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飞达光学网: 技术论文 / 激光技术 / 激光应用 / 利用激光双光束干涉方法测量地球潮及监测地震
利用激光双光束干涉方法测量地球潮及监测地震
2004-12-03    周海光 徐剑芳    来源:转载自:光电激光
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利用激光双光束干涉方法测量地球潮及监测地震

  人们发现,通常在地壳深处10~20km处的岩石发生形变产生应力时,岩石发射“剪切波”―作迅速的振动性运动。对这些波加以分析,就能获得关于地震积累能量过程的信息。如果在大地震前对这些波型加以正确解码,就能准确地预报地震的时间和强度。

  地壳的形变测量是相当困难的。然而月球对地球的引力引起地壳周期性的形变,即地球潮或称固体潮。俄国科学家指出,在大震前将出现周期1min~20min的地球潮,在大震前一昼夜振动幅度增大,并出现“突变反向”现象。这种现象在大震半年后才会自动消失。因此为预报地震,首先应测量地球潮。但地球潮引起的地壳应变甚小,如相隔100m的两点形变约为2μm左右;且需持续监测10~20年,才可能分析地球潮的规律从而发现微震并达到预报大地震。

  对于地球潮,一般测量手段,如石英管应变仪,激光光电测量方法都达不到要求。我们提出利用双光束激光干涉仪测量地球潮,并建议在厦门及台湾海峡两岸的备战隧道安装这种仪器。


  地球潮形变曲线包含两项成分,其中第1项为地球弹性介质对固体潮汐的响应,可用潮汐因子表示;第2项是漂移,包括仪器本身漂移,外界干扰,地下密度变化和物质迁移等。在地震预报中用地球潮预报地震的主要方法是检测潮汐因子的变化,一般情况下潮汐因子在仪器观测精度范围内变化。由于在应力场作用下,其介质的变化可能导致潮汐因子地震前的变化,潮汐因子随时间变化异常,其时间、幅度与震级关系不大,主要在于有无趋势变化,异常特征如果存在趋势性变化,则表明700km范围内有6级
以上地震。在非潮汐曲线中,对其零漂曲线呈线性且有规律变化的曲线,如果发现偏离正常背景值,而且不能用仪器本身问题和干扰因素解释的异常,可以与地震有关的异常变化来考虑,同时斜率的变化也是衡量有无异常的标准。

  为了准确测量地球潮,应尽量消除外界干扰,如调整棱镜M1的位置使光路SM1及SM2之间暴露于大气中的光程相等。由于空气中的光波长会受到与气压,温度等有关的空气折射率的影响,因此,只要干涉仪两臂暴露于大气中的光程相等,就能抵消空气折射率变化所产生的影响,从而减少测量误差。另如使用窄带滤波器W1及W2可减少环境光的干扰。但为了防止外界因素造成的地面振动(如海浪,车辆,爆破等),我们可使用一些隧道,废矿井放置地震激光干涉仪。

  台湾海峡位于环太平洋地震带,据Gutenberg和Richter的统计,在1904年到1952年期间,发生在该处的微震释放了地震所释放的总能量的74.5%,因此利用激光双光束干涉仪通过监测微震,从而达到预报海峡及其两岸大震是完全可能的。台湾海峡两岸由于长期备战,有不少山都挖空了,如能利用这些坑道,装置激光双光束干涉仪,两岸地震工作者协同研究,就可以监测海峡两岸的地壳形变。

责任编辑: FlyDa

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