3.4.4地震测报-地震前兆简易观测手段
一、地应力观测
地壳中岩石单位面积上产生的与外力相对抗的力叫地应力。观测研究地
应力逐渐加强的过程,是探索地震预报的一种比较可靠的途径。
(一)简易地应力仪的结构和原理
简易地应力仪主要由探头和测量仪表两部分组成。探头埋在地下,以接
收地应力的变化,并将力的变化变成电讯号,输入到观测仪表。探头结构如
图4-8 所示。
测量仪表由微安表、电位器、开关、电池等和传感元件构成一个直流电
桥如图4-9。在地应力作用下,感应元件阻值会发生相应的变化,通过元件
的电流也就发生变化,观测仪表上就显示出来,从而了解地应力的异常变化。
(二)探头的安装
探头应安装在较硬土层和较完整的岩石中,引线越短越好。在土层安装
时,先挖一个深度不小于两米的坑(坑的直径以人能下去为准),再挖一个
小孔,然后放入探头,用土填实,如图4-10 左图。在岩石里安装时,先打一
孔径大于探头直径的3 米深的岩孔,然后填入1 米左右的砂土,再把探头放
入,并用膨胀水泥(自应力水泥)灌注,如图4—10 右图。安装探头时,其
0°标线要对准地磁北极,以便对观测资料进行分析计算。
二、地形变观测
由于地壳运动,使地表形态发生变化的现象,叫做地形变。强烈地震前,
由于地应力的积累加强,震中及其附近地区地表形态往往出现异常变化。但
这些地形变化是长期缓慢进行的,每年平均速度仅几毫米,人的肉眼是不能
直接看到的,只好借助于精密仪器进行水准测量和三角测量。水准测量是测
地壳垂直形变的;三角测量是用经纬仪测定地壳水平形变的。
我国各地群众根据强烈地震前地面会发生倾斜的道理,设计和制造了许
多种观测地倾斜的仪器。
(一)水平摆式倾斜仪它的结构是利用框架上两个固定点甲、乙,将金
属做的水平摆(锤)用两根金属丝悬挂起来。当地面倾斜时,摆(锤)失去
平衡,发生偏转,通过摆(锤)上指针摆动幅度和摆(锤)内灯泡指示的偏
转装置就可以从度盘上直接读出地面倾斜的程度了。
(二)联通管式“土”倾斜仪 这种简易地倾斜仪更容易制作和安装,很
适合中学师生在地震测报中采用。联通管式“土”倾斜仪结构如图4-12 所示。
地面倾斜时,水管两头的水面发生变动,从标尺上可以读出变化值。右侧水
管长度由几米到几十米,水管越长,标刻度越细,观测结果越精确。
三、地磁观测
地球是个磁体,存在着相当强烈的磁场。磁针在地球上受到磁力的作用,
指向一定的方向——磁力线的方向。地磁场对单位磁极的作用力叫磁场强
度,它是表示磁力大小的物理量。地面上任一点的地磁子午面(磁力线方向)
与地理子午面或磁针与真北方向之间的夹角叫磁偏角。地面上任一点的磁力
线方向与水平面或磁针与水平面之间的夹角叫磁倾角。有了倾角,地磁强度
就有了水平分量和垂直分量。地磁场强度、磁偏角、磁倾角,叫做地磁三要
素。强烈地震前,地应力活动加强会使岩石的磁性发生变化;温度变化引起
电导率的变化,也会使岩石的磁性变化;感应电磁场的变化,也都与地应力
有关,因而都是解释地震与地磁之间关系的理由。目前主要是观测地磁场的
水平分量强度、垂直分量强度、磁偏角和磁场总强度等要素的异常变化,进
行地震预报。观测地磁的土地磁仪有很多种:
(一)“土”磁偏角仪
土制磁偏角仪(图4-13)用非磁性物质(木、铅、玻璃、纸等)做成底
座和外罩。磁针要求体积小,磁性较强,做成长20 至30 毫米,截面积5×5
平方毫米的长方体。用万能胶把磁针粘在胶木片(1.5×1.5 平方厘米)下方
的缺口里,磁针与胶木片垂直。胶木片上再粘一个小镜片用极细的单股生丝
(长25—30 厘米)作为吊丝悬吊起来,使磁针处于水平位置。当地磁场发生
变化时,磁针转动,则小镜片反射回来的光点也在标尺上移动,从而观测磁
偏角的变化。
(二)“土”磁感仪
还有一种反映磁场总强度化的磁感仪,如图4—14 所示:外加磁铁作用
于悬吊着的铁片,并在磁铁处加大块铁板以接收地磁场的变化量。通过光照
反射,进行读数记录。
四、地电观测
地球电场与地震之间也存在着一定的对应关系。地震孕育过程中,由于
地应力作用和地磁异常变化,会引起电阻、电阻率、电位等的变化,都可能
造成地电仪表读数的变动。因此,地电观测可以作为观测地震前兆的一种手
段。
(一)土地电仪的结构和安装
土法观测地电装置很简单。用铅板作负极,碳棒作正极,分别埋进相隔
几米到一百米的地下。每一电极用塑料导线连接起来,两导线的另一端接下
微安表或毫伏表,组成一个闭合电路,就可以测得两点间自然电流值或自然
电位差值,如图4-15。
为了使观测结果准确可靠,需要掌握南北和东西两个方向的地电异常
时,可以在南北和东西向分别安装一组“土”地电仪,组成一套。
(二)安装注意事项
为了减少外界的干扰,观测点应尽量远离河流、铁路、公路、变压器、
抽水机以及工厂矿山各种电气设备的接触点。导线与电极必须焊接牢固,焊
接处要用沥青或石腊封好。电极埋入土层的深度,应在1.5 米以下。导线可
用一般金属绝缘导线,长度视具体情况而定,可以选取10—200 米。
五、地下水的观测
地下水的观测包括地下水位变化、水质变化和水氡含量的变化等几方
面。
(一)地下水位的观测
地下水位在震前的异常变化是地应力集中和构造运动的一种反应。地应
力集中强度越大,引起的地壳活动越强,则地下水位升降的幅度和反常变化
的面积也就越大。因此,地下水位升降的变化也是地震预报的依据之一。
利用测钟,手测地下水位很简单,如图4-16,把测钟系在测绳上,在井
台边缘找一个固定点作标志进行观测。固定点到水面的距离即为地下水位埋
藏深度,以米为单位,记到小数点后两位。也可自制简易自动记录水位计,
如图4—17 所示。其原理是用闹钟带动记录笔,用浮标带动记录滚筒。当地
下水水位发生升降变化时,浮标上下移动,带动记录滚筒,笔尖就自动记录
出水位变化的情况。
选择一口用水较少,水量充足,离河渠、水沟、水库较远的水井作为观
测井,定时观测它的水位变化情况。将观测结果记录在表中。
影响地下水位变化的因素很多,最主要是气候,雨季地下水位上升,旱
季地下水位下降。地下水开采量过大,地下水位会逐渐下降等人为因素也影
响地下水位的变化。作为地震前兆的地下水位变化,主要是它的异常变化。
如天大旱时地下水猛涨,多雨季节地下水猛降,没有水的枯井中突然有大量
水涌出,有的井水忽然干涸等现象。所以在分析地下水位变化预报地震时,
必须掌握地下水位变化的正常规律和其他干扰因素,才能识别是否由地震引
起的异常。
(二)地下水化学成分的观测
地下水化学成分的变化,特别是水氡含量的变化,也是一种地震前兆现
象。在强烈地震发生前,地下水突然发浑、变苦、变甜、变咸或具其他臭味。
这是因为地下水的化学成分发生了变化。例如,当水中硫酸镁、氯化镁的浓
度增大时,水味就会变涩、变苦;水里硫化氢、硝酸根离子增多时,水味就
会发臭等。震前引起的地下水化学成分变化的原因主要是地应力的作用,地
应力作用加强,地下水的活动也必然加剧,从岩层或土层中溶解和淋滤出更
多的盐类物质,使地下水的化学成分发生异常变化。
目前作为地震前兆观测的地下水化学成分有氡、氧、二氧化碳、各种酸
根离子等。几年来的实践表明,地下水中氡气含量的变化对地震预报的意义
较大。为什么水氡含量变化能预报地震呢?这是因为①氡气来自地下,来源
单一,能真实反映地下的变化情况;②氡气不参与任何化学作用,能反映出
它在水中溶解的真实含量;③氡气受到压力的影响时,可由压力大的地方向
压力小的地方运移。强烈地震前,地应力活动加强,氡气不仅运移增强,含
量也会发生异常变化。如果地下含水层在地应力的作用下发生形变,就会加
速地下水的运动,增强氡气的扩散,引起氡气含量的增加。值得注意的是,
震前水氡含量异常变化,也有大幅度下降的例子。
六、地声和地光
在大地震发生的时候,普遍有发出声响的现象,这就是地声;小一点的
地震有时也有地声。据记载声如闷雷的居多,还有如风吼、如奔车、如岩石
破裂、如金戈铁马相互碰击的声音。由于地震活动而产生的发光现象,人们
称之为地光。在临近地震的时刻,出现得比较多,震前和震后一段时间内有
时也可以看见。地光有多种颜色,蓝里发白,有点象电焊火光那种颜色的较
多;红色、紫红色的也不少;其他如白色、黄色、橙色、绿色的都有。地光
有时以笼照大地的形式、范围很广地出现;有的以条带状的形式划过长空,
有的象焰火一样;有的犹如一连串红色火球组成的信号弹升起。地声在震前
出现的时间很短,一般只有几秒钟到几分钟,是地震向我们发出的最后警报。
地光本身就是一种地震立即发生的警报。因此,根据地声或地光来发临震预
报已不可能。但应宣传普及这方面的知识,听到地声或看到地光时,当机立
断,不慌不乱,沉着对待,马上采取预防措施,是可以减轻或避免地震造成
的危害的。切忌“草木皆兵”,把随便什么声音都当作地声,把雷电或人工
造成的闪光误认为地光,引起不必要的慌乱。
七、动物异常反应
许多动物的某些器官感觉特别灵敏,它们能比人类提前知道一些灾害性
事件的发生。因而在大地震发生之前,许多动物常会出现惊慌恐惧,焦躁不
安,不思饮食,乱蹦乱跳,或乱飞乱窜等各种反常现象。因此,发动群众,
利用动物前兆现象,结合其他地震前兆手段,也是实现地震预报的有效途径
之一。
比如许多穴居小动物,对地震反应就很灵敏。有的老鼠在大地震前1~5
天甚至7 天就一反常态,白天成群出洞乱窜乱叫,慌乱搬家。蛇在严寒的冬
眠时期也会从洞里出来乱爬、乱窜。鱼类震前也会出现比较敏感的异常反应,
或上浮、翻白、或尾朝上头朝下倒立水面似陀螺一样打转。家畜家禽等地面
动物的异常活动,是强烈地震前普遍发生的现象。例如狗,在大震前十来天
就会出现惊惶不安;白天黑夜,漫无目标地群犬狂吠;有时也会向墙脚刨洞,
或爬上屋顶;一般都不睡在窝里和屋檐下,惊慌跑出村外。近年来几次大地
震调查,群众多反映,极少发现有狗被震倒的房屋压死的。牛、马、驴、骡
等大牲畜,大震前也大多表现焦躁不安,嘶叫不止,拉不进栏,甚至乱咬、
乱踢,挣脱缰绳撒蹄狂奔。猪、鸡鸭、鸟类、昆虫等都有不同程度的异常反
应。因此,根据群众发现的大量的动物异常反应,或对一些反应灵敏的动物,
安排专人看管,观察它们的异常反应,都可收到较好的地震预报效果。
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