基于移動互聯(lián)網(wǎng)的全球地震地磁異常大數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及監(jiān)測預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地磁異常監(jiān)測領(lǐng)域,具體涉及一種基于移動互聯(lián)網(wǎng)的全球地震地磁異常大數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及監(jiān)測預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地震是人類面臨的重大自然災(zāi)害之一,一次強震造成的損失十分巨大,各國都在致力于地震的監(jiān)測和預(yù)警研宄。
[0003]《中華人民共和國防震減災(zāi)法》中,鼓勵、引導(dǎo)社會組織和個人開展地震群測群防活動,對地震進行監(jiān)測和預(yù)防;地震預(yù)測意見應(yīng)上報國家主管部門。
[0004]移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)快速發(fā)展是地震地磁監(jiān)測、預(yù)警模式變革的技術(shù)基礎(chǔ),也必將帶來前所未有的突破。
[0005]1、中國是全球地震災(zāi)害最嚴重的國家。
[0006]20世紀,全球有120萬人死于地震,中國死亡60萬人。據(jù)國家地震局統(tǒng)計數(shù)據(jù),20世紀后半葉中國大陸不同災(zāi)種造成人員死亡數(shù)量中,地震造成人員死亡人數(shù)占54%。20世紀的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,中國大陸人口占世界的1/4,但大陸7級以上地震次數(shù)占全球大陸地震的1/3,全球死亡人數(shù)超過20萬人的地震有7次,其中4次發(fā)生在我國。
[0007]地球再次進入地震多發(fā)期,加強監(jiān)控刻不容緩。
[0008]21世紀,陸地范圍已經(jīng)發(fā)生5次“8級大地震”。中國地震臺網(wǎng)中心地震預(yù)報部主任蔣海昆認為,全球地震活動以2004年蘇門答臘9.0級地震為標志,已經(jīng)進入了 8級地震活動的高發(fā)期,呈現(xiàn)出類似于20世紀前半葉全球8級地震多發(fā)的態(tài)勢。
[0009]現(xiàn)全球地震監(jiān)測手段不能有效震前預(yù)警,短期預(yù)警成為世界難題。
[0010]地震前兆觀察包括,地表的明顯變化,地磁、地電、重力等地球物理異常,地下水位、水化學、動物的異常行為,但始終未能找到有效的解決辦法,地震臨震預(yù)警前成為世界性難題。預(yù)報只能做中長期若干年趨勢判斷,或利用地震縱波即P波和橫波即S波傳播速度報警,包括美國最新在研發(fā)的基于智能手機gps傳感器、加速度傳感器等感知物理位移,美國、中國、日本、墨西哥利用地震波傳輸時間差的地震報警系統(tǒng)。在距離震中最近、最需要逃生的約20公里距離范圍內(nèi),屬于盲區(qū),不能提前預(yù)報。一般只有約10秒逃生時間,對個人而言,基本屬于無效警報方式。
[0011]4、地磁監(jiān)測是地震界公認的監(jiān)測地震的有效手段,是地震較為確定的伴生現(xiàn)象,應(yīng)該加強有效監(jiān)測。大地震震前伴隨地磁異常有大量確切案例和理論依據(jù)。
[0012]事實案例:
[0013]I)、2018年汶川5.128.0級特大地震前,北川中學初二(一)班正上物理課,教學用的指南針震前亂轉(zhuǎn),當時同學們都笑了,誰知十幾分鐘后,大地震發(fā)生了,北川中學新區(qū)上千名同學被掩埋,,,這是同學老師用生命傳遞的地震與地磁關(guān)聯(lián)的重大信息。2008年5月22南方周末報道中北川中學同學日記,記錄人包括初二一班傅麗穎同學等人。
[0014]2) ,2013.4.21蘆山地震第二天后,本發(fā)明人中午在成都用智能手機電子羅盤測得度數(shù)突發(fā)性偏差2-3度,結(jié)果當天下午發(fā)生三次五級以上余震,最大5.9級。而在此前后數(shù)年,數(shù)百次打開手機電子羅盤,哪怕要測得一次電子羅盤異常偏離都不可能一一因為沒有地震了。一般情況下,偏差不超過± I度,2-3度偏差通過測試移動終端需要約2000—一3000nT的磁場量,從距離震中約100公里,斷裂帶長度40公里,根據(jù)磁場強度與距離平方成反比關(guān)系,推算震中磁場瞬時變化可能高達30000-46000ηΤ。
[0015]3)、2008年5.12汶川地震成都地磁臺在震前36小時開始測得異常值方差達26?95倍,曾小蘋、鄭吉盎、王翌賧、張素琴、林云芳《震前特大地磁異常及其短臨預(yù)警意義》中有介紹。但非常遺憾由于只有單一數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量不足,不能判斷磁場異常來源、方向,強度變化趨勢、分布范圍面積等重要因素,沒有作出及時預(yù)警。汶川地震69227人遇難,374643人受傷,17923人失蹤。
[0016]4)其他案例記錄及理論支持:
[0017](1)2003年6月《中國地震》——《巖石受壓破裂的ULF和LF電磁前兆信號》錢書清郝錦綺周建國高金田(中國地震局地球物理研宄所,北京100081)最近10多年,文獻報道了一些7級以上大地震前觀測到ULF和LF電磁前兆信號的情況,如1989年美國洛馬普列塔7.11級;1995年日本阪神7.12級地震;1999年臺灣集集7.14級地震。
[0018](2)中國地震局林云芳、曾小蘋、續(xù)春榮《地磁方法在地震預(yù)報中的應(yīng)用》
[0019]1855年江戶大地震磁鐵失去磁性
[0020]1970年云南通海7.8級大地震前廣播嘈雜不清等。
[0021]在地震的孕育發(fā)展過程中,由于地下應(yīng)力作用,地下巖石的物理、化學性質(zhì)就要發(fā)生變化,從而導(dǎo)致地下巖石磁性的改變。
[0022](3)中國地震局地球物理研宄所等單位,曾小蘋、鄭吉盎、王翌賧、張素琴、林云芳《震前特大地磁異常及其短臨預(yù)警意義》2011年11期《中國工程科學》:
[0023]作者在汶川大地震后不久到災(zāi)區(qū),調(diào)查證實了重災(zāi)區(qū)北川縣在距地震發(fā)生5個多小時前,就已有指南針指向錯誤等磁場紊亂的現(xiàn)象。并且北川中學在地震發(fā)生前13min,有全班學生集體觀察到物理課上指南針教具不規(guī)則轉(zhuǎn)圈直至地震發(fā)生的奇怪現(xiàn)象。
[0024]《紐約時報》在1858年曾報道當年11月11月,葡萄牙Setubal地震發(fā)生前,當?shù)匾灿兄改厢槷惓?,甚至航海羅盤指針轉(zhuǎn)圈的事實。
[0025]對臨震前磁異常的時空分布規(guī)律也難深入探討。其中緣由,一是專業(yè)的地磁儀器布點密度相對很低,大地震作為小概率事件的發(fā)生,很難有專業(yè)的地磁儀器恰好在震中附近,難以錄到很小范圍內(nèi)的磁場變化,,
[0026]推算M:6?9.5級的破壞性強震,在震中附近Ikm處,臨震前的地磁ULF異常信號值可以高達10?105nT量級,可以與地球磁場量級相比擬。
[0027]由圖1可看到,當震級Μ:6、7、8、9時,距震中Ikm處的異常磁場值分別約450ηΤ、2900ηΤ、18000ηΤ 和 90000ηΤ。
[0028]上述研宄可以解釋不同環(huán)境下,包括2008年汶川8級大地震前,地磁異常在極震區(qū)的變化可引起指南針不規(guī)則擾動、偏轉(zhuǎn)甚至轉(zhuǎn)圈的異常現(xiàn)象。
[0029]這表明:強震即將發(fā)生前,震中局部地區(qū)存在磁場紊亂和磁噴異象。不幸的是,此前人們忽視了大自然在大地震前通過地磁擾動發(fā)出的強烈警告信號。
[0030]5、目前全球地磁監(jiān)測受到建設(shè)及維護成本高的制約,數(shù)量分布非常有限。
[0031]全球地磁監(jiān)測普遍采用的方法是在各地設(shè)置地震監(jiān)測站或流動監(jiān)測點來監(jiān)測與地震相關(guān)的地球物理參數(shù)如地磁,有些同時監(jiān)測應(yīng)力等的變化來監(jiān)測預(yù)警地震,但因監(jiān)測點的新建及維護成本較高,分布數(shù)量非常有限,很難有機會靠近震中,采集的有效數(shù)據(jù)非常少,不足以對根據(jù)地磁異常數(shù)據(jù)作出震前預(yù)警,這也是當今世界各國在地震監(jiān)測、預(yù)警中面臨的一大難題。例如全球地震觀測臺系統(tǒng)(SRO)始建于1974年,該系統(tǒng)最大特點是所使用的地震計都安裝在井下約100米,以排除工作頻帶內(nèi)的地表噪聲,全球僅有11個臺;90年代開始地磁科學家們建立了國際地磁臺網(wǎng)(INTERMAGNET),截止該臺網(wǎng)2013年4月公布的數(shù)據(jù),全球僅有20多個國家地區(qū)的約144個地磁臺站入網(wǎng)。中國在20世紀50?60年代先后建成地磁臺,如1953年長春,1954北京,1956拉薩等,俗稱“老八臺”,根據(jù)國家地震局公布的數(shù)據(jù),我國到1984年共有地磁臺點169個,正常工作比例30%,根據(jù)2004年I月21日《人民日報》報道,中國建成全國范圍內(nèi)的三級地磁觀測網(wǎng)絡(luò),其中中國地震局系統(tǒng)的37個基準地磁臺和中國科學院系統(tǒng)的3個地磁臺一級網(wǎng)絡(luò)。其他70?250公里的野外觀測點607個。共計647個。比如北京靜海地磁臺是首都圈地區(qū)唯一的地磁綜合觀測專業(yè)臺,采用碳纖維無磁技術(shù)建設(shè),施工要求高,成本較高。
[0032]6、要想較為準確地監(jiān)測地磁異常變化,必須密集布點,但實際很難做到。根據(jù)地磁強度與距離的平方成反比的關(guān)系,理論上大約需要一平方公里設(shè)一個監(jiān)測點才能對震中進行有效觀察,除開無人區(qū),這樣的布點數(shù)量對設(shè)備采購、建設(shè)維護管理成本的增加幾乎是不可能作到的。同時,要想有效進行數(shù)據(jù)分析,必須是多臺點數(shù)據(jù)組合分析,才能剔除異常數(shù)據(jù),必須根據(jù)地磁數(shù)據(jù)在不同臺點的的變化強度判斷磁場異常源地理位置,波及范圍等數(shù)據(jù),這只有大數(shù)據(jù)才能完成,不是現(xiàn)有的地磁臺點模式能勝任的。
[0033]7、地磁監(jiān)測需要全球布局。
[0034]地震發(fā)生的不確定性,即使在一個國家或地區(qū),增加地磁臺點,由于地震發(fā)生的不確定性,仍然在短時間甚至幾十年監(jiān)測不到有效數(shù)據(jù)。綜上所述,對地震反應(yīng)最明顯直接的地磁異常監(jiān)測布點與有效數(shù)據(jù)嚴重不足,地震與地磁對應(yīng)邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)不足,使之成為長期以來世界各國都在致力于地震的監(jiān)測,卻未能作出一次震前預(yù)報的根本原因之一。
[0035]8、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算