地溫監(jiān)測提前預(yù)報(bào)地震，淺層地溫能層地溫能監(jiān)測，鐵路凍土地溫監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：本文通過對地震產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，指出地球內(nèi)部的膨脹是產(chǎn)生地震的直接原因，地震前地下溫度的升高是預(yù)報(bào)地震的可靠信息，并給出監(jiān)測地下溫度的簡單實(shí)用方法，利用該方法可以做到象預(yù)報(bào)天氣一樣預(yù)報(bào)地震。

對于地震尤其是破壞性大的強(qiáng)烈地震的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，一直是人們渴望的，而時(shí)刻監(jiān)測地下的溫度變化，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)人們的這一愿望。不論是衛(wèi)星熱紅外遙感探測的結(jié)果，還是穴居地下的動(dòng)物的異常表現(xiàn)，都能表明地震前地下溫度會(huì)升高。

大地震的發(fā)生，實(shí)際上是地殼的局部破裂產(chǎn)生的。而地殼的局部破裂的孕育過程即是造成地下溫度升高的原因。具體分析如下：

1、建立地球的壓力容器模型

我們知道地球是由地殼、地幔和地核三部分組成。地球的直徑是12756千米，地核在地球的心部，它的直徑是6946千米，地殼的平均厚度只有35千米，在地殼和地核之間是高溫高壓的地幔物質(zhì)。從整體上看，地球就像是一個(gè)大壓力容器，地殼就是這個(gè)壓力容器的器壁，而高溫高壓的地幔物質(zhì)就是盛裝在這個(gè)壓力容器內(nèi)的液體介質(zhì)。地殼的厚度不到地球直徑的千分之三，可想而知我們地球這個(gè)壓力容器的壁厚是多么的薄，如果將地球按比例縮小到直徑為一米的球體，那么地殼的厚度只有2.7毫米，這是個(gè)典型的薄壁壓力容器。

2、地殼破裂的孕育過程及地下溫度升高分析

我們知道一個(gè)裝滿氣體的壓力容器，如果里面的氣體的壓力超過壓力容器所能承受的壓力時(shí)，壓力容器就會(huì)發(fā)生爆炸;而一個(gè)裝滿液體的壓力容器，如果里面的液體的壓力超過壓力容器所能承受的壓力時(shí)，它不會(huì)象氣體那樣發(fā)生爆炸，而是在壓力容器的某個(gè)局部地方發(fā)生爆裂，這樣的爆裂雖然沒有氣體爆炸那樣劇烈，但也會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)。在地殼下的地幔物質(zhì)，由于某種原因使其溫度升高，體積膨脹，相應(yīng)的壓力就會(huì)升高，這膨脹產(chǎn)生的多余體積要找一個(gè)地方消化，在壓力的作用下，在地殼的內(nèi)側(cè)某個(gè)薄弱的地方就會(huì)被撕開一個(gè)裂紋，高溫高壓的地幔物質(zhì)迅速擠入裂紋，并使裂紋不斷向上和長度方向擴(kuò)展。地殼是由巖石構(gòu)成的，巖石是一種脆性材料，沒有延展性，當(dāng)裂紋向上擴(kuò)展到地殼厚度的三分之二處左右時(shí)，剩下的三分之一厚度的巖石抵擋不住下面地幔物質(zhì)的高壓作用，突然發(fā)生爆裂，地震就此產(chǎn)生，這就是為什么通常大地震的震源深度都在十千米左右的原因。

地殼破裂的孕育過程是比較慢的過程，通常需要十幾天甚至一兩個(gè)月，在這段時(shí)間里，地殼內(nèi)的裂紋不斷向上擴(kuò)展，高溫高壓的地幔物質(zhì)順著裂紋不斷向上擠壓，地幔的高溫有足夠的時(shí)間將熱量通過巖石向地面上傳遞，使這一地區(qū)的地下和地表的溫度比平時(shí)要高，這是地震前給我們發(fā)出的最可靠信息，也是我們最容易撲捉的信息。

3、地震前地下溫度升高的證據(jù)

衛(wèi)星熱紅外遙感探測和穴居地下的動(dòng)物的異常表現(xiàn)都是地震前地下溫度升高的證據(jù)。

3.1 通過衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)對地震發(fā)生地區(qū)的探測，證實(shí)了大地震發(fā)生前遙感熱紅外異常，地表溫度有升高現(xiàn)象。在《地球物理學(xué)進(jìn)展》雜志第23卷(2008年第四期，頁碼1273～1281)上，有一篇《遙感技術(shù)在地震研究中的應(yīng)用》文章，文中詳細(xì)介紹了地震前后，衛(wèi)星熱紅外遙感的情況，以下引用該文的部分內(nèi)容：

“80年代，前蘇聯(lián)A.A.Tronin等利用10000景NOAA圖像，對中亞地區(qū)的地震活躍地區(qū)進(jìn)行衛(wèi)星熱紅外遙感圖像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的地震活動(dòng)性與遙感紅外異常、斷裂構(gòu)造的活動(dòng)有關(guān)。異常溫度可達(dá)幾度的量級，異常的形態(tài)為線性條帶。他同時(shí)還指出，遙感紅外異常與地下水、溫室效應(yīng)等環(huán)境因素也存在一些聯(lián)系。

隨后，Tronin等在10多年內(nèi)展開了更深入的研究，對中國、日本和堪察加半島的熱紅外遙感研究結(jié)果表明：(1)異常通常在地震前6～24天出現(xiàn)，并持續(xù)到震后一個(gè)星期;(2)異常對M>4.7級地震敏感;(3)異常范圍超過100km長和10km寬;(4)異常溫度達(dá)到3～6℃;(5)溫度異常與斷層分布有關(guān);(6)地震井水增溫異常與地表溫度異?？雌饋硎窍嗨频??！?/span>

    地震來臨前地下往往會(huì)出現(xiàn)大面積的增溫異?，F(xiàn)象，用衛(wèi)星遙感熱紅外技術(shù)試圖能夠觀測到這種地球地表溫度變化的范圍和幅度，將日常值與地震來臨前的異常值進(jìn)行比對分析，從而實(shí)現(xiàn)對地震的預(yù)測預(yù)報(bào)。2004年，四川省地震局首先使用美國的兩顆衛(wèi)星嘗試通過“遙感熱紅外技術(shù)”預(yù)測地震?！叭缃瘢?/span>越來越多的研究學(xué)者正在深入研究地表及地層不同深度溫度的變化與地震的關(guān)系。

3.2 地震前穴居地下的動(dòng)物的異常表現(xiàn)可證實(shí)地下溫度增高，而溫度增高的熱量是來自地球的內(nèi)部，最典型的動(dòng)物異?，F(xiàn)象是，在寒冷的冬天，冬眠蛇出洞在雪地里凍僵、凍死。有雪的地面其溫度應(yīng)低于0℃，而蛇的洞穴離地面不會(huì)很深，洞穴內(nèi)的溫度也不會(huì)很高，一般在10℃以下，在這樣低的溫度下，冬眠的蛇處在僵硬的狀態(tài)，是不可能爬出洞外到雪地上的。促使蛇從洞穴里爬出來的原因只有一個(gè)，那就是洞穴內(nèi)的溫度升高，而使洞穴溫度增高的熱量只能來自地下深處。由此可見，地震前地下溫度增高是毫無疑問的。

4、監(jiān)測地下溫度的裝置和監(jiān)測方法

溫度監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)很簡單，包含：一條多點(diǎn)測溫線和一臺溫度采集器，二者用導(dǎo)線連起來即可，溫度采集器采用無線傳輸方式，便于集中監(jiān)控。監(jiān)測方法是：將多點(diǎn)測溫線埋入地下100-500米深處，用導(dǎo)線連接到地面上的溫度采集器上即可。其所以將探頭埋入地下100-500米深，是因?yàn)檫@里不會(huì)受地面的氣溫變化的影響，常年溫度基本不變，同時(shí)可以監(jiān)測到不同深度地層的溫度變化情況，溫度采集器可設(shè)置在地下100-500米處的年平均溫度高3℃左右發(fā)出警報(bào)。溫度監(jiān)測裝置的布置密度：在人口居住多的地方可每平方公里布置一條測溫線，在人口居住少的地方可每兩平方公里或每三平方公里布置一條測溫線。

5、監(jiān)測地下溫度變化預(yù)報(bào)地震的準(zhǔn)確性分析

我們知道地震預(yù)報(bào)有三個(gè)要素：時(shí)間、空間和強(qiáng)度。(1)時(shí)間的確定：根據(jù)衛(wèi)星熱紅外遙感分析的結(jié)果，異常通常在地震前6～24天出現(xiàn)，可能地下溫度探頭比這要早兩天就能發(fā)出地下溫度增高的警報(bào)，不過預(yù)報(bào)地震在20天范圍內(nèi)發(fā)生，在時(shí)間上應(yīng)是比較精確的，隨著人們的經(jīng)驗(yàn)的提高，這個(gè)范圍應(yīng)可縮短。(2)空間的確定：我們安裝溫度監(jiān)測裝置的密度可根據(jù)人口居住的疏密程度來確定。根據(jù)衛(wèi)星熱紅外遙感分析的結(jié)果，異常范圍超過100km長和10km寬，在這1000平方公里的范圍內(nèi)，安裝溫度監(jiān)測裝置密的地方有1000多個(gè)，稀的地方也有330多個(gè)，完全可以圈定將要發(fā)生地震的范圍，而且還可以根據(jù)這些溫度監(jiān)測裝置所監(jiān)測的溫度的高低不同，可以圈定地殼將要破裂的地方，即地震的震源所在地。(3)強(qiáng)度的確定：地震強(qiáng)度的大小與地下溫度升高的程度有關(guān)，地下溫度升的越高，表明地幔物質(zhì)上升的離地面越近，其震源越潛，地震強(qiáng)度越大。在監(jiān)測地下溫度升高時(shí)，可采用階梯式預(yù)報(bào)，如地下溫度每升高3℃，對應(yīng)的地震強(qiáng)度提高0.5級，即在發(fā)現(xiàn)地下溫度比平時(shí)高3℃時(shí)，就可按最低4.7級發(fā)出預(yù)報(bào)，當(dāng)溫度又升高了3℃，地震等級相應(yīng)加高0.5級，即按5.2級發(fā)出預(yù)報(bào)。如果在此期間地震發(fā)生，并低于5.2級，不能放棄對地下溫度的監(jiān)測，如果溫度繼續(xù)升高，按上述方法發(fā)出高級別預(yù)報(bào);如果地下溫度不再升高并有下降趨勢，表明不會(huì)再有高級別地震發(fā)生，可解除地震警報(bào)。

        利用監(jiān)測地下溫度的方法預(yù)報(bào)地震，簡單、易操作，不論是時(shí)間、空間和強(qiáng)度都能達(dá)到較精確的預(yù)報(bào)。而該裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，如果在全國九百六十萬平方公里全布置，形成監(jiān)測網(wǎng)，總造價(jià)不超過一百億元人民幣，這比一次大地震所帶來的損失要低的多。更主要的意義是他打破了地震不可預(yù)測的論斷，能夠挽救很多人的生命。

一、地震預(yù)警監(jiān)測：不同深度的地溫監(jiān)測

 為區(qū)別地表熱異常來自大氣還是地下，應(yīng)該在地震監(jiān)測站建立不同深度的地溫測點(diǎn)，通過

對比判定其來源：等距離分點(diǎn)的不同深度溫差由上而下遞減表明熱源在大氣；等距離分點(diǎn)的不

同深度溫差由上而下遞增表明熱源在地下。堅(jiān)持常年觀測，要獲取長期地溫與地震的對比數(shù)據(jù)，

發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生與低溫變化的對應(yīng)規(guī)律。

地溫監(jiān)測場和監(jiān)測網(wǎng)

二、地震預(yù)警地下溫度場測溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 溫度采集器：根據(jù)需要實(shí)際情況，選用高精度溫度采集器和溫度傳感器，通過無線通訊可以與計(jì)算機(jī)連接，通過專用軟件完成數(shù)據(jù)顯示、存貯、報(bào)警和打印的功能。

2.2　數(shù)據(jù)的顯示、存儲有上位機(jī)軟件完成，用戶可通過上位機(jī)軟件查詢打印溫度曲線或數(shù)據(jù)表格，報(bào)警方式除了上位機(jī)通過聲音報(bào)警處，用戶也可以選擇手機(jī)短信報(bào)警和外部繼電器報(bào)警等功能（包括手機(jī)短信報(bào)警等）。

三、地震預(yù)警地下溫度場測溫系統(tǒng)主要功能

3.1測試軟件的基本功能：

3.1.1報(bào)警功能：當(dāng)測量值超出設(shè)定范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)音箱發(fā)出報(bào)警信號。

3.1.2報(bào)警點(diǎn)設(shè)置功能：用戶可以需要設(shè)置每個(gè)測量點(diǎn)的報(bào)警值。

31.1溫度曲線顯示功能：顯示各測試點(diǎn)的溫度測量曲線。

3.1.3測試數(shù)據(jù)表格顯示功能：顯示各測試點(diǎn)的日期、時(shí)間、溫度值。

3.1.4在測量通道信息表格內(nèi)可以顯示采集點(diǎn)名稱（用戶可能更改）、設(shè)備地址、當(dāng)前測量值 、最大值、最小值、平均值、報(bào)警狀態(tài)等信息。

3.1.5測試數(shù)據(jù)存儲功能：能夠存貯測試數(shù)據(jù)，根據(jù)硬盤大小一般可儲存10年以上的溫度數(shù)據(jù)。

3.1.6測試曲線和數(shù)據(jù)打印功能：可以打印測試數(shù)據(jù)曲線和測試數(shù)據(jù)表格。

3.1.6誤差修正功能：用戶可自行設(shè)定修改溫度誤差值。

3.1.7歷史數(shù)據(jù)查詢功能：用戶可以查詢、打印歷史數(shù)據(jù)。

3.1.8網(wǎng)絡(luò)通訊功能：系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)通訊（即就地顯示和異地監(jiān)控）。 

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