时,地震波已经到 达 或 已 经 过 去。换 句 话 说 警 报 收 到 时 ,已 经 没 用 了 [2]。
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第 6 期 (总 第 414 期 ) 2013 年 6 月
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学术论文
国 际 地 震 动 态 Recent Developments in World Seismology
No.6(Serial No.414) June,2013
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地震预警的十个问题*
张 晁 军1) 陈 会 忠2) 李 卫 东1)
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2 地 震 预 警 应 该 叫 地 震 报 警 或 地 震 警 报 ,是 翻 译 不 准 确
地 震 预 警 英 语 为 “Earthquake early warning”,日 本 叫 “地 震 紧 急 速 报 ”,中 文 应 翻 译 为 “地 震 报 警 或 地 震 警 报 ”,而 不 应 翻 译 成“地 震 预 警 ”。翻 译 成 预 警 容 易 和 预 报 混 淆。美国在加州新建立的地震预警试验系 统 就叫 做 Shake alert(震 动 报 警 )(http:∥ earthquakeearlywarning.com/),也 可 能 是 为了更准确地描述这个技术系统是个震动警 报系统。
个不可避免的盲区,在预警盲区地震报警 基 本上是没有什么效果的,因为在盲区内的 人 们收到 预 警 (警 报)信 息 时 地 震 波 已 经 过 去 了!实际上预警技术非常复杂,往往不 是 一 个地震台就可以准确判断,需要一个密度 足 够的地震台网。仅用地震波初始的几秒钟 来 判断是否地震,还 很 不 成 熟。这 样 处 理 时 间 就会更长,预警盲 区 就 会 更 大。图 4 从 技 术 系统角度 描 绘 了 盲 区 的 客 观 存 在。实 际 上, 预警盲区要比理论大一些,因为人在查看 信 息做出反 应 过 程 中,地 震 的 破 坏 还 在 发 生, 距离震中越近,盲区越近,获益时间越少[3]。
用震中附近监测仪器捕捉到的地震纵波后, 快速估 算 地 震 参 数 (发 震 时 刻、地 震 强 度、 地震地点、震 中 烈 度 等)并 预 测 地 震 对 周 边 地区的影响,抢在破坏性横波到达震中周 边 地区之前,通过电子通讯系统发布地震强 度 和到达时间的警报信息,使相关机构和公 众 能采取 紧 急 措 施,减 轻 人 员 伤 亡 和 灾 害 损 失 [1]。图 1 是 地 震 警 示 系 统 示 意 图 。
关 键 词 地 震 预 警 ;地 震 预 报 ;预 警 盲 区 ;预 警 确 认 和 解 除 ;预 警 容 忍 度 中 图 分 类 号 : P315.7; 文 献 标 识 码 : A; doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2013.06.007
引言
地震预警是建立在高密度地震台网基础 上的新技术,是人类社会进行地震灾害防 御 的科学前沿领域,是 人 类 和 地 震 灾 害,乃 至 和自然灾害斗争 的 手 段 之 一。它 的 研 究、应 用与开发规模是自然灾害防御与减轻目标中 的 10 个 世 界 高 新 技 术 领 域 之 一 。我 国 拟 在 5 年左右时间 建 成 “国 家 地 震 烈 度 速 报 与 预 警 工程系统”,届 时 公 众 可 以 利 用 地 震 预 警 系 统提供的数秒至数十秒预警时间,采取避 震 措施,减少人员伤 亡。重 大 基 础 设 施 和 生 命 线工程可以实施紧急处置措施,避免次生 灾 害,如紧急制动高 速 列 车、及 时 关 闭 燃 气 管 线 、关 闭 核 反 应 堆 、停 止 精 密 仪 器 运 行 等 。
* 收稿日期:2013-05-13;修回日期:2013-05-31。 基金项目:地震局行业专项(《地震 烈 度 速 报 与 预 警 技 术 系统标准 体 系 研 究 与 信 息 服 务 系 列 标 准 研 制 》)资 助 。
地震预警事关人民群众生命财产安全, 事关国民经济发展与社会和谐稳定,是一 项 投入巨 大 而 复 杂 的 社 会 系 统 工 程,需 要 政 府、各部门、公 众 的 共 同 参 与。特 别 是 地 震 预警系 统 因 其 自 身 局 限 性,会 有 预 警 的 盲 区,对中小地震减 灾 效 果 不 显 著;估 算 的 地 震参数和预测烈 度 可 能 存 在 偏 差,等 等,因 此 ,需 要 社 会 各 方 面 的 理 解 和 支 持 。
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国 际 地 震 动 态 2013 年
1 地 震 预 警 ,不 是 地 震 预 报
什么是地震 预 警?地 震 发 生 后,有 纵 波 (P 波)和横波(S 波)两 种 主 要 地 震 波 同 时 由 震源向 外 传 播。纵 波 传 播 速 度 较 快,大 约 6km/s,但震动相 对 较 小,破 坏 也 小。横 波 速度较慢,大约4km/s,携带能量大,是 大 地震时造成破坏的元凶。地震预警系统是 利
国 际 地 震 动 态 2013 年
波。这样在上 图 的 情 况 下,加 起 来 5s中 发 出地震警报,这时地 震 纵 波 已 经 走 了 30km 左右,地震横波也已经走了 20km 左 右,这 就是纵波和横波的预 警 (警 报)盲 区,或 称 P 波和 S波预警(警报)盲区。 如前 所 述,S 波 是 大 地 震 破 坏 的 元 凶, 预警盲区实际是 S波预警盲区。上述的预警 盲区是一个理想或者极端的例子,假设了 地 震发生在10km 左右深,台站就在震 中,判 别地震只 用 了 3s(据 说 是 当 前 最 高 水 平 ), 可以看出地震预警盲区就是20km 左右。这 意味着,地震预警技术本身在原理上就有 一
图 3 单 台 地 震 预 警 理 想 盲 区 示 意 图
深 ,地 震 纵 波 传 到 地 面 地 震 台 约 需2s,地 震 台收到地震波进行判定是地震的处理,这 是 “秒级处理”技术,因 为 多 1s地 震 纵 波 就 多 走 了 6km,目 前 最 高 水 平 需 要 使 用 3s地 震
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为什么会有这样的现象出现呢?这 里 有 两个原因,一是地 震 是 有 深 度 的,一 般 来 说 大地震,浅源地 震 多 发 生 在 10~20km 深, 地震发生后地震波向各个方向传播,到达 地 面的地震台站需要时间。二是地震台站接 收 到地震信号后要进行处理确认是大地震才能 发出警报,这也需 要 时 间。图 3 是 一 个 地 震 台 接 收 到 地 震 波 后 最 理 想 的 盲 区 示 意 图 ,所 谓最理 想 就 是 这 个 地 震 台 正 好 在 地 震 的 上 方,也就是在震中位置。假设地震发生在12km
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