本發(fā)明涉及地震預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種對被監(jiān)測到的地震前兆信息進(jìn)行處理的技術(shù)，進(jìn)而預(yù)測地震震中、震級和發(fā)震時間，并及時在地震發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警的方法。

背景技術(shù)：
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地震是人類千百年來最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，人類迫切地希望能夠預(yù)報(bào)地震。盡管有極少數(shù)的地震曾經(jīng)被預(yù)測和預(yù)報(bào)，但絕大多數(shù)的地震仍然無法預(yù)測或預(yù)報(bào)，地震總是不期而遇。

直到錢復(fù)業(yè)、趙玉林、趙璧如等人發(fā)明了HRT波地震預(yù)報(bào)監(jiān)測系統(tǒng)(申請?zhí)枺?00820000524.0)，又稱PS100地電儀，通過地電阻率、地電場的測量，利用引潮力產(chǎn)生的諧振共振波(HRT波)，預(yù)測地震三要素(震中、震級和發(fā)震時間)。PS100地電儀監(jiān)測到的前兆波是屬于潮汐波，波速低，如快波速度也只有323km/h。該處理技術(shù)并非普適性技術(shù)，例如不適用于地磁監(jiān)測到的地震前兆信息的處理。

但是上述方法，由于存在著理論困難，信號不易識別等諸多問題，仍然沒能從根本上解決地震預(yù)測的問題，并且，當(dāng)有多個地震發(fā)生時，更是無法識別究竟是從那個震源發(fā)出的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對上述背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明以地震結(jié)構(gòu)爆裂動力學(xué)理論，和地震前兆流體動力學(xué)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，其中地震前兆流體動力學(xué)理論包含磁流體動力學(xué)理論。進(jìn)而提出了一種基于共振包波譜監(jiān)測數(shù)據(jù)的地震預(yù)測方法。

為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于共振包波譜監(jiān)測數(shù)據(jù)的地震預(yù)測方法，包括：

在全球各地建立監(jiān)測前兆臺，并將各個監(jiān)測前兆臺通過網(wǎng)絡(luò)新信號連成一個整體，連續(xù)采集各個監(jiān)測前兆臺對所在區(qū)域產(chǎn)生的共振包的監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述的共振包包括潮汐波共振包、地磁波共振包、應(yīng)變波共振包；

利用共振波的波形特征，將該區(qū)域采集到的各條共振波聚合繪制成共振包波譜，同時記錄下各條共振波中快波和慢波分別到達(dá)監(jiān)測前兆臺之間的時間差；

通過計(jì)算共振包中各條共振波的周期來預(yù)測地震級別，通過共振波的成長波形來預(yù)測發(fā)震時間，通過共振波中快波和慢波之間的時間差來確定震中距；

將各個監(jiān)測前兆臺所確定的震中距繪制成對應(yīng)的直線，各條直線的交匯處即為預(yù)期發(fā)生地震的震區(qū)中心，進(jìn)而及時發(fā)出預(yù)警通告；

將各個監(jiān)測前兆臺采集到的共振包波譜的數(shù)據(jù)，結(jié)合每條共振波中快波和慢波之間的時間差所形成的序列，確定震中距的序列，根據(jù)序列的大小進(jìn)而預(yù)測群震，及時發(fā)出預(yù)警通告。

進(jìn)一步采取的措施是：所述的潮汐波共振包根據(jù)其出現(xiàn)時間和成長時間，計(jì)算未知地震的發(fā)震時間的步驟具體包括：

從出現(xiàn)潮汐波共振包的當(dāng)天算起，未知地震的發(fā)震時間符合整數(shù)規(guī)則，將出現(xiàn)第六個潮汐波共振包的當(dāng)天作為未知地震的發(fā)震時間。

優(yōu)選地，還包括：根據(jù)所述的地磁波共振包根據(jù)其出現(xiàn)時間和成長時間，計(jì)算未知地震的發(fā)震時間的步驟具體包括：

從出現(xiàn)地磁波共振包的當(dāng)天算起，未知地震的發(fā)震時間符合整數(shù)規(guī)則，將出現(xiàn)第六個地磁波共振包的當(dāng)天作為未知地震的發(fā)震時間。

優(yōu)選地，還包括：根據(jù)所述的應(yīng)變波共振包根據(jù)其出現(xiàn)時間和成長時間，計(jì)算未知地震的發(fā)震時間的步驟具體包括：

從出現(xiàn)應(yīng)變波共振包的當(dāng)天算起，未知地震的發(fā)震時間符合整數(shù)規(guī)則，將出現(xiàn)第六個應(yīng)變波共振包的當(dāng)天作為未知地震的發(fā)震時間。

具體地，所述的共振包波譜呈W/M的波形曲線形態(tài)。

所述的快波為傳播速度較快的地磁波，地磁波的傳播速度介于3964km/h——9638km/h。

所述慢波為傳播速度較慢的潮汐波，潮汐波的傳播速度介于126km/h——323km/h。

進(jìn)一步的措施是，還包括：結(jié)合衛(wèi)星紅外監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象因素、水位異常因素和/或同位素異常因素，計(jì)算未知地震的震中、震級、發(fā)震時間和預(yù)警時間。

磁流體動力學(xué)是研究等離子體等導(dǎo)流體與電磁場的相互作用的物理學(xué)分支。磁流體力學(xué)將等離子體作為連續(xù)介質(zhì)處理，要求其特征尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子的平均自由程、特征時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子的平均碰撞時間，不需考慮單個粒子的運(yùn)動。由于磁流體力學(xué)只關(guān)心流體元的平均效果，因此是一種近似描述的方法，能夠解釋等離子體中的大多數(shù)現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于等離子體物理學(xué)的研究。更精確的描述方法是考慮粒子速度分布函數(shù)的動理學(xué)理論。磁流體力學(xué)的基本方程是流體力學(xué)中的納維-斯托克斯方程和電動力學(xué)中的麥克斯韋方程組。

流體動力學(xué)是流體力學(xué)的一個分支，研究作為連續(xù)介質(zhì)的流體在力作用下的運(yùn)動規(guī)律及其與邊界的相互作用。廣義地說，研究內(nèi)容還包括流體和其他運(yùn)動形態(tài)的相互作用。流體動力學(xué)與流體靜力學(xué)的差別在于前者研究運(yùn)動中的流體；流體動力學(xué)與流體運(yùn)動學(xué)的差別在于前者考慮作用在流體上的力。流體動力學(xué)包括液體動力學(xué)和氣體動力學(xué)兩大部分。它的研究方法也和流體力學(xué)一樣有理論、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)三種。三種方法取長補(bǔ)短，相互促進(jìn)。

潮汐波又稱畸形波，是指由由太陽、月球及其他天體的引潮力作用而產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象所產(chǎn)生的地球表面的周期性波動。

地磁波是指地球磁場放射出來的放射波，是一種地球所具有的磁性現(xiàn)象，羅盤指南和磁力探礦都是地磁的利用。

應(yīng)變波是指地應(yīng)力向外放射出來的應(yīng)力波，地應(yīng)力是在漫長的地質(zhì)年代里由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動等原因使地殼物質(zhì)產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力效應(yīng)，這種應(yīng)力稱為地應(yīng)力，它是地殼應(yīng)力的統(tǒng)稱。

本發(fā)明充分結(jié)合地震結(jié)構(gòu)爆裂動力學(xué)理論和地震前兆流體動力學(xué)理論，在此基礎(chǔ)上識別地震三要素的信號，任何足以記錄到地震前兆信息的手段，都可以在不同精度和速度上提取到振幅、共振周期等信號。不容易發(fā)生誤判，即使有多個地震發(fā)生，也能較為準(zhǔn)確地識別共振包并獲取究竟是從哪個震源發(fā)出的，進(jìn)而及時進(jìn)行預(yù)報(bào)，顯著提升了地震預(yù)測和預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為2016-01-24阿拉斯加地震前四個監(jiān)測前兆臺監(jiān)測到的共振包波譜變化曲線圖；

圖3為2016-01-24阿拉斯加地震的震中源示意圖；

圖4為2016-02-12新西蘭地震的震中源示意圖；

圖5為2016-04-10監(jiān)測到的環(huán)太平洋地震的群震示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的理論基礎(chǔ)，是把地震看作是地球釋放能量的窗口。地震過程劃分為能量積累、能量觸發(fā)和能量爆發(fā)三個階段；地震能的儲體是包體，類似于油氣儲體；地震爆發(fā)需滿足力學(xué)條件，就是地震結(jié)構(gòu)體(包體)的壓力必須超過覆蓋它的巖層的斷裂強(qiáng)度與重力之和；地震包體有其固有的屬性，例如振動周期，振動頻率；地震結(jié)構(gòu)體的能量積聚主要源于其下方，包含深層地殼、地幔，殼幔的構(gòu)造，它們的包體破裂、高壓高溫流體輸運(yùn)而輸入的能量，月球和太陽同地球相互作用產(chǎn)生的作用能，也是一方來源，其它遠(yuǎn)源作用影響甚微，其對前兆信息的貢獻(xiàn)可以忽略；當(dāng)?shù)卣鸢w的能量達(dá)到臨界狀態(tài)，能量的輸入將引起原有裂紋的擴(kuò)大，產(chǎn)生新的裂紋或是缺陷，于是會產(chǎn)生破裂流和伴生的破裂波；包體的輸入波同包體的破裂波相互疊加，產(chǎn)生共振波，能量強(qiáng)度大幅增加，共振波的周期和頻率均反映包體的固有屬性；地震結(jié)構(gòu)體(包體)不同，共振波的結(jié)構(gòu)也不同，如同化合物不同，紅外光譜不同，如同借助紅外特征譜識別不同的化合物那樣，同理，借助不同的共振波譜稱之為地震包體的“共振包波譜”，進(jìn)而識別地震構(gòu)造；地震的三要素——震中、震級、發(fā)震時間，以及震源深度，都深藏在共振包波譜之中。共振包內(nèi)包含的物質(zhì)是流體，有水，以及其它礦物質(zhì)，可以看作含等離子體的流體，供能體的破裂和爆裂，共振包的破裂，以及爆裂，由于形成高壓、高溫和高速流動，因而伴生高強(qiáng)度的應(yīng)力場、電場和磁場的擾動，中心場形成沖擊波，傳遍全球，因而可以被多種前兆儀器監(jiān)測到，如電測儀器(電阻儀、電位儀、電流儀)，磁測儀器(磁力儀)，力測儀器(應(yīng)力計(jì)、加速度計(jì))，以及其它的儀器(水溫計(jì)、地震儀)，地震時高速流動產(chǎn)生的熱和電磁場，亦會向太空輻射，同樣也將被衛(wèi)星等相應(yīng)的技術(shù)手段監(jiān)測到。

地震能的釋放需要通道，類似于地下核爆炸存在爆炸煙囪，地震爆發(fā)通道的開始形成是地震進(jìn)入觸發(fā)階段的標(biāo)志。該通道的最后開通即是地震的爆發(fā)，這個時間很短，通常只有數(shù)十秒，或是幾秒。地震包體的面積很大，涉及數(shù)十，乃至數(shù)千平方千米，厚度很薄。而高壓高溫流體的輸入，時間比地震爆發(fā)的時間還要短，往往只有數(shù)秒。因此，進(jìn)入地震包體的高壓流體，對于包體的作用，爆炸煙囪形成以及地震的爆發(fā)，都是沖擊波。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這些波向外傳播的均是沖擊波共振波，具有對應(yīng)的相等的共振周期。如今已經(jīng)可以借助先進(jìn)的地震前兆監(jiān)測儀監(jiān)測到這些共振波。地震運(yùn)動極其復(fù)雜，地震科學(xué)發(fā)展到今天，理論和監(jiān)測手段均已成熟；地震的預(yù)測預(yù)報(bào)已經(jīng)建立在物理定律的基礎(chǔ)上；人類對地震的科學(xué)預(yù)測和預(yù)報(bào)已經(jīng)成為可能了。

由于地磁、地電和地應(yīng)力等異常擾動主要地同地震活動相關(guān)，地震前兆波是地幔(殼幔)包體爆裂后向地震結(jié)構(gòu)包體輸送含等離子體的能流，引起地震包體的破裂和塌縮，進(jìn)而產(chǎn)生共振波，包括潮汐波、地磁波、應(yīng)變波，匯合形成共振包，以加載波(即快波)和卸載波(即慢波)的形式向外圍介質(zhì)傳播。無論是地電阻率或是地電場、地磁場，它們的跳躍式變化，也就是所謂的“異常擾動”，均是地震結(jié)構(gòu)體在外源作用下所形成的共振包波譜，共振包波譜呈W/M的波形曲線形態(tài)。它們是地震結(jié)構(gòu)體的特型體，地震結(jié)構(gòu)體不同，共振包波譜也不同，在傳播過程中，由于受到障礙物的作用，會發(fā)生畸變，但基本形態(tài)不變，共振包波譜內(nèi)潛藏著地震震級、震中和發(fā)震時間的信息，及至震源深度的信息等。

地震預(yù)報(bào)問題的實(shí)現(xiàn)，首先需要從理論上突破，揭開地震的機(jī)理，破解HRT波的本質(zhì)，建立以科學(xué)的物理模型和數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的識別和預(yù)測方法，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的信號識別能力差，地震預(yù)測準(zhǔn)確度低的問題，結(jié)合圖1所示，本發(fā)明提出了一種基于共振包波譜監(jiān)測數(shù)據(jù)的地震預(yù)測方法，包括以下內(nèi)容：

在全球各地建立監(jiān)測前兆臺，并將各個監(jiān)測前兆臺通過網(wǎng)絡(luò)新信號連成一個整體，連續(xù)采集各個監(jiān)測前兆臺對所在區(qū)域產(chǎn)生的共振包的監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述的共振包包括潮汐波共振包、地磁波共振包、應(yīng)變波共振包；

利用共振波的波形特征，將該區(qū)域采集到的各條共振波聚合繪制成共振包波譜，同時記錄下各條共振波中快波和慢波分別到達(dá)監(jiān)測前兆臺之間的時間差；

通過計(jì)算共振包中各條共振波的周期來預(yù)測地震級別，通過共振波的成長波形來預(yù)測發(fā)震時間，通過共振波中快波和慢波之間的時間差來確定震中距；

將各個監(jiān)測前兆臺所確定的震中距繪制成對應(yīng)的直線，各條直線的交匯處即為預(yù)期發(fā)生地震的震區(qū)中心，進(jìn)而及時發(fā)出預(yù)警通告；

將各個監(jiān)測前兆臺采集到的共振包波譜的數(shù)據(jù)，結(jié)合每條共振波中快波和慢波之間的時間差所形成的序列，確定震中距的序列，根據(jù)序列的大小進(jìn)而預(yù)測群震，及時發(fā)出預(yù)警通告。

所述的潮汐波共振包根據(jù)其出現(xiàn)時間和成長時間，計(jì)算未知地震的發(fā)震時間的步驟具體包括：

從出現(xiàn)潮汐波共振包的當(dāng)天算起，未知地震的發(fā)震時間符合整數(shù)規(guī)則，將出現(xiàn)第六個潮汐波共振包的當(dāng)天作為未知地震的發(fā)震時間。

所述的地磁波共振包根據(jù)其出現(xiàn)時間和成長時間，計(jì)算未知地震的發(fā)震時間的步驟具體包括：

從出現(xiàn)地磁波共振包的當(dāng)天算起，未知地震的發(fā)震時間符合整數(shù)規(guī)則，將出現(xiàn)第六個地磁波共振包的當(dāng)天作為未知地震的發(fā)震時間。

所述的應(yīng)變波共振包根據(jù)其出現(xiàn)時間和成長時間，計(jì)算未知地震的發(fā)震時間的步驟具體包括：

從出現(xiàn)應(yīng)變波共振包的當(dāng)天算起，未知地震的發(fā)震時間符合整數(shù)規(guī)則，將出現(xiàn)第六個應(yīng)變波共振包的當(dāng)天作為未知地震的發(fā)震時間。

所述的共振包波譜呈W/M的波形曲線形態(tài)。

所述的快波為傳播速度較快的地磁波，地磁波的傳播速度介于3964km/h——9638km/h。

所述慢波為傳播速度較慢的潮汐波，潮汐波的傳播速度介于126km/h——323km/h。

還包括：結(jié)合衛(wèi)星紅外監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象因素、水位異常因素和/或同位素異常因素，計(jì)算未知地震的震中、震級、發(fā)震時間和預(yù)警時間。

本發(fā)明首先需要確定異常擾動信號的歸屬問題。電場信號和磁場信號，均起源于震源，因此具有相似的臉譜。確定磁場擾動信號的歸屬和地震三要素的基本方法和步驟如下：

一、歸屬和震中

1、判識擾動信號的波譜，也就是W/M的基本構(gòu)型(波形)；

2、讀取該特征波的快波到達(dá)各個監(jiān)測站的時間(tk)，如果接近相等，便初步確定這一擾動的波源；時間愈是接近的范圍，便是震源的范圍；

3、計(jì)算磁場強(qiáng)度，劃分震區(qū)范圍，震中一般處于磁強(qiáng)高的區(qū)位；

4、觀察波譜的相位，正相和反相，震中一般位于正反相之間的經(jīng)線或是緯線之間；

5、讀取快波和慢波到達(dá)各個檢測前兆臺的時間差(波時差Δt)，由此計(jì)算出發(fā)出擾動的波源(震中)到該站的距離(震中距ΔX)；由多個監(jiān)測站的震中距作匯圖，它們交匯之處，便是震中。

二、震級

對于已經(jīng)確定歸屬的地震共振包，讀取其共振周期，便可以依據(jù)震級-共振周期公式，計(jì)算震級。

三、地震爆發(fā)時間

對于已經(jīng)確定歸屬的地震共振包，從最初出現(xiàn)的那天起算，地震約在第7天爆發(fā)；地磁共振包波圖最為神奇處，地震能量釋放通道，即爆炸煙囪，從共振包出現(xiàn)開始，共振包波譜的W/M的波形曲線形態(tài)會隨這時間成長而越長越高，約在地震前一天形成尖角，隨后出現(xiàn)高頻共振波，預(yù)示地震將在數(shù)小時后爆發(fā)。

四、群震

慢波到達(dá)觀測站，通常是多個地震形成的簇。在快波傳播過程中，遇到慢波將發(fā)生疊加，振幅出現(xiàn)大幅度增加(正相)，或是減小(反相)。無論快波或是慢波，共振周期是相等的。利用波時差簇，可以預(yù)測群震。

本地震前兆的臉譜技術(shù)，非常適合采用電子計(jì)算機(jī)，特別是群震臉譜的識別和計(jì)算，采用計(jì)算機(jī)比之普通計(jì)算器計(jì)算，既快又準(zhǔn)，效率高。

實(shí)施例一、

阿拉斯加地震(2016-01-24-10:30:3059.658/-153.452)(7.1級)。圖2所示即為阿拉斯加地震前出現(xiàn)的共振包波譜示意圖。

磁場強(qiáng)度

2016-01-20，鄰近的三個臺站，出現(xiàn)高磁場強(qiáng)度：BRW(H)，1078NT；DED(H)，898.2NT；CMO(H)，1295NT。這樣高的磁場強(qiáng)度是相當(dāng)罕見的。因此判定阿拉斯加地震一定會爆發(fā)。

震級和發(fā)震時間

地震震級：由01-20波圖，求得共振周期2.035h，依周期-震級公式，算得7.157級。本方法預(yù)測時，定為7.2級。

美國地磁臺，2016-01-16，已經(jīng)出現(xiàn)阿拉斯加地震的前兆信號，20日出現(xiàn)超強(qiáng)信息，估計(jì)這一地震將在24或25日爆發(fā)。

7.1級的阿拉斯加地震，于2016-01-24-10:30:30爆發(fā)，震中為59.658/-153.452。

阿拉斯加(01-24)7.1級地震的“源”。阿拉斯加地震已經(jīng)被預(yù)測到。依據(jù)磁強(qiáng)波圖，讀取波時差后，計(jì)算出震中距，這樣便獲得了源圖，見圖3所示。

依據(jù)多個地震的源圖，經(jīng)系統(tǒng)處理，獲得了地磁共振波快慢波速的結(jié)果：

快波速度——9368km/h；慢波速度——3964km/h。比潮汐波共振包的波速快得多，潮汐波共振包對應(yīng)的波速為323km/h、128km/h。

實(shí)施例二、

按照共振包波譜的W/M技術(shù)，2016-02-12對新西蘭將要發(fā)生的地震進(jìn)行了預(yù)測：震級6.4；震中-46.5/163；爆發(fā)時間初七至初九。預(yù)測的新西蘭震中位置，見圖4所示。

新西蘭地震于2016-02-15(農(nóng)歷大年初八)爆發(fā)，震級6.2，震中-49.1/164.5。預(yù)測同實(shí)際很接近。依據(jù)震前6.843h的共振包圖進(jìn)行計(jì)算，震級應(yīng)為6.295級。可見，于地震前一天，震中位置已經(jīng)完全確定，依各要素計(jì)算后更加接近實(shí)際情況。

實(shí)施例三、

2016年-04-10，對環(huán)太平洋地震進(jìn)行為期一周的預(yù)測，這些地震將在一周內(nèi)爆發(fā)。這些地震的震級，大于或約等于5級以上的地震，震中位置如圖5所示。對于一些信號強(qiáng)的地震進(jìn)行了重點(diǎn)計(jì)算，如緬甸地震，預(yù)測震中為21N/96E；震級6.6-7.1。緬甸地震于2016-04-13-13:55:17爆發(fā)，震級7.2(中國)，6.9(美國)；震中23.1N/94.9E。預(yù)測日本地震的震中為30N/133E，震級7.1級；日本地震，2016-04-1516:25:06，爆發(fā)，震級：美國7.0，中國7.3；震中32.8N/130.7E。4月15日，靠近南美的美國地磁臺，BOU,FRD,BSL,SJG，均出現(xiàn)了強(qiáng)地磁信號，尤其BSL和SJG最強(qiáng)，預(yù)測震中的經(jīng)度應(yīng)在這兩個地震臺之間，后經(jīng)證實(shí)，所標(biāo)示的地震都在一周內(nèi)爆發(fā)了。

本發(fā)明的基于共振包波譜監(jiān)測數(shù)據(jù)的地震預(yù)測方法，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)以建筑在物理力學(xué)定律的地震理論作為指導(dǎo)，即使是單一監(jiān)測手段，例如PS100地電儀，亦可以對地震的震中、震級、發(fā)震時間作出預(yù)測預(yù)報(bào)，可以在不同精度上提取到振幅、共振周期等信號，而匯集于波源，不容易發(fā)生誤判，顯著提高了地震預(yù)測的可靠性，實(shí)現(xiàn)防災(zāi)、減災(zāi)的目的。

(2)本發(fā)明的技術(shù)方法，所獲取的共振包信息可以覆蓋全球，有利于形成全球的信息共享，實(shí)現(xiàn)共同防治地震災(zāi)害，造福人類。