一种大地震断裂区域前兆数据的采集和分析方法

摘要

本发明针对密集布设台网监测地震前兆信号的临震预测方法而公开了一种大地震断裂区域前兆数据的采集和分析方法。所述方法为在地震断裂带，以约10公里为间距密集布设地震前兆的监测点，包括磁辐射异常、地应力、地声、地温和声发射监测；一个断裂带区域设定一个数据中心，对每个前兆参量进行实时的异常确认，如有异常则触发异常监控、异常评估以及多个前兆参量的综合评估，并根据本次异常现象以及历史异常情况进行未来地震的预测。所述异常监控包括记录异常起始时间、绝对异常值、计算异常聚集的等效能量；所述异常评估包括显著异常区域锁定、单位异常面积等效能量、单位异常时间等效能量；所述多参量评估包括确定异常波及区域和断裂区域锁定。

说明书

【技术领域】

本发明涉及地震监测中断裂区域前兆数据采集和分析方法。

【背景技术】

截止2008年，我国完成了国家数字地震台网、区域数字地震台网、火 山数字地震台网和流动数字地震台网组成的新一代中国数字地震观测系 统。国家数字地震台网是一个覆盖全国的地震监测台网，台站布局采用均 匀分布的原则，由152个超宽频带和甚宽频带地震台站、2个小孔径地震 台阵、1个国家地震台网中心和1个国家地震台网数据备份中心组成。青 藏高原部分地区外，全国大部分地区国家数字测震台站间距达到250公里 左右，测震台站密度达每万公里1.2个。大地震孕震过程在震中区域(约 10公里半径)一定有明显的前兆信息，由于地表土壤结构不同，导致大地 震震中区域的人们感觉到的现象不同。如果在断裂带密集布设监测台网， 将有可能发现大地震的孕震过程。

本发明针对密集布设台网监测地震前兆信号的临震预测方法而提出一 种大地震断裂区域前兆数据的采集和分析方法。

【发明内容】

本发明的目的是提出一种解决在密集布设台网监测地震前兆信号中数 据采集和分析方法。

为实现上述目的，本发明提出一种大地震断裂区域前兆数据的采集和 分析方法。所述数据采集方法为在地震带或者地震频发区域密集布设地震 前兆监测点，前兆信息包括磁辐射异常、地应力、地声、地温和声发射5 种信号，均来自深井中；

所述监测点以约10公里为间距，对该区域的前兆信息实时进行监测；

地震断裂带为监测区域，该区域的所有监测点设定一个数据处理和分 析中心；

所述数据分析方法为数据中心根据每个前兆信号的原始数据进行实 时的异常确认，所谓异常确认即将实时前兆数据与背景值进行比值计算， 判断是否大于预设的门限值，如果大于则触发异常，否则就作为修正背景 值的输入，并不被记录；一旦触发异常，则开始对异常的监控、评估以及 多参量的综合评估，并根据当次异常情况和历史异常情况进行地震预测。

所述异常监控即记录异常的起始时间，实时记录每个原始异常数据， 计算异常聚集的等效能量；

所述异常聚集的等效能量即异常的原始绝对值减去背景值，然后将结 果与异常持续时间的积分而得到，该值用于异常评估以及后续的地震预测；

所述异常评估包括锁定显著异常区域，计算该区域的单位异常面积等 效能量和单位异常时间等效能量；

所述多参量评估包括根据5路前兆信号的显著异常区域确定异常波及 区域、显著异常重叠区域(断裂区域)，以及区域内的单位异常面积等效能 量和、单位异常时间等效能量和。

本发明的有益效果是：本发明针对密集布设台网监测地震前兆信号可 实现地震预测的设想而提出的一种大地震断裂区域前兆数据的采集和分析 方法，该方法集成了多种前兆信号的实时异常确认和处理，以大量的异常 数据为依据进行区域的锁定，以及区域内聚集的等效能量的评估，同时还 通过多种前兆参量的异常情况进行综合分析，为地震预测提供了一种新颖 的数据采集和分析方法。

【附图说明】

图1为一种大地震断裂区域前兆数据的采集方法的具体实施例；

图2为一种大地震断裂区域前兆数据的分析方法的具体实施例；

图3为一种单个前兆参量的异常变化的具体实施例；

图4为一种多参量异常区域综合分析的具体实施例；

【具体实施方式】

本申请的特征及优点将通过实施例，结合附图进行说明。

我国是一个多地震国家。VII度以上的高烈度区覆盖1/2的国土，包 括23个省会城市和2/3的百万以上人口大城市；我国目前有6.5亿农村人 口居住在VI度以上地震危险区。20世纪以来我国地震死亡人数约占全球 地震死亡人数的2/5，20世纪后半叶以来我国地震死亡人数约占同期我国 所有自然灾害死亡人数的1/2。

在地震监测方面，我国“数字地震观测网络”工程，有40台分量钻孔 应变仪、60多台钻孔体应变仪。在5.12汶川地震中，全国100多台钻孔 应变仪中只有离汶川震中最近的姑咱台记录到了明显的应变前兆异常，表 明大地震应变前兆确实有近距性或定域性——明显的强震前兆异常只发生 在震中及其附近地区，稍远处的仪器就记录不到应变异常；反之，只要在 强震震源或临近地区布设有观测仪器，就能观测到强震孕育的应变变化过 程。因此我们认为，地震能否临震监测的根本问题，在于目前没有行之有 效的能够密集布设监测点的技术手段。我们可以将天气预报与地震预报进 行简单比较。历史上天气预报和今天地震预报一样，中长期有一定的可靠 度，他们都是根据历史演变的经验数据进行预测，没有办法进行准确的临 时预报。今天，借助气象卫星可以实时观测云图的变化，临时预报变得更 加准确和容易。

本发明针对密集布设台网监测地震前兆信号的临震预测方法而提出一 种大地震断裂区域前兆数据的采集和分析方法。如图1所示，所述数据采 集方法为在地震带或者地震频发区域密集布设地震前兆的监测点，以约10 公里为间距。所述监测点放在深井中，由地上和地下系统组成，地上和地 下部分通过传输屏蔽电缆进行数据传输，井深为地面与基岩之间的距离， 其中地下系统放置在基岩下约3米的范围内。

地震是在地壳或岩石圈块体内由于应力积累到一定程度时突然释放的 产物。地震发生前，震源区的岩石在强大的地应力作用下不断发生微破裂。 在岩石微破裂过程中破裂面附近岩石的分子、原子之间就会产生强大的电 磁波脉冲，以压电效应、电子热发射为主，电磁脉冲沿着破裂面的主要方 向向外辐射。导致电磁辐射异常和地温异常，同时在岩石破裂时伴随着地 声和声发射。所以本发明的监测点监测的前兆信号包括电磁辐射异常、地 应力、地声、地温和声发射共5种，5种传感器和信号采集电路构成监测 点的地下部分，放在深井中，与基岩接触。所述监测点具有体积小、成本 低的特点，可以密集布设，并完成电磁辐射、地应力、地声、地温和声发 射的前兆信息捕捉，为地震预测以及研究地震发生机理可提供大量的数据 参考。

所述地上部分为通信部分，采用无线传输方式与区域的数据中心通信。

所述区域为一个地震断裂带，该区域的所有监测点设定一个数据处理 和分析中心。

所述数据中心在接收到区域内各个监测点的数据后，对该数据进行异 常确认，将实时前兆数据与背景值进行比值计算，判断是否大于预设的门 限值，如果大于则触发异常，否则就作为修正背景值的输入，并不被记录； 一旦触发异常，则开始对异常的监控、评估以及多参量的综合评估，并根 据当次异常情况和历史异常情况进行地震预测，具体流程如图2所示。

所述背景值为一段时间内前兆信号的平均值，如下面的公式所示，时 间的长短可调，从而对背景值进行修正。实测的前兆信号在距离背景值的 特定的动态范围内，则表示该信号为正常信号，这些实测的信号将不被保 存，在完成背景值的修正后就可以删除。

$\mathrm{Average}=\frac{\underset{0}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{Value}}_i}{N}$

当某个或某几个前兆信号出现异常的时候，则先对单个前兆参量的异 常进行异常监控，所述异常监控即记录异常的起始时间，并将之后的异常 数据进行记录，如图3所示。图3中得阴影部分为异常能量的积累，通过 该部分的阴影面积的计算可得到异常所聚集的等效能量，计算公式如下所 示：

E＝∫(Value_i-Average)dt

所述异常评估包括锁定显著异常区域，在该区域内异常所积聚的能量 相对较大，可计算该区域的单位异常面积等效能量和单位时间等效能量等 参数。

当多个前兆信号均出现异常时，则可以对前兆信号进行综合分析，即 多参量评估。如图4所示，5个前兆信号的显著异常区域的交集则判断为 地震的断裂区域，而合集则为异常的波及区域，断裂区域聚集的等效能量 以及异常的范围可作为地震预测的依据。

以上内容是结合实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或 替换，都应当视为属于本发明的保护范围。