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开心一族的博客

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地震前兆次声波的探测条件  

2008-07-20 12:43:59|  分类: 灾难预测 |  标签: |举报 |字号 订阅

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开心一族(生气者)次声波预测地震问题系列博客文章之三

 

在武汉东湖磨盘山公园游览的时候,有一处楼阁景点,摆放着一个盛满水的仿古铜盆,游客用手连续搓两边的把手,盆内会出现许多水珠跳起的景象,持续用手搓,跳起的水珠越来越多,直至铜盆发出嗡嗡的声音。这就是次声波共振、频变、直至频率超过20Hz,发出声音的全过程。遗憾的是服务人员只知向游客收费,并没有向我的孩子解说其中的科普知识。自然界有许多次声源,例如,雷电、风暴、海啸、流星、山石滚落、瀑布激流、冰层开裂、雪崩、滑坡、泥石流等,一切物体的磨擦运动振动都能产生次声波。人类在生产生活中,不停地制造次声波。例如,爆破、建筑物倒塌、机械磨擦振动、机器运转等。这些次声波都会给监测识别地层深处释放的次声信号构成很大的影响。如何能够排除地球表面空间自然和人工次声波的干扰,保证探测仪器能够准确捕获地层深处震源孕育和能量积聚初始阶段释放的次声信号呢。除采取必要的环境噪音寂静和技术屏蔽措施以外,还必须满足以下两个条件。

   一、探测仪器的设置深度应能够满足监测和识别地层深处次声波信号的基本条件

地震前兆次声波的基本特性与声波是相同的。在地球表面,由于受到气温和空气对流的影响等,次声波在地面传播很容易受到风的影响而改变方向,也很容易受到地物干涉。例如,遇到建筑物衍射、折射、反射等,形成新的弯曲波、扭转波等离散的次声信号。就象山谷中回荡的声音一样,难以判定声源传出的方位。如果把次声波探测仪器设置在城市楼群中的楼房里。那么,接收到的只是空气中回荡的次声杂波和环境次声噪音。即便是组成次声接收阵,系统软件也无法从同一共振波列接收时差中计算出信号源传播的确切方位。这样的次声信号对于地震预测来说,没有实际利用的意义。

次声波在固体中的传播,除了在空气和水中所能存在的纵波以外,还有横波。此外,还可能形成新的振动方式的声波,例如,瑞利波、板波等。由于固体的不同(如岩层、黄土层)和介质的密度、温度、硬度、弹性常数的差别,次声波在固体中的传播速度很难用一个声速值。地壳深处活动断层的次声波最先传出震源中心区域的地面,扩散在地表空气中。在地表空气中传播的长周期次声波,除了弹性力作用外,还附加有重力的作用,这种情况下,次声波通常称为声重力波。声重力波在空气中传播时,在理论上可以看作是一些简正波的叠加。基本上可分为声分支和重力分支。它们在空气中传播都具有频散现象。由于重力分支主要能量在地面附近传播。相应地面附近温度较高,因此传播速度较快,传播距离比较远,易被监测仪器接收。而岩层深处震源次声波信号传播至远处的地层表面时,大部分能量已经被固体介质吸收,剩余的微弱能量信号则被环境次声信号淹没。要想获得地层深处微弱的震源次声信号,必须倾耳于地下。就象电影《地道战》中,鬼子把水缸埋于地下,倾听城外的动静一样。

由于受自然地理条件的限制,通常是把仪器设置在地势比较低的地方。如,防空地下室的底层、坑道里面的垂直房间里、自然洞穴和深井巷道等便于作业的地方。为了更加有效地接收和识别地层深处次声波信号,排除外界次声干涉因素,准确监测和采集接收记录地下次声源的传播方位、深度、地理位置等地震预测的关键要素,次声波探测仪器的设置深度愈深愈好。应尽量利用天然洞穴、深井巷道、地矿探井等,最好是把次声监测仪器设置在海平面以下8~10千米的深处,人类目前能够到达的深度。

二、探测仪器设置的最佳位置应选择在地壳构造带的基岩里

地震前兆次声波是在地块应力作用下,断裂岩层相互推覆挤压的剧烈磨擦中产生的,它的巨大功率,就象自然界的雷电一样,目前人类还不能够进行准确测量。但是,只要探测仪器设置在地壳构造带的基岩里,最好是与地震前兆次声源在同一构造带上,就能够准确监测和识别地层深处地震孕育过程中的次声源。利用两个以上不同深度的次声接收阵即可获得次声源传播方位、深度、地理位置等理想的关键数据,并且能够提高监测仪器的灵敏度,增大次声波传感器的监测半径。

次声波在同一介质中传播时,能量一直向介质的边界传播,直至功率耗尽,波列能量消失。例如,附耳于铁轨上可以听到远处的火车声;潜在水里能听到远处的轮船声音。假如把这条铁路中间的铁轨某处断开或换上其它介质,就很难听到远处的火车声;如果要探测的那条轮船不在声纳探测的同一个水域,距离再近,也很难听到另一个湖(水库)里面轮船的声音。次声波在刚性介质中的传播距离较远;在柔性介质中吸收和功率耗散较大,传播距离较近。地壳岩石圈的基岩岩层主要是岩石,因此,探测仪器应尽量选择设置在构造带的岩石基岩里,尽量避免设置在黄土层等柔性较大的介质中。通常是在基岩的坑道深处垂直房间里设置次声接收阵,在坑道底部和围岩上钻孔,把监测仪器设置在接收次声信号的孔洞里。(示意图)(待续)

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