文章插圖
地震有幾級(jí)（地震的分級(jí)）
馬 強(qiáng) 研究員，中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所
李山有 研究員，中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所
金 星 研究員，中國(guó)地震局廈門海洋地震研究所
陳曉非 中國(guó)科學(xué)院院士，南方科技大學(xué)
地下巖石的突然錯(cuò)動(dòng)，引起地震，其能量以地震波的形式往四面八方傳播 。巖石的破裂面越大，地震震級(jí)越大；距離地震震中越近，地震動(dòng)越劇烈 。劇烈的地震動(dòng)，造成山崩地陷、房倒屋塌和人員傷亡 。
我們無(wú)法阻止地震的發(fā)生，但面對(duì)地震災(zāi)害，人類不會(huì)坐以待斃，我們?cè)诓粩嗾J(rèn)識(shí)地震、防御地震，最大限度地減輕其給人類社會(huì)帶來(lái)的影響和損失 。目前，科技的發(fā)展尚不能在地震發(fā)生前準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和大小，但我們能否在地震發(fā)生后，搶跑在破壞性地震波之前并打聲招呼？
1.什么是地震預(yù)警
地震發(fā)生時(shí)，地球內(nèi)部產(chǎn)生兩種體波，一種是P波（壓縮波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和傳播方向一致），其到來(lái)時(shí)人的感覺(jué)接近于上下晃動(dòng)；另一種是S波（剪切波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和傳播方向垂直），其到來(lái)時(shí)人的感覺(jué)接近于水平晃動(dòng) 。P波跑得快，每秒傳播約6千米，S波跑得慢，每秒傳播約3.5千米 。S波振動(dòng)幅值更大，攜帶的能量是P波的幾倍到幾十倍，其水平向剪切作用是造成結(jié)構(gòu)破壞的重要因素 。
圖1 某5.8級(jí)地震強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)記錄到的南北向地震動(dòng)記錄
（震中距60千米，震源深度10千米，P波傳到約10秒，S波傳到約17.5秒，S波和P波到時(shí)差為7.5秒 。其S波幅值約為P波的5倍，能量約為P波的25倍）
如果我們能在地震發(fā)生后，搶在攜帶更多能量的S波到達(dá)前，甚至P波到達(dá)前若干秒，以警報(bào)的形式告知地震動(dòng)的可能大小或潛在破壞，則公眾可獲取緊急逃生避險(xiǎn)時(shí)間，而高鐵、?；髽I(yè)、醫(yī)院手術(shù)室等則可提早采取地震應(yīng)急處置措施，進(jìn)而減少人員傷亡和社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失 。這就是我們所說(shuō)的地震預(yù)警 。
圖2 地震預(yù)警信息的應(yīng)用
以2008年汶川特大地震為例，如圖3，在地震發(fā)生之后，以現(xiàn)有臺(tái)網(wǎng)密度，我們能在震后10秒內(nèi)第一次估計(jì)出地震發(fā)生的位置和大小，此時(shí)S波以震中為中心，傳播了約33千米，此區(qū)域S波已經(jīng)到達(dá)，無(wú)地震預(yù)警時(shí)間，我們稱之為“預(yù)警盲區(qū)” 。而盲區(qū)外的可能破壞地區(qū)能在S波到達(dá)前，甚至在P波到達(dá)前數(shù)秒獲知地震波即將到來(lái)的信息，如地震烈度為11度的北川在S波到來(lái)前有接近20秒的時(shí)間，地震烈度為10度的青川縣時(shí)間可達(dá)1分鐘，而地震烈度為6度的西安獲取的預(yù)警時(shí)間甚至接近3分鐘 。而其他地區(qū)，如武漢、北京、上海等有震感地區(qū)，可在感受到震感數(shù)分鐘前得到地震信息，這將減少地震帶來(lái)的恐慌 。
圖3 汶川地震S波傳播示意圖
2.地震預(yù)警系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)
地震預(yù)警系統(tǒng)為實(shí)時(shí)、全自動(dòng)、高時(shí)效，且24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行處理的技術(shù)系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)和減災(zāi)效果的發(fā)揮需要高密度的地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)、低時(shí)延的通信網(wǎng)絡(luò)、高可靠的自動(dòng)化處理系統(tǒng)、多渠道的緊急信息發(fā)布系統(tǒng)和有效的緊急避險(xiǎn)及緊急處置措施 。其系統(tǒng)組成如圖4所示 。
圖4 地震預(yù)警系統(tǒng)組成
3.地震預(yù)警的技術(shù)難點(diǎn)
地震預(yù)警的核心技術(shù)是利用最接近震源處的少量臺(tái)站的地震初期震動(dòng)信息快速判定地震并測(cè)定地震參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)尚未傳播開(kāi)來(lái)的地震動(dòng)大小、烈度分布、影響范圍和影響程度 。其技術(shù)環(huán)節(jié)包括從地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的噪聲和干擾中準(zhǔn)確判別地震信號(hào)，實(shí)時(shí)估計(jì)地震發(fā)生的位置和大小，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)地震波的傳播和地震烈度場(chǎng)的分布，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)可能的災(zāi)害 。其理論和技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在：
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