既看天上也看地下 建在乐山的超级观测站已两次发现地震新前兆

观测站正面照。 受访者供图

观测站里的地震仪。 汪菲 摄

监测预报地震,人们通常只盯着地下的变化蠕动,很少有向上看的,更没有上下同时兼顾的。而近日,全球首个从岩石圈、大气圈、电离层天地间三个圈层同时进行监测的灾害数据系统跨圈层扰动观测系统在乐山市建成。

中国地质大学(武汉)的陈界宏教授及其团队主导该系统建设运行,有包括乐山师范学院在内的全国15家高校、科研单位参与。8月23日下午,前往乐山的陈界宏在接受记者采访时表示,观测站是全球首个地球科学跨学科集成研究系统,可预警地震、雷雨、暴风等恶性空间天气事件。今后数十年内,它将为地球科学的研究提供有力的数据支撑。

□代玉巍 汪菲 四川在线记者 曾小清

现场直击

14种观测设备,寻找新的震前规律

位于四川盆地的乐山,西接青藏高原,南邻云贵高原,北望龙门山断裂带。这里的监测数据正实时传回武汉南望山下,寻找新的震前规律。

8月23日,记者跟随陈界宏教授一行走进乐山市市中区青平镇青和村,青山掩映下,由绿色铁栅栏围住、占地225平方米的跨圈层扰动观测系统基地坐落于此。

走进基地,只见正中位置,由白色铁栅栏保护着一台仪器。这是‘边界层风廓线雷达系统监测仪’。陈界宏的学生、中国地质大学(武汉)博士生毛志强介绍,该仪器可实时监测其垂直向上100米至4000米的大气风场,是目前观测大气层物理量变化的重要设备。

基地四周,分别设置了4个炮筒状的圆柱体声呐探测系统设备,对1000米范围内的温度进行实时监测。

通过观测站监测的数据,可及时对地震、雷雨、暴风等恶性空间天气事件进行预警。监测的参照物包括天空云层变化,地下水气压、温度和变化,以及高空电离层电子浓度等。毛志强介绍道。

目前观测站的跨圈层扰动观测系统包含14种观测设备,其中12种位于青和村的基地内。

基地内的木屋,存放着地震仪和全天空照相机。每隔一小时,照相机会实时拍摄一张天空照片并传至网端。科学家通过观测天空的云层变化,来发现异动。

木屋正后方,摆放了3口井。井内存放着气压计和温度计,可探测地震前地下水和气压、温度的变化。周围,放置了雨量计和地下水位计,如果天空没有观测到下雨,而水位计又发生了变化,则属于异常变化。毛志强说。

木屋外,有一个两米多高的独立支架,放置了一台科研专用GPS。它可以测量35万米高空的电离层的电子浓度。毛志强说,高空的电离层是分离的,地震之前可能会有波动,传到天上去就会扰动电离层,一旦GPS垂直上空的电离层浓度发生变化,也表示电离层有异动,需要关注。

选址乐山

西邻青藏高原,更利于垂向监测

观测站于2020年3月动工修建。2019年,武汉方面便开始与乐山对接。陈界宏表示,之所以选址乐山,主要是因为乐山处于四川的腹心位置,且西邻青藏高原,垂直高度差达3000多米,在此处建站更利于垂向监测。

既要确保电磁环境没有干扰,还需人为活动干扰少。观测站选址主要负责人、乐山师范学院省高校重点实验室主任、电材学院院长助理青海银坦言,要找到一个相对合适的场地,很难,太偏远的地方要考虑无人值守和后期维护问题;距离城市太近则各种干扰太强无法得到准确的监测数据。

今年5月,基地设备全部调试完毕后便投入试运行,数据目前已用于相关领域的分析和研究。青海银解释,系统可以观测到地球物理变化,预测地震只是其中之一。同一个观测点,从地下5米至350公里高空的垂直范围内,相关地振动、地形变、地磁场、地下水、气压、大气风场、大气电场等近20个物理量的变化数据,都能被有效监测到。

目前,这个观测站已有新的发现。陈界宏团队已利用这个系统,与中国地震局地震预测研究所一起通过数据分析,发现今年5月两次震前多圈层振动和驻波效应。这两次地震是青海玛多7.4级地震和云南漾濞6.4级地震。

延伸

超级观测站四川的合作伙伴负责啥

□代玉巍 汪菲 四川在线记者 曾小清

跨圈层扰动观测系统由国内15家高校、科研单位成立科研联盟,共同出资近400万元建设完成。该系统已受到世界同行关注,日本地球物理学权威称之为地震超级观测站。

15家联盟单位包括:中国地质大学(武汉)、武汉大学、南方科技大学、合肥工业大学、浙江大学、地质灾害防治与地址环境保护国家重点实验室(成都理工大学)、乐山师范学院、兰州交通大学、西南交通大学、中国地震局地震预测研究所、中国地震台网中心、四川省地震局、中国科学院国家空间科学中心、中国地震局成都青藏高原地震研究所、武汉高德威信息技术有限公司。

科研联盟内的各个参与团队分别投入技术、资金、设备等,将共享此监测站的所有监测数据,分别进行各自领域的科研研究。

中国地质大学(武汉)的陈界宏教授介绍,中国地质大学(武汉)的团队主要负责主导整个系统的台站规划,提供基地建设意见,并组合一个可以获得多方面数据的监测系统,确保为参与团队提供一个有效的科学平台,主要是在技术层面。作为项目落地方,四川的高校和科研单位则承接仪器选择与安装,并参与观测结果的讨论。其中乐山师范学院负责台站选址、基础建设,设备进场调试与运行维护。

2019年,中国地质大学(武汉)和国家地震局到乐山考察商议选址问题,观测站选址历时3个多月,在全国范围内首选乐山进行选址,最后落定乐山市郊。项目于2020年3月底开始动工建设,同年10月底场地基础建设完成,11月初设备陆续进场调试,2021年5月所有设备调试完成。目前,项目已进入联合试运行阶段。

访谈

监测地震前兆

探地的同时为什么还要望天

对于跨圈层扰动观测系统,中国地质大学(武汉)的陈界宏教授及其团队作了通俗的解释。

陈界宏说,以往,研究岩石圈的人和研究大气圈、电离层的,碰不到一起。科研工作者要么只看地底下发生什么事情,要么只看天上发生什么事情,很少有人既看天上又看地下。而他参与主导的这个系统打通三圈:在一个观测点上,实时监测,从地下5米至350公里高空的垂直范围,同时有效监测地振动、地形变、地磁场、地下水、气压、大气风场、大气电场等20个物理量的变化数据,再通过精密的计算和当时的数据波动值,来预判相关领域的变化。这种跨学科集成在全球尚属首次。

陈界宏介绍,这个系统是监测地震前兆全貌的重要窗口,将为揭示震前孕震机理、地壳振荡信号传播、跨圈层能量传递过程等诸多国际科学难题的研究提供必要的条件。目前,该系统已受到世界同行关注。

现在,全自动化的观测站在两套系统支撑下,可基本做到无人值守,实时观测的数据传回位于武汉南望山下的中国地质大学(武汉)数据中心,由研究人员进行分析。

今年的青海玛多7.4级地震和云南漾濞6.4级地震震前,陈界宏团队发现有多圈层振动和驻波效应。地震发生前,在震中区附近,地表持续发生低频的地壳振动,这种振动有可能产生从地下到电离层间的大范围共振效应,我们暂且叫它‘驻波’效应。陈界宏说,可通过多圈层振动和驻波效应初步推测,地震前可能有一种停滞在某个特定空间位置的波动,这种波动可以同时在岩石圈、大气圈和电离层圈观测到。这一发现的深层意义是,如果这件事情是真的,有机会完善震前异常的机理与模型,了解多种物理参量震前异常的关联性。陈界宏说。据《长江日报》