22年11月28日/【知识更新】

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国家地震烈度速报与预警工程明年底竣工

央广网

2022/11/27 08:45 北京市

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本报北京11月26日电 （记者喻思南）记者从日前召开的2022年全国地震科技工作会议上了解到，近年来，地震科技助力防震减灾工作提质增效。我国地震监测核心技术实现自主创新可控，国内地震自动速报平均用时缩短到2分钟，地震参数自动速报达到国际先进水平。国家地震烈度速报与预警工程将于2023年底竣工验收，届时将在我国重点地区实现秒级地震预警和全国分钟级地震烈度速报能力。

据介绍，聚焦我国步入世界地震科技强国之列的奋斗目标，中国地震局将开展一系列工作，其中包括建设中国地震科学实验场。该实验场将在川滇地区建设高时空分辨率地震观测网、地震预测应用分析平台、地震灾害链观测实验平台，聚焦中长期预测、短临预测、触发地震、工程结构响应、地震灾害链等5个方面的科学目标，开展攻关研究，力争在地震孕育及致灾机理认识方面取得重大原创性突破。

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科学家开发出预测海啸新模型

参考消息

2022/11/27 18:46 北京市

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参考消息网11月27日报道据埃菲社11月21日报道，智利大学的研究人员最近研发出一种预测海啸的新模型，并将成果发表在英国《自然·科学报告》杂志上。该模型可以对这些现象的危害进行更加接近现实的评估。

智利大学地震风险项目的研究员毛里西奥·富恩特斯指出：“这项研究的结果代表了建模方式的一个重要变化。与此同时，这些结果可以直接应用于海啸灾害地图和图表的绘制。”

该项目的研究人员表示，由于该模型可以在世界任何地方复制，因此可以在一个可接受的概率范围内，模拟海啸可能在某个特定地点发生并造成影响的各种方式。

这项题为《运动学上的复合源诱发的随机海啸模型》的报告指出，一般来说，海啸的危害取决于不同海啸源头的概率特性，如地震、滑坡、火山、小行星撞击等。


2021年11月5日，在马耳他马尔萨什洛克，直升机参加海啸救灾演习。（新华社资料图片）

报告称，众所周知，大多数海啸都是由大型逆冲区地震造成的。在所有经过确认的海啸中，大约有70%（2767个中的1942个）与地震有关。（编译/刘丽菲）

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再现地震灾难之1906旧金山大地震，这波奇葩操作，真不愧是美国

雪亭史记

2022/11/23 11:06 天津市

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前言

曾经，在一些网络上有这么一段流传，日本在当年的福岛核事件中，在期间还曾号召了世界各国的专家们，想要让这些专家们能够想想办法怎么样才能很好地控制住燃料的泄露。可是，在各国的专家们提出无数的计划后还是没有一点效果，在危机的关头一群俄罗斯的大汉们突然登场了，据他们表示：这些小活儿真是太简单了，你再往电站上面扔上一枚炸弹，让它里面的燃料自己全部耗完不就好了吗？


此时都还在满地找眼镜的日本人果断拒绝了这个奇葩的想法，可能是已经遭受两次核弹的危险还没缓过来呢，绝对不想要再遭受第三枚核弹了。可能之所以这个段子能够流传在网络上，其中一个重要原因可能就是这些俄罗斯大汉们对于爆炸艺术的痴迷，想想这也的确像是他们能做出来的事情。因为他们就曾在先前利用核弹去开矿井，挖水库甚至还能够使用核弹去成功封闭天然气的泄露，你不夸它真的是对不起他们对这些简单事情的这波狠操作。但是很多人都不太了解，其实这种操作，彪悍的美国人在20世纪初的时候就已经开始了。

美国旧金山大地震

1906年4月的一天，美国的旧金山发生了一场7.9级的大地震，这场大地震可谓是在美国的历史上国家主要城市所遭受的最严重的一场自然灾害。在当时旧金山整个城市中的房屋全部倒塌，路面全部都已经凹凸不平了，简直就是一片废墟。然而按照常理，在灾难过后的人们应该迅速开始整顿并投入到重建国家的行动中，可是此时的城市中竟然开始接二连三地发生城市居民纵火的现象。因此，在地震当中还没缓过来的旧金山又陷入到了大规模火灾当中。这又是为何呢？


其实，让这些居民自损利益做出这种举动，终归还是因为当时的美国政府。此次所发生的大地震对于美国的经济也造成严重的损伤，甚至开始从旧金山转移到洛杉矶，而在火灾之后的美国又一次造成了无法估量的损失。当时的美国政府为了能够让自己的经济损伤降到最低，他们选择对外进行谎报，此次地震所造成的死亡人数大概在3000人左右，可是美国政府却向外谎报死亡人数仅不到500人。他们想要将损伤谎报降至最低，因为只有这样才可以防止那些对旧金山有商业投资的投资商们撤回资金。

在这么严重的灾难面前，美国政府做出的这种行为真的令人反感，不要说本国的居民了，就连我们听了都感觉实在反感，他们竟然选择的还是自己本国的经济发展。就像前段时间的新冠一样，美国政府竟然告知居民们没必要太慌张，该干什么就干什么，完全不将此次新冠当回事。感染人数每天持续上涨，说他们不慌那绝对是假的。由此可见，这些资本主义的弊端暴露的是淋漓尽致。


爆破高手伯明翰

美国刚发生大型地震紧接着就是严重火灾，在如此危机的时刻，消防员应该是非常重要的了。实际上当时美国的消防员都是经过严格培训的，所以他们还是有一定的水平的。就像当时在美国最有名的消防专家沙利文，同时也是很厉害的爆破高手。他们在当时就绝对使用炸药灭火的方式来控制火势，很多人可能听了之后绝对有点不可理喻，炸药灭火不是火上加火吗？怎么会来灭火呢？

其实炸药灭火是很科学的，其实在当时他们就是利用炸药来进行四面爆破从而将建筑炸毁，这样也就形成了一层物理的防火带，对于周围的其它建筑其实也是没有影响的，只要将所需要的炸药的埋设和它的量掌握好，是完全没有问题的。面对这种状况，对于沙利文来说也是小意思了，因为他已经有足够的经验了。可是不幸的是，沙利文在拯救被地震困在高空中的妻子的时候，不幸死了。于是，美国政府就只能将这次任务转交给另一位爆破高手，也就是伯明翰先生。


其实伯明翰先生还是很厉害的，可是在事发当天可能是喝了点酒，在爆破之后还引起了新的失控火场。有目击者表示，当时伯明翰已经完全的消灭了火势，可是由于使用的炸药用量过大，所以有很多的可燃物都被崩出去了，所以才会导致其它地区火灾的发生。

消防员的操作看不懂

就在伯明翰正在加紧灭火的时候，当时军队的一位军人突然感到，他们来是配合消防队进行灭火的，可想而知，军队的实力也是非常强的。于是军人们熟练地将各种爆炸物投入火中，可是因为一些军人错将黑火药当成炸药扔进火中，火势不但没被消灭，反而是火上加火了，黑火药的助燃效果的确不错，导致火灾继续向四周蔓延。灭火能够灭到这种程度，想必连他们自己都非常苦恼了，所以他们绝对发出大炮进行灭火。


最终火势在完全被消灭之后，旧金山的百分之八十的建筑已经完全被销毁。因为火灾也已经将市政府的建筑全部覆盖了，里面的一些居民出生记录和移民记录也已经完全被销毁，而那些之前是非法移民的人口也迅速生成自己就是在这里生活的，就是这里的居民。据统计，1906年末，旧金山本市的人口突然暴增。

结语

此次灾情有人哭有人笑，想必美国的政府也只能欲哭无泪啊！并且此次的旧金山大地震也是人类历史上第一次以照片的形式来记录灾情，也为日后地震研究学的历史提供了宝贵的资料，这对对于人类的意义还是很大的。其次我想说，军队在战乱时期承担着维护国家安全的使命，而在灾难面前承受着的是进行救援的重要力量。看完此次事件你有什么特别的感悟呢？欢迎评论区留言分享。

参考文献

《世界名人语录

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听说，高铁可以激发地震波？这背后暗藏着怎样的玄机？

中科院物理所资讯号

2022/11/27 20:06 北京市

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高速铁路

简称高铁，是一种比普通铁路速度更快，使用特别机车车辆与专用轨道的铁路运输系统。因其快捷且舒适，现已逐渐成为人们穿梭于城市间的首选交通工具。

1964年，世界上第一条高速铁路—东海道新干线在日本开始运营，高铁由此进入人们的视野。


1978年，邓小平同志访问日本，乘坐新干线铁路上的高速列车(图片来源：维基百科)


日本的东海道新干线高速线(图片来源：新闻)

中国的高铁起步于九十年代，但发展迅猛。截止2022年9月底，我国已开通多条高铁线路，运营里程高达4.1万公里，拥有着系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行时速最高的高速铁路网。


现今中国高铁运营列车主力车型—和谐号CRH380A（图片来源：维基百科）

中国高铁的发展对应着中国坚持原始创新、引进消化吸收再创新以及全面自主创新的过程，是多学科交叉，多个科研团队协作的结晶。围绕高铁开展的研究，不一而足。高铁蓬勃发展的同时，高速列车及重载列车行驶过程中对周边环境的影响开始进入研究视野。

高铁在运行过程中，其车轮与铁轨挤压摩擦会引起铁轨的震动，从而产生地震波向地下介质中传播。

这些地震波的存在和传播可能会威胁建筑物及工程结构的安全，常常被工程界视为一大危害。许多科研团队聚焦于压制车厢及路基的震动以提高高铁列车及路基的安全系数，从科学原理到技术应用取得一系列进展。

行进中的高铁



（图片来源：中国铁路）

从环境科学和工程防护的角度，高铁引起地面振动是一种有害扰动，需予以压制。但在地震学家眼中，这些振动信号恰恰是照亮地下空间的一盏明灯。


图4 高铁震源激发地震波(图片来源：《中国科学：地球科学》封面)

所谓雁过留痕，传播到地下，再反射到地面的地震波携带了丰富的地下结构和物理属性信息，地震学家通过专业手段，能够将这些信息提取出来，从而达到探测地下地质结构的目的。

21世纪初，我国的一些地震学家对普通火车的振动信号进行了初步分析，研究发现列车的振动信号具有绿色环保、重复性好和稳定性强的优点，可用于地下结构的信息探测，为地球物理勘探开辟了新途径。遗憾的是，在之后的十几年中，除了国外一些学者零星的研究，国内地震学方面的专家对列车震源的研究一度延搁。直到2018年1月，在中科院地质与地球物理研究所李幼铭研究员召集下，联合北京大学、西安交通大学和北京化工大学等十几家高校和科研单位的地震勘探专家成立“高铁地震学联合研究组”，对高铁作为一种移动组合震源展开研究。

这一研究主要针对高铁路基安全、地震预测、智慧城市地下空间探测与监测等重大问题需求，变革性地把高铁噪声源转变为可利用的优质震源。探索了高铁震源激发的地震波场新理论，发展了基于高铁震源的地下介质结构探测、动态监测等系列新技术。近乎从无到有，赋予了高铁地震学新的生命力，现今已取得了大量的研究成果。



图5 传统震源激发方式

实际上，地震波一经激发，在地下空间中传播所遵循的物理原理，与传统地震勘探中的地震波并无二致，不同之处主要在于震源的激发。

传统的地震勘探通过爆炸型震源或可控震源，来激发地震波获得地下构造信息和物理属性信息。

然而，这种震源十分昂贵且重复次数有限，同时也可能对环境造成危害。高铁作为地震震源稳定性甚好，可全天候多次重复激发，并提供海量可供分析的地震时间记录，且对环境没有损害，是一种新型的绿色震源！


高铁在行进过程中是如何产生地震波的？

这是高铁地震学的一个首要且极其重要的问题，相关学者将高铁产生地震波的物理机制描述为：高铁在行驶过程中，车厢的重力通过车轮作用在铁轨上，使铁轨发生弹性形变。铁轨由于形变所产生的应力再通过轨道系统和大地的接触点传递到地下，造成地下弹性介质发生形变。弹性介质的形变继续往地下传播，进而形成地震波。



图6 单节高铁车厢行驶中激发的地震波（地下介质为逆冲断层模型）

实际上，高铁地震的激发机制和近场传播理论十分复杂。学者们在研究过程中一般将轨道系统和大地的接触点看作震源激发点来简化高铁地震的激发过程。这种简化一般分为两种情况，如果高铁在平地上运行，那么可以将枕木看作震源；如果高铁在高架桥上运行，那么可以将桥墩看作震源。由于高铁运行高架桥上可以控制路基沉降，减少土地占用，减少环境和噪声污染。因此，我国的高铁有一半以上的铁轨建在高架桥上。



图7 高铁的枕木模型（上）、桥墩模型（下）（图片来源：宇康建筑工程、筑龙学社）

如何表达高铁震源函数？

为了简化计算，研究人员将铁路桥墩所在的位置作为高铁震源的激发点，将单节车厢震源简化为一个点源，高铁震源函数为这些单节车厢震源的延迟叠加。行进中的高铁依次驶过不同桥墩激发出地震波，这类似于我们传统地震勘探中的“延时放炮”。通过对高铁运行速度、车厢几何参数、轮对负载和桥墩参数等进行参数化，从而实现对高铁震源子波的数学表达。

高铁震源的地震子波如何表示？

地震子波是地震勘探中的一个重要的概念，是地震激发的一段具有确定的起始时间、能量有限且有一定延续长度的信号，可以被视为地震记录中的基本单元。

如果将地球介质看作一个系统的话，地震子波是这个系统的输入，而在地面接收到振动信号则是这个系统的输出，系统输出的性质往往受系统输入主导。因此，对于高铁震源来说，找到能够准确描述其震源子波的数学表达是至关重要。

在传统的地震勘探，常用Ricker子波作为地震子波。对于高铁震源来说，常采用欧拉-伯努利梁（E-BEB）模型。通常将静止状态下高铁的单个车轮对轨道造成的形变量看作是单个车轮的地震子波。

本质上是单个车轮地震子波的周期重复，因此在震源子波的频谱中会有等距窄带的出现，而相邻窄带之间的距离恰好等于移动速度和车厢长度的比值。



图9 (a)传统地震勘探的Ricker子波(b)高铁震源的E-BEB模型

高铁震源数据的野外采集工作

理论建模是基于一定假设，有着一定的局限性，需要通过实际工作来检验有效性。目前国内很多科研团队已经开展了高铁震源数据的野外采集工作。北京大学宁杰远教授团队采用三分量的速度台站在河北省容城县高铁数据采集工作。


图10 河北省容城县高铁数据采集。红色三角形为布设的12个台站。

高铁震源的实际应用

地下结构的成像是高铁地震学的重要任务，即利用地表观测到的数据来反推地下结构和物性的过程。然而，对于高铁这一全新的震源，目前的成像工作主要还是基于理论数据的，实际数据的应用案例非常少。

沙特阿美石油公司北京研究中心的刘玉金等人利用地震干涉面波反演技术对西安某段高铁的地震数据进行了分析，成功反演出近地表的分层结构。


图11 西安某地高铁数据观测，23个检波器以4米间隔平行高铁轨道布设。


借用杨文采院士的话作为结语：高铁列车系统的建设是中国实现工业与科技现代化的成功标志之一，也是中国人民的骄傲。

高铁列车的运作不仅产生了一种全新的移动交通工具，还震动了大地，在地壳中创造出一种全新的地震波场。地球在进行某种地质作用的时候，一定会发出一些信息，通知有关的存在做出响应。聪明的人会利用这些信息及时地进行创新。地震学家们根据高铁列车的运行进行了浅层地质构造成像和工程监测的研究，把时代的发展与地球科技结合起来，为人类社会的可持续发展做贡献，值得我们认真学习！

参考资料

[1]王之洋,陈朝蒲,白文磊等. 2022, 高铁列车通过高架桥桩基础激发地震波响应分析.地球物理学报, 65(7):2622-2635.

[2]李丽,彭文涛,李纲等. 2004, 可作为新震源的列车振动及实验研究. 地球物理学报,47(4):680-684.

[3]蒋一然,宁杰远,温景充等. 2022, 高铁地震波场中的多普勒效应及应用.中国科学:地球科学,52(03):438-449.

[4]曹健,陈景波.2019,移动线源的Green函数求解及辐射能量分析：高铁地震信号简化建模．地球物理学报，62(6):2303－2312，

[5]张唤兰，王保利，宁杰远等．2019, 高铁地震数据干涉成像技术初探.地球物理学报，62(6):2321-2327.

[6]张固澜，何承杰，李勇等．2019, 高铁地震震源子波时间函数及验证．地球物理学报，62(6):2344-2354.

[7]王晓凯，陈文超，温景充等．2019, 高铁震源地震信号的挤压时频分析应用．地球物理学报，62(6):2328-2335.

[8]王晓凯，陈建友，陈文超等．2019, 高铁震源地震信号的稀疏化建模．地球物理学报，62(6):2336-2343.

[9]蒋连斌，侯成福，刘仁武等. 2009, 沙特复杂过渡带地震资料采集中的难点及对策. 石油物探, 48(2):1000-1441.

[10]李幼铭，宁杰远，陈文超等. 2022，高铁地震学引论，化学工业出版社.

[11] Liu Y, Yue Y, Luo Y, et al. 2021, Theseismic broad-band signature of high-speed trains running on viaducts.Geophysical Journal International, 226(2): 884-892.

来源：中科院地质地球所

编辑：深浅