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1、防灾科技学院实 习 报 告 书专 业 地球物理学 系 别 地震科学系 报告题目 对地震观测各种方法的初识 报 告 人 杨超群 班 级 0850111 指导教师 武巴特尔、熊仲华、李静 带队教师 武巴特尔 实习时间 2009.6.29-7.3 实习单位 校园、北京、天津周边地区 教 务 处 监 制实习目的：地球物理学专业（地震监测预测方向）认识实习是我在学习地球物理学专业（地震监测预测方向）课程前进行的一项认知实习。通过实习我要对地震台站地震观测（测震、电磁、形变、流体）的各种方法原理和工作方法有初步了解，并对地震观测（测震、电磁、形变、流体）使用的各种仪器有初步了解。同时了解一定的地质知识。树
2、立初步的专业思想，为今后学习地球物理学专业（地震监测预测方向）课程打下基础。实习任务：（1）了解地震台站测震观测使用的仪器设备及工作方法和步骤。（2）了解地震台站地电、地磁观测使用的仪器设备及工作方法和步骤。（3）了解地震台站重力、地形变观测使用的仪器设备及工作方法和步骤。（4）了解地震台站地下流体观测使用的仪器设备及工作方法和步骤。（5）了解地震台网数据处理、分析、地震速报等工作。（6）了解一定的地质学知识。（7）了解一定的地震应急知识。实习体会：6 月 29 日上午在地震科学实验中心指挥大厅学习了实习所使用的地震监测（测震、电磁、形变、流体）仪器设备及基本工作方法。下午在地震科学系实验中心
3、进行测震、电磁、形变、流体认识实习。6 月 30 日上午在天津蓟县地震台进行测震、地形变、重力观测认识实习。下午在天津宝坻地震台进行地电、流体观测认识实习。7 月 1 日上午在北京白家疃国家地震基准台进行测震、地磁、形变认识实习。下午在北京海淀公共安全馆进行地震应急方面的认识实习。7 月 2 日上午在中国地震台网中心进行地震台网数据处理、分析、地震速报认识实习。下午在国土资源部地质博物馆进行地质认识实习。通过一周的专业认知实习，我对地震台站地震观测（测震、电磁、形变、流体）的各种方法原理和工作方法有初步了解，接下来我就想在这个方面说说自己的一些体会先说说地震的的直接观测。这种测系统的核心部件是
4、地震计及数据采集器。地震计的核心部分是摆，它的原理是当地震发生时，远处的地震波传到这个仪器上，这个摆杆就会随之摆动，切割线圈中的磁感线产生感应电流，传到电脑上经过专业软件处理就会形成波形图。在地震发生时，地震计提取地脉动信号，数据采集器将地脉信号变成数字信号，传输机将数字信号传输至接收中心，通过调制解调器还原地脉动信号，最后输入计算机，进行综合分析和处理，从而达到对地震活动情况进行速报的目的。地震计需安放在基岩上(如左下图)，一般都放在山洞的摆房里，这样可使它受的干扰尽量的减小，以得到更加准确的数据。在测震观测环境范围内设置无线信号发射装置，进行振动作业和往复机械运动往往都会影响数据的采集，正
5、因为如此，原先安放在天津宝坻地震台的地震计不得不被重新安放到天津蓟县地震台。宝坻地震台离县城较近，振动作业频繁，蓟县地震台则位于山脚下，离县城较远，是安放地震计的理想环境。同时，在参观北京国家地球观象台的地震监测山洞时，也看到了许多摆房当中安放有地震计。在地震计旁边我们会发现有标定计。当仪器使用一定时间之后，它的数据往往会发生误差，这时就需要标定计来进行标定，以使其数据更加准确，可以通过人工进行标定，系统也会定时自动标定。对于数据集器的安放环境通常没有什么特殊的要求，在参观各台站时，那些数据采集器都放在普通的房子里。早期的测震观测系统数据采集部分是通过滚筒等纸介质等方式完成的，在天津蓟县地震台
6、这种记录仪仍在运行。现在绝大多数台站都是用数字化装备了，也就是我前面所说的数据采集器。接下来说说地震的前兆监测，前兆监测分为形变监测,电磁监测和流体监测。形变监测仪器包括水管仪、伸缩仪、重力仪、摆式倾斜仪、钻孔应变仪和GPS 等。水管仪和伸缩仪的精度非常高，对环境有很高的要求。在实验室我们看到了实物，而在参观北京国家观象台形变监测山洞（下图并非此山洞拍摄）时，我们只知道我们的脚下埋着两根玻璃管，里边是蒸馏水，玻璃管的两端连着信息接受器，这就是水管仪。水管仪利用的是连通器的原理，能够监测地壳倾斜量的变化，通过测算，就可以提取地壳运动异常的信息，进行预报。如当地震发生时，地壳运动，玻璃水管就会发生
7、倾斜，会产生一个落差，通过水管仪就有可能得到地震预报的信息。伸缩仪利用的是物理上放大的思想，能够将地壳的微小变化放大，进而转化成数字信号，被数据采集器采集传输到电脑上进行处理。重力仪是测定重力加速度的仪器，当地壳发生运动变化时，对应的某些地点的重力加速就会发生变化，通过测量多个点的重力加速度的变化就能够知道地壳运动的趋势，进而为地震的监测预报提供依据。摆式倾斜仪开展的地倾斜的测量。实习中，我们参观了天津蓟县地震台的 GPS 观测点。GPS 观测是预测地震的一个重要手段，起步晚，发展快。但是，GPS 数据处理的唯一性尚待规范，GPS 资料解释所需的反演理论与方法有待发展与完善。因此，GPS 观测
8、很难作为临震预测的依据，大多用于背景性的的判断，一定要与重力、卫星重力、测震等观测手段结合互补，才有利于进行地表与深部相结合的地壳运动与动力学研究。一个以预测、预报为主的国家重大科学工程中国地壳运动观测网络，自 1997 年启动以来，大规模应用 GPS 监测，这个本来被寄予厚望的观测手段却在汶川地震后遭遇尴尬，一些科学家表示，没有想到地震会在 GPS 观测位移量较低的龙门山地区发生。而钻孔应变仪则是理想的揭示短期连续形变的仪器，主要用于对地震和火山喷发之时和之前现象的观测。因此，钻孔应变观测可以在数秒直到数月的时段范围里弥补测震和 GPS 的不足。在我国地震短临预报实践中，钻孔应变仪取得了不错
9、的成绩。地电测量是指利用仪器对自然电位随时间变化所作的观测。地下存在天然的弱电流，地壳两点间有电位差，称为自然电位，在地震发生前常有自然电位差突然升降的异常现象。因此地电测量是地震预测的手段之一。但地电场变化的原因相当复杂，需要进行科学的综合分析。比如说宝坻地震台的地电观测，它采用的是对 称四级装置，与电源相连的两级埋距 为 1000 米，中间两级埋距为 200 米， 由于电级都埋在农用田的下面，每到 农忙季节，通过电势差算得的电阻率 就有较大的变化，但这却不是由地震 异常引起的，同样在多雨的季节也会产生这样的现象。因此要科学分析，排除外界因素干扰才能获得准确的信息。地磁测量是指对地磁要素及其
10、随时间和空间的变化的测量。当地球有异常运动时，整个地磁场也会发生变化。通过对这种变化信息的综合分析处理就能得出地球的异常运动信息。随着科技的发展，地磁测量的手段也越来越丰富了，有陆地磁测、海洋磁测、航空磁测和卫星磁测。这次实习中见到的都是陆地测量，陆地测量指利用磁力仪在地面上进行地磁测量。一般使用磁偏角仪测量地磁偏角，使用石英丝水平强度磁力仪测量地磁水平强度，使用质子旋进磁力仪测量地磁总强度。在所有的地磁测量中，陆地磁测资料的精度最高。地磁测量根据目的和所要求的精度不同分为相对观测和绝对观测。在北京国家观象台，我们就参观了地磁相对观测室和绝对观测室，观测室的主体结构是由木结构搭建的，这是地磁测
11、量对环境要求的体现。至于海洋磁测则利用船只携带仪器在海洋进行的地磁测量。主要有 3 种形式 ：在无磁性船上安装地磁仪器；用普通船只拖曳磁力仪在海洋上测量；把海底磁力仪沉入海底进行测量。航空磁测则用飞机携带磁力仪在空中进行的地磁测量 ，它比陆地磁测和海洋磁测速度快，费用省。尽管航空磁测的精度低于地面磁测的精度，但它可以在交通不便或不可能进行地面磁测的地区作地磁测量。卫星磁测则把磁力仪放在人造卫星上进行的地磁测量 。卫星磁 测技术发展迅速，今已使用记忆装置，能获得整个 卫星轨道上的地磁场数据。根据卫星磁测资料，可以 建立全球地磁场模型，研究地磁场的空间结构。地下流体指地壳中可流动物质，一般指地下的
12、水、气、油等。它们是地壳物质的重要组成部分，广泛存在于地壳的不同深度上。它们具有可流动性，在压力、温度、浓度等梯度作用下可运动。它们具有十分活跃的物理化学性质，与地壳的固体介质发生相互作用。因此，它们在地壳运动及地震过程中有独特的作用，同时对构造活动与地震过程具有灵敏的信息响应。地震的孕育与发生，既是一个地壳动力学过程，也是一个地球的物质、能量与信息的迁移与交换的过程。为此，地震的过程也必然引起地下流体的物理化学动态的变化。地壳岩石受力而膨账或压缩，或者地壳内部流体的迁移，会引起地下水位的升降变化，同时也造成地下流体内多种化学组分含量的变化；岩石变形及地下流体的迁移，由于热效应与地热的再分配，
13、亦造成水温等地热因子的改变。因此，可依据地下流体的物理化学动态特征，对未来地震的发生作出预测。地下流体观测中的一个重要测项就是水位观测。水位，是井孔水位的简称，一般指井孔中地下水面的位置。水位观测分为静水位观测和动水位观测两种。静水位观测是在非自流井上进行，水位值指自井口固定的基准面向下至井筒内地下水面间的垂直距离。动水位观测是在自流井上有一定泄流的条件下进行，其水位值指自泄流口中心点（基准） 。向上到井筒内地下水面间的垂直距离。静水位和动水位的规定单位为 m，一般取小数点以下 3 位数。井水位的变化，一般是含水层内水量的增减引起的，但是当规模较大的承压含水层受到的地壳应力状态发生变化时，由于
14、含水层的变形及其引起的空隙率与孔隙压力的变化，也可引起井水位的升降变化。除此之外，含水层内地下水的组成（主要指含气量）与温度等发生较大改变时，也可引起井水位的变化。地震孕育与发生过程，有可能引起上述三种不同成因的井水位变化，特别是第二种变化。因此，通过井水位随时间变化过程的观测，可以捕捉到与地震活动有关的前兆异常信息。这次实习中，各台站均有水位观测，都是利用数字化水位仪进行连续自记观测，产出观测数，利用计算机绘出各种动态曲线。另一个重要测项是水温观测。含水层埋藏于地壳的不同深度上，其中的岩石与水一般处于平衡状态，其温度值基本相同，常常利用井中水的温度来代表相关含水层的热温度。因此，习惯上把水温
15、与地热等同起来。地热是热体。热的来源较为复杂，但主要来自地幔和地壳中岩石的放射性衰变放热。这些热在地壳中以辐射、传导与对流的方式传递，经过漫长的地质历史，地壳中形成了稳定的热场。地壳中热的含量随深度的加大而增大，表示地壳各部位热的程度的单位是温度，一般用摄氏度（）表示。地热与水温是两个不完全相同的物理概念，特别是当含水层中地下水运动时，地温与水温可相差较大。在我国地震前兆观测中，绝大多数地热观测，实际上指井水温度观测。随着高精度石英温度计的研制成功，井水温度的微动态观测结果表明，在一些强震前井水温度有较好的前兆异常。前面两个是流体物理性质观测，初此之外还有水化学观测，在天津宝坻地震台就有水氡和水贡的观测。氡（222Rn）是镭(226Ra)衰变的产物,是一种易溶于水的放射性气体,其半衰期为 3.825 天。水氡动态观测指测量地下水中氡浓度随时间的变化。水氡观测环节包括取样、脱气及测试。常用测试仪器为 FD-105K 型、FD-125 型测氡仪。听地震台的实验人员介绍说现在这个地方的氡含量不稳定，没有太大实验价值，因为采集的水样已经受了很大的人为影响，而不能反映地震前兆异常信息。水汞观测是测定地下水中的汞含量。在地壳深部，处于游离状态的汞对温度、压力的变化很敏感。在温度、压力梯度下，游离汞沿着断裂破碎带、断层面和开启的岩石孔隙、裂
