省地震局攻克關(guān)鍵技術(shù)解決地震速報(bào)重大難題

文/葉青 通訊員/朱映雪 韋瀟君 圖由廣東省地震局提供

省地震局攻克關(guān)鍵技術(shù)解決地震速報(bào)重大難題

文/葉青 通訊員/朱映雪 韋瀟君 圖由廣東省地震局提供

地震速報(bào)是地震臺(tái)網(wǎng)的核心功能。能否在震后又快又準(zhǔn)地發(fā)布震中位置、震級(jí)大小等地震參數(shù)，關(guān)系到政府和社會(huì)地震應(yīng)急快速應(yīng)對(duì)和決策，事關(guān)社會(huì)穩(wěn)定和正常生產(chǎn)生活，意義非凡。

然而，地震速報(bào)卻是一道國(guó)際性難題，世界同行一直都在為此研究著。廣東省地震局自主研發(fā)的“數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)信息實(shí)時(shí)自動(dòng)處理系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“JOPENS系統(tǒng)”）攻克了地震速報(bào)“快”與“準(zhǔn)”的重大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)我省范圍內(nèi)1分鐘內(nèi)測(cè)出震級(jí)并速報(bào)，國(guó)內(nèi)平均為2—3分鐘；且可實(shí)時(shí)接收世界各地地震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震波形圖并自動(dòng)分析計(jì)算，該技術(shù)的延伸發(fā)展，可對(duì)地震作進(jìn)一步預(yù)警，避免人員、財(cái)物受到更大的傷害。該項(xiàng)目榮獲2015年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

地震速報(bào)可減少損失

地震速報(bào)要快，要準(zhǔn)。國(guó)際上每一次大地震事件發(fā)生，所有同行都在比賽誰(shuí)能又快又準(zhǔn)速報(bào)出地震信息。

“地震速報(bào)實(shí)際上是一場(chǎng)國(guó)際科學(xué)競(jìng)賽，全世界都在研究。但其技術(shù)難度很大，因?yàn)檎鹪吹奈恢谩?gòu)造等不一樣，地球內(nèi)部看不見(jiàn)、摸不著，要對(duì)它進(jìn)行測(cè)定談何容易?！?廣東省地震局局長(zhǎng)黃劍濤說(shuō)。

地震速報(bào)的意義在于將采集到的信息發(fā)布給地震波還沒(méi)到達(dá)的重點(diǎn)目標(biāo)，以便采取緊急措施，有效減少損失。以新豐江水庫(kù)為例，其周圍有將近20個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)，一旦發(fā)生地震可在5到10秒內(nèi)測(cè)定參數(shù)。對(duì)于運(yùn)行中的高鐵、生產(chǎn)中的核電站或者危險(xiǎn)品工廠，其意義更加重大。發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視地震預(yù)警技術(shù)的研發(fā)，日本建立起全國(guó)性的地震預(yù)警系統(tǒng)，起到很好的減災(zāi)效果。

工作人員通過(guò)“JOPENS系統(tǒng)”觀察參數(shù)

速報(bào)時(shí)間縮短近半個(gè)小時(shí)

地震速報(bào)很大程度上依賴于臺(tái)網(wǎng)布局是否合理，地震信號(hào)的檢測(cè)、識(shí)別及數(shù)據(jù)處理技術(shù)是否快速、有效。

近些年來(lái)，我國(guó)臺(tái)站數(shù)量從200 余個(gè)發(fā)展到2000 多個(gè)，覆蓋大陸及周邊海域。這帶來(lái)了一系列技術(shù)問(wèn)題：需要傳輸和處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大；分立式的地震臺(tái)網(wǎng)處理模式導(dǎo)致每個(gè)區(qū)域和流動(dòng)地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)控區(qū)域受到限制，臺(tái)網(wǎng)邊界區(qū)域的地震監(jiān)控能力差；特別是地震數(shù)據(jù)處理依賴人機(jī)交互分析，國(guó)內(nèi)地震要在震后15－30分鐘內(nèi)才能完成速報(bào)，對(duì)國(guó)外遠(yuǎn)震的速報(bào)甚至要1 小時(shí)后，不能適應(yīng)信息化時(shí)代和經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的需要，我國(guó)迫切需要自主研發(fā)一套適用于大區(qū)域尺度、海量臺(tái)站數(shù)據(jù)處理的地震速報(bào)系統(tǒng)，大幅度提高地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和處理的自動(dòng)化程度。于是，由廣東地震局研發(fā)的JOPENS系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

黃劍濤說(shuō)，地震學(xué)（地震觀測(cè)）是研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的唯一手段，每一個(gè)地震猶如是地球內(nèi)部的一盞閃光燈，對(duì)地震波分析計(jì)算相當(dāng)于給大尺度的地球“成像”，難度極大。2000年，廣東地震局開(kāi)始此項(xiàng)目，自此開(kāi)始了持續(xù)15年的研發(fā)。2007年，該系統(tǒng)在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用。2009年，省地震局承擔(dān)國(guó)家地震速報(bào)自動(dòng)速報(bào)任務(wù)。同時(shí)JOPENS系統(tǒng)裝備在多個(gè)省級(jí)臺(tái)網(wǎng)和國(guó)家援外臺(tái)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換、地震自動(dòng)速報(bào)等多項(xiàng)功能。

在地震速報(bào)這場(chǎng)國(guó)際競(jìng)賽中，廣東地震局研發(fā)的JOPENS系統(tǒng)攻克了地震速報(bào)“快”與“準(zhǔn)”的重大技術(shù)難題，略勝一籌。2008年汶川地震，廣東省地震局3分鐘定出震中、震級(jí)8.0和范圍，比美、日快。2011年，日本發(fā)生9.0級(jí)大地震，廣東省地震局局震后4.1分鐘測(cè)出9.0震級(jí)，日本和美國(guó)均經(jīng)過(guò)兩次震級(jí)修訂，耗時(shí)10多分鐘才確定為9.0級(jí)。

黃劍濤介紹，利用JOPENS系統(tǒng)，目前我省范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)1分鐘內(nèi)測(cè)定地震參數(shù)并速報(bào)，國(guó)內(nèi)平均為2—3分鐘，周邊國(guó)家在5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)。地震速報(bào)時(shí)間比過(guò)去快了快了近半個(gè)小時(shí)，更有助于穩(wěn)定社會(huì)，減少停工停產(chǎn)，減少和避免地震謠言的產(chǎn)生。

地震趨勢(shì)判斷可避免更大傷害

除了快準(zhǔn)，JOPENS系統(tǒng)的運(yùn)用也為地震預(yù)警系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。地震預(yù)警是指在強(qiáng)地震波到達(dá)之前，利用地震波與電磁波的速度差及到達(dá)的時(shí)間差發(fā)出警報(bào)，日本、美國(guó)、墨西哥等國(guó)已有研發(fā)并陸續(xù)投入使用。

黃劍濤講到了臺(tái)灣1999年7.6級(jí)地震。首震過(guò)后，當(dāng)時(shí)阿里山一大型酒店老板按應(yīng)急指南指揮大家留在空曠地方不要返回酒店房間，一個(gè)多小時(shí)后，又發(fā)生了6.8級(jí)地震，大家眼睜睜看著樓房倒塌，但無(wú)人傷亡。他說(shuō)：“可見(jiàn)，震后趨勢(shì)判斷十分重要。”

JOPENS系統(tǒng)可兼容最多類型的地震儀器，面對(duì)復(fù)雜的地震波，只用一個(gè)軟件就可自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)高度集成的人機(jī)交互。例如汶川地震后，很短時(shí)間內(nèi)上萬(wàn)個(gè)余震接連不斷的發(fā)生，借助該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波準(zhǔn)實(shí)時(shí)的分析，這對(duì)后續(xù)地震趨勢(shì)的分析判斷作用很大。

該系統(tǒng)中的按需組網(wǎng)能力，可以將流動(dòng)地震臺(tái)與震區(qū)及周邊的國(guó)家、省、市縣地震臺(tái)迅速組網(wǎng)，實(shí)時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳回后方地震臺(tái)網(wǎng)中心，為余震趨勢(shì)判斷提供依據(jù)，也為進(jìn)一步研究震源特征、探索地震的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程積累基礎(chǔ)資料。

此外，該系統(tǒng)不僅能匯聚全國(guó)幾千個(gè)地震臺(tái)站的海量實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，還可以匯聚全球共享地震臺(tái)站和中國(guó)境外地震臺(tái)，具有處理全球地震的能力。下一步，國(guó)家有望在大首都圈、粵閩交界、川滇甘和新疆西北部四個(gè)片區(qū)進(jìn)行地震預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，而這一切，離不開(kāi)對(duì)地震又快又準(zhǔn)的測(cè)定。

鏈接：JOPENS系統(tǒng)的三大技術(shù)創(chuàng)新

第一，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)地震自動(dòng)速報(bào)，攻克了地震參數(shù)測(cè)定“快”且“準(zhǔn)”的關(guān)鍵技術(shù)難題。在汶川、玉樹(shù)、蘆山、魯?shù)?、尼泊爾、日本等大地震發(fā)生后，能在幾十秒到幾分鐘內(nèi)準(zhǔn)確地測(cè)定地震參數(shù)。

第二，實(shí)現(xiàn)地震觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，可組建大規(guī)模地震臺(tái)網(wǎng)。系統(tǒng)制訂了地震數(shù)據(jù)傳輸和共享協(xié)議，地震臺(tái)網(wǎng)之間可以靈活共享觀測(cè)數(shù)據(jù)；有豐富的數(shù)據(jù)接口，可以讀取目前世界上主流廠家的地震觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

第三，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)地震臺(tái)網(wǎng)集成處理技術(shù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)處理、人機(jī)交互處理、信息發(fā)布一體化，通過(guò)技術(shù)手段協(xié)同多臺(tái)網(wǎng)的地震分析編目，統(tǒng)一我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)出。