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(qiáng)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(jìn)行監(jiān)測和預(yù)防；地震預(yù)測意見應(yīng)上報(bào)國家主管部門。
[0004]移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(yán)重的國家。
[0006]20世紀(jì)，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(jì)數(shù)據(jù)，20世紀(jì)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(jì)的統(tǒng)計(jì)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(jìn)入地震多發(fā)期，加強(qiáng)監(jiān)控刻不容緩。
[0008]21世紀(jì)，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(bào)部主任蔣海昆認(rèn)為，全球地震活動以2004年蘇門答臘9.0級地震為標(biāo)志，已經(jīng)進(jìn)入了 8級地震活動的高發(fā)期，呈現(xiàn)出類似于20世紀(jì)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(xué)、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(bào)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(bào)警，包括美國最新在研發(fā)的基于智能手機(jī)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(bào)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(bào)。一般只有約10秒逃生時間，對個人而言，基本屬于無效警報(bào)方式。
[0011]4、地磁監(jiān)測是地震界公認(rèn)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(qiáng)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(shí)案例:
[0013]I)、2018年汶川5.128.0級特大地震前，北川中學(xué)初二(一)班正上物理課，教學(xué)用的指南針震前亂轉(zhuǎn)，當(dāng)時同學(xué)們都笑了，誰知十幾分鐘后，大地震發(fā)生了，北川中學(xué)新區(qū)上千名同學(xué)被掩埋，，，這是同學(xué)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(bào)道中北川中學(xué)同學(xué)日記，記錄人包括初二一班傅麗穎同學(xué)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(jī)電子羅盤測得度數(shù)突發(fā)性偏差2-3度，結(jié)果當(dāng)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(jī)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?yàn)闆]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(qiáng)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(dá)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(dá)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(qiáng)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(xiàn)報(bào)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(bào)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(xué)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(xué)》:
[0023]作者在汶川大地震后不久到災(zāi)區(qū)，調(diào)查證實(shí)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(xué)在地震發(fā)生前13min，有全班學(xué)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(bào)》在1858年曾報(bào)道當(dāng)年11月11月，葡萄牙Setubal地震發(fā)生前，當(dāng)?shù)匾灿兄改厢槷惓?，甚至航海羅盤指針轉(zhuǎn)圈的事實(shí)。
[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(diǎn)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(qiáng)震，在震中附近Ikm處，臨震前的地磁ULF異常信號值可以高達(dá)10?105nT量級，可以與地球磁場量級相比擬。
[0027]由圖1可看到，當(dāng)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?，F(xiàn)象。
[0029]這表明:強(qiáng)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(qiáng)烈警告信號。
[0030]5、目前全球地磁監(jiān)測受到建設(shè)及維護(hù)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(diǎn)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(diǎn)的新建及維護(hù)成本較高，分布數(shù)量非常有限，很難有機(jī)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(dāng)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(diǎn)是所使用的地震計(jì)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(xué)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(jì)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(diǎn)169個，正常工作比例30%，根據(jù)2004年I月21日《人民日報(bào)》報(bào)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(zhǔn)地磁臺和中國科學(xué)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(diǎn)607個。共計(jì)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(zhǔn)確地監(jiān)測地磁異常變化，必須密集布點(diǎn)，但實(shí)際很難做到。根據(jù)地磁強(qiáng)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(diǎn)才能對震中進(jìn)行有效觀察，除開無人區(qū)，這樣的布點(diǎn)數(shù)量對設(shè)備采購、建設(shè)維護(hù)管理成本的增加幾乎是不可能作到的。同時，要想有效進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，必須是多臺點(diǎn)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(diǎn)的的變化強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)與有效數(shù)據(jù)嚴(yán)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(bào)的根本原因之一。
[0035]8、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算