集成微系统科学工程与应用重点实验室
The Key Laboratory of Integrated Microsystems

多分量地震监测预测系统AETA项目介绍

时间:2019-07-03

我国是地震多发的国家,断裂带分布广泛。地震,尤其是大地震,一旦在人们毫无察觉的情况下发生在人口密集区,将对人们的生命财产造成难以估量的损失。地震预测仍然是未解的世界难题,其根本的原因在于没有找到一种确切的前兆信号,尤其是临震的前兆变化。

我们认为地震发生前,必然引起地球物理场的显著变化,其中电磁场的波动是重要的信号。基于此,我们研制了多分量地震监测预测系统AETA,该系统支持电磁扰动和地声信号的观测,具有易安装、抗干扰的特性,是工业级的批量产品,满足高稳定性、可靠性和一致性的观测需求。

多分量地震监测预测系统AETA由地声传感探头、电磁传感探头、地面处理终端,及云平台数据存储和分析系统组成,如图1所示。AETA系统感知来自地下的电磁扰动、地声信号,实时监测其变化,采集的数据通过有线或无线网络将数据传输到云平台,通过互联网实时访问云平台的监测数据。

图1 多分量地震监测预测系统AETA

该系统传感探头性能如下所述:

(一)、电磁传感探头性能:

  • 频率范围: 0.1 Hz to 10 kHz;
  • 动态范围: 0.1nT~1000nT;
  • 灵敏度: >20mV/nT@0.1Hz~10kHz;
  • 数据分辨率: 18bits.
  • 尺寸: 直径90mm,高度850mm, 线缆长度

(二)、地声传感探头性能

  • 频率范围: 0.1 Hz to 10 kHz;
  • 电压分辨率: 19.073uV;
  • 一致性: <±5%(0.47dB);
  • 数据分辨率: 18bits.
  • 尺寸: 直径265mm, 高度68mm, 线缆长度

图2 (左)电磁传感探头;(右)地声传感探头。

经过与中国地震局监测预报司及相关省局协商,选取了地震频发的川滇地区和曾发生过唐山大地震的首都圈作为观测区域,布设了181个AETA台站,川滇地区152个,首都圈29个。同时在这两个区域周边,还布设了40个台站,观测目标区域的远场范围内电磁扰动信号的变化,具体包括西藏、青海、甘肃、广东、台湾等。

图3 AETA系统全国台站分布图

AETA系统的研制和量产,得到多家单位的全方位支持,如图4所示。尤其是深创谷SVV技术服务公司为保证AETA的工业实现和品质给予极大的帮助。

图4 AETA项目合作单位

在AETA系统的布设过程中,我们获得了四川、云南、河北、西藏、广东、深圳等各省市地震局以及100多个地市县防震减灾局的支持。在现场安装过程中,台站的工作人员也给予了大量帮助。如图5所示。

图5:AETA系统布设

在2017年8月8日九寨沟7.0地震发生之后,在四川省地震局的协助下,我们在震后第三天到达了震中区域并对在震中周边的县以及九寨沟县县内开展了流动观测,如图6所示。

图6 2017年8月8日九寨沟7.0级地震后第三天到达震中开展流动观测

AETA系统现场实验得到中国地震局和相关省地震局及市县防震减灾局的支持。经过近3年的布设和观测实验,实验表明AETA系统性能稳定、环境适应性高、易于布设、抗工作和生活干扰强。

AETA台站累积观测时间近3年,积累了丰富的观测数据。观测发现在全国范围内电磁扰动的信号呈现出日周期的变化形态,在日周期信号中还有一种特殊的信号,其幅值变化具有日升阶跃变成低值并小幅波动,持续到日落时则阶跃变成高值并小幅波动,然后持续至日升的特性。该波形我们称之为SRSS波(Sunrise & Sunset),即日升日落同步变化的波形。

分析2017年四川地区3级以上地震得出,在震中距100公里内有AETA台站覆盖的地震事件中,均出现了显著SRSS波,且部分有震前变异。在2017年8月8日九寨沟7.0级地震前后,其周边100公里内的2个台站出现了显著的SRSS波且震前有明显变异,周边200公里内共4个台站出现显著SRSS波,且这4个台站的波形变化具有局部互相关性。

地声信号在震前和震时常常出现连续的脉冲信号,且在局部区域多个AETA台站的地声异常常常具有时间上的同步性,该信号与周边的地震具有较强的相关性。如2017年8月8日九寨沟地震7.0级地震前后,其周边的九寨沟防震减灾局台、青川防震减灾局台,以及较远的峨眉山防震减灾局台均出现明显的震前地声异常波动情况。

观测发现了电磁扰动的SRSS波、地声的异常波动与地震(尤其是强震)之间具有强相关性和临震特性。基于该发现,我们于2018年先后向四川省地震局填报了两次4级以上地震预报,结果符合预期。

我们认为,如果AETA台站覆盖密度能够间距30~50公里,即一个县5~10台,我们相信完全有可能给出更准确的预测。

图7 2018年6月27日第一次地震预报卡

表1 第一次地震预报情况说明

名称 震级(Ms) 时间(天) 地域(半径)(公里)
预测值 6.0 2018-6-27~

2018-7-6

震中:32.65,104.15

纬度范围:32~33.3~

经度范围:103~105.3

地震事件 4.0 2018-6-29 震中:32.17,104.57
预测误差 2 0 预测范围内

震中距66km

图8 2018年10月22日第二次地震预报卡

表2 第二次地震预报情况说明

名称 震级(Ms) 时间(天) 地域(半径)(公里)
预测值 4.5~

5.5

2018-10-21~

2018-10-31

震中:29.32,104.05

半径:90km

地震事件 3.0 2018-10-23 震中:29.4,104.46
5.1 2018-10-31 震中:27.7,102.08
预测误差 2 0 预测范围内

震中距40km

0 0 偏差:174km

震中距:264km

表3 地震三要素预报精度

等级标准 震级(Ms) 时间(天) 地域(半径)(公里)
中国地震局 一级 ≥7.0 ≤90 ≤200
二级 6.0—6.9 ≤60 ≤150
三级 5.0—5.9 ≤30 ≤100
余震 ≥5.0 ≤5 ≤50
北京大学地震监测预测技术研究中心 强震 ≥5.0,±0.5 ≤15 ≤50

 

强震是破坏性地震,造成极大的生命财产损失,强震临震预报是有益的预报!

基于AETA数据的经验临震预报→基于AETA数据的临震模型预报是我们努力的方向!