GPS地壳形变在地震预警中的应用探究

【摘要】地震是一种高强度自然灾害，发生之后会使人们的生命财产遭受重大损失。因此人们在长期以来一直在探索解决这个问题的办法，因而出现针对预防地震的预测活动。地震预测已经持续很长的时间，但是至今仍然无法寻找到有效的预测方式。本文分析了GPS地壳形变监测对地震预警的意义，进行了GPS地壳形变监测对预警数据的分析预测的初探研讨。

【关键词】GPS地壳形变；地震预警；预测；应用；探索

前言

地震的产生与地壳之间的联系十分紧密，正因如此，对于地震活动的监测需要是从地壳运用的监测入手。近几年来，GPS技术高速发展，逐渐被运用在地壳运动的监测之中，使得地壳形变的监测方式发生重大改变，也让监测的效果有了很大的提升。在地震发生之前，会有一些预兆性的指标发生变化，基于这些变化，就可以对地震相应的进行相应的预测。

一、GPS地壳形变监测对地震预警的意义

1.1GPS在地质形变监测中应用的优势

地震预警也就是地震预测。地壳形变的监测在没有GPS介入之前，主要的监测手段都是地震学、地质学等学科理论知识[1]。

在地质学方面，它对地形改变的衡量单位是以百万年计的。而从地震学角度进行研究，这个时间衡量尺度则是以秒为单位[2]。将两者进行对比不难发现，两者在时间衡量尺度上差距过大，这种时间的巨大差距使得它们在被综合运用于地震预测的时候出现监测的时间断层，这就造成地壳形变监测在应用与地震预测的过程中出现了难以起到应有效果的情况，但是GPS则可以突破这个限制，进行全天候的不间断监测，而且在时间衡量尺度上表现得十分灵活，可以从、年、月、日等时间单位进行尺度确定。

1.2GPS地壳形变信息获取方式

在运用GPS获取地壳形变的信息中，其分类方式都是在几种标准的基础上的时间序列进行的，大致可以分为以下几个类别：

1.2.1全球参考框架

GPS对观测对象实施观测的时候，观测的坐标可以从三个方面进行确认，主要为E、N、H，分别是指东、北、垂直三个方向，由于所有的观测站的观测坐标都是针对已经确定的事物，因而可以利用其相通性，将所有的坐标都统一纳入到同一个坐标系之中。这个统一集合的坐标系被称为参考框架，这样的做法就是对不同时间段内观测的坐标的位置信息之间可以进行相互对比[4]。

1.2.2区域基准

区域自身在运动的过程中会产生大量状态信息，要实现对这些信息的确认，就要对将区域在与全球运动进行参照的刚性运动采取去除的方式。这是因为，在去除刚性运动之后，整体的运动信息就可以实现对区域相对运状况的反映。在这种情形下，GPS观测到的坐标是相对于这个基准点[5]。

1.2.3观测的基线长度

对于GPS的观测基线长度而言，它的数值是固定的，不受其他外来因素的影响，它描述的内容是关于两个站点之间互为运动对象的运动状况。其实，以不同的投影为基准，就可以相应的得出基线的变化信息[6]。

1.3GPS地壳形变对地震预测的影响

1.3.1为地震的可测性提供理论支持

现代的地震预测活动已经开始了几十年，但是在实践过程中，没有任何一例成功案例。事实上，关于地震是否可以预测的争论已经持续了很久，有的观点认为地壳运动属于SOC系统，具有不可测性，反对观点认为地壳运动具有可测性，不在SOC系统范围之内[7]。有关专家在进行地震预测的研究中对于地壳运动的归属进行了系统的研究，认为地壳运动的SOC状态并不是全面覆盖的，其中的一部分状况仍然在可预测的范围内。

1.3.2为地震预测提供信息数据

通过对地震资料的分析可知，地震状态较为激烈的区域也是地壳运动各项指数急剧变化的区域，强震的震中一般是应变场剪应变率数值较高的地区，也可能是其较近的区域。

根据上述情况建立起描述地壳运动的速度场、位移场等，可以促进地震预测的研究，GPS地壳运动的监测可以为此供应数据。

二、GPS地壳形变监测对预兆数据的分析预警初探

2.1预兆信息概况

地震发生的前兆信息一般是在地震发生之前，对于一些具有典型预兆性的信息的记录。一般情况下包括：形变基础数据、地磁数据以及地下水动态数据等。

可以运用时间顺序法对这些数据进行研究分析，这种方法是将智能化思想运用到地震预测当中。主要实现步骤是从大量的预兆信息中进行筛选，获得有利信息，然后运用模板与之进行参照，运用定量描述的方式，来体现出地震预兆在时间序列上的变化。

2.2时间序列法的机理

设定时间序列X（t）。将初始时刻设为to，最终时刻tn，运用△T将时间段平均分割成若干等分，然后将预兆指标的时刻对应值进行记录，分别记为Z1、Z2……Zn。通过这样的设定就可以得到时间序列Z（t）。

2.3预警模型

需要对预兆的时段T1进行确定，延迟时段T2，预测时段记为T3，地震震级波动范围为Mp。可以设定地震在一定的时间段内发生的次数记为N次，记为Mn，其中的n为非零正整数，在预兆时间段内，一共可能发生r次地震，则可以确定发生的第K次地震的向量为MXk=（Xk+1，Xk+2，……，Xk+r）。这样模型就确立起来。模型建立之后就可以针对各种地震预兆信息进行搜集，然后运用所得的模型表达式对其进行计算，然后就可以实现对地震的预测。当然，模型的种类并不是仅有这一种，可以根据实际情况进行考量。另外，由于世界范围尚未有以此成功的地震预测案例，所以已经将这个预测过程视为一种尝试。事实证明，任何一门高深的科学的体系养成都不是一蹴而就，需要在人们的不懈努力下不断积累成果和经验，确保整个地震预测工作终有一天能够成为可以利用的一个手段，为人类造福。

总结

随着科技的发展，GPS技术得到了广泛的应用。地震的危害性极大，因此人们长期以来都致力于其预防工作之中，投入了大量的时间和精力在地震的预测之中。GPS在被运用在地质形变的监测之中，起到了意想不到的效果，使得与地壳形变紧密相关的地震的预测有了新的实现手段。本文分析了GPS地壳形变监测对地震预警的意义，进行了GPS地壳形变监测对预兆数据的分析预测的初探研讨。

参考文献：

[1]方荣新，施闯，辜声峰.基于PPP动态定位技术的同震地表形变分析[J].武汉大学学报（信息科学版）.2009（11）：45.

[2]方荣新，施闯，魏娜，赵齐乐.GPS数据质量控制中实时周跳探测研究[J].武汉大学学报（信息科学版）.2009（09）：112-113.

[3]许才军，刘洋，温扬茂.利用GPS资料反演汶川Mw7.9级地震滑动分布[J].测绘学报.2009（03）：115.

[4]杜凯夫，罗三明，顾焕杰，申星. 雷达遥感在地质灾害研究中的可应用性.房地产导刊.2014，27.

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