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地温监测提前预报地震，浅层地温能层地温能监测，铁路冻土地温监测系统
摘要：本文通过对地震产生的机理进行分析，指出地球内部的膨胀是产生地震的直接原因，地震前地下温度的升高是预报地震的可靠信息，并给出监测地下温度的简单实用方法，利用该方法可以做到象预报天气一样预报地震。
对于地震尤其是破坏性大的强烈地震的准确预报，一直是人们渴望的，而时刻监测地下的温度变化，应能实现人们的这一愿望。不论是卫星热红外遥感探测的结果，还是穴居地下的动物的异常表现，都能表明地震前地下温度会升高。
大地震的发生，实际上是地壳的局部破裂产生的。而地壳的局部破裂的孕育过程即是造成地下温度升高的原因。具体分析如下：
1、建立地球的压力容器模型
我们知道地球是由地壳、地幔和地核三部分组成。地球的直径是12756千米，地核在地球的心部，它的直径是6946千米，地壳的平均厚度只有35千米，在地壳和地核之间是高温高压的地幔物质。从整体上看，地球就像是一个大压力容器，地壳就是这个压力容器的器壁，而高温高压的地幔物质就是盛装在这个压力容器内的液体介质。地壳的厚度不到地球直径的千分之三，可想而知我们地球这个压力容器的壁厚是多么的薄，如果将地球按比例缩小到直径为一米的球体，那么地壳的厚度只有2.7毫米，这是个典型的薄壁压力容器。
2、地壳破裂的孕育过程及地下温度升高分析
我们知道一个装满气体的压力容器，如果里面的气体的压力超过压力容器所能承受的压力时，压力容器就会发生爆炸;而一个装满液体的压力容器，如果里面的液体的压力超过压力容器所能承受的压力时，它不会象气体那样发生爆炸，而是在压力容器的某个局部地方发生爆裂，这样的爆裂虽然没有气体爆炸那样剧烈，但也会产生很大的振动。在地壳下的地幔物质，由于某种原因使其温度升高，体积膨胀，相应的压力就会升高，这膨胀产生的多余体积要找一个地方消化，在压力的作用下，在地壳的内侧某个薄弱的地方就会被撕开一个裂纹，高温高压的地幔物质迅速挤入裂纹，并使裂纹不断向上和长度方向扩展。地壳是由岩石构成的，岩石是一种脆性材料，没有延展性，当裂纹向上扩展到地壳厚度的三分之二处左右时，剩下的三分之一厚度的岩石抵挡不住下面地幔物质的高压作用，突然发生爆裂，地震就此产生，这就是为什么通常大地震的震源深度都在十千米左右的原因。
地壳破裂的孕育过程是比较慢的过程，通常需要十几天甚至一两个月，在这段时间里，地壳内的裂纹不断向上扩展，高温高压的地幔物质顺着裂纹不断向上挤压，地幔的高温有足够的时间将热量通过岩石向地面上传递，使这一地区的地下和地表的温度比平时要高，这是地震前给我们发出的最可靠信息，也是我们最容易扑捉的信息。
3、地震前地下温度升高的证据
卫星热红外遥感探测和穴居地下的动物的异常表现都是地震前地下温度升高的证据。
3.1 通过卫星热红外遥感技术对地震发生地区的探测，证实了大地震发生前遥感热红外异常，地表温度有升高现象。在《地球物理学进展》杂志第23卷(2008年第四期，页码1273～1281)上，有一篇《遥感技术在地震研究中的应用》文章，文中详细介绍了地震前后，卫星热红外遥感的情况，以下引用该文的部分内容：
“80年代，前苏联A.A.Tronin等利用10000景NOAA图像，对中亚地区的地震活跃地区进行卫星热红外遥感图像进行分析，发现该地区的地震活动性与遥感红外异常、断裂构造的活动有关。异常温度可达几度的量级，异常的形态为线性条带。他同时还指出，遥感红外异常与地下水、温室效应等环境因素也存在一些联系。
随后，Tronin等在10多年内展开了更深入的研究，对中国、日本和堪察加半岛的热红外遥感研究结果表明：(1)异常通常在地震前6～24天出现，并持续到震后一个星期;(2)异常对M>4.7级地震敏感;(3)异常范围超过100km长和10km宽;(4)异常温度达到3～6℃;(5)温度异常与断层分布有关;(6)地震井水增温异常与地表温度异常看起来是相似的。”
地震来临前地下往往会出现大面积的增温异常现象，用卫星遥感热红外技术试图能够观测到这种地球地表温度变化的范围和幅度，将日常值与地震来临前的异常值进行比对分析，从而实现对地震的预测预报。2004年，四川省地震局首先使用美国的两颗卫星尝试通过“遥感热红外技术”预测地震。“如今，越来越多的研究学者正在深入研究地表及地层不同深度温度的变化与地震的关系。
3.2 地震前穴居地下的动物的异常表现可证实地下温度增高，而温度增高的热量是来自地球的内部，最典型的动物异常现象是，在寒冷的冬天，冬眠蛇出洞在雪地里冻僵、冻死。有雪的地面其温度应低于0℃，而蛇的洞穴离地面不会很深，洞穴内的温度也不会很高，一般在10℃以下，在这样低的温度下，冬眠的蛇处在僵硬的状态，是不可能爬出洞外到雪地上的。促使蛇从洞穴里爬出来的原因只有一个，那就是洞穴内的温度升高，而使洞穴温度增高的热量只能来自地下深处。由此可见，地震前地下温度增高是毫无疑问的。
4、监测地下温度的装置和监测方法
温度监测装置的设计很简单，包含：一条多点测温线和一台温度采集器，二者用导线连起来即可，温度采集器采用无线传输方式，便于集中监控。监测方法是：将多点测温线埋入地下100-500米深处，用导线连接到地面上的温度采集器上即可。其所以将探头埋入地下100-500米深，是因为这里不会受地面的气温变化的影响，常年温度基本不变，同时可以监测到不同深度地层的温度变化情况，温度采集器可设置在地下100-500米处的年平均温度高3℃左右发出警报。温度监测装置的布置密度：在人口居住多的地方可每平方公里布置一条测温线，在人口居住少的地方可每两平方公里或每三平方公里布置一条测温线。
5、监测地下温度变化预报地震的准确性分析
我们知道地震预报有三个要素：时间、空间和强度。(1)时间的确定：根据卫星热红外遥感分析的结果，异常通常在地震前6～24天出现，可能地下温度探头比这要早两天就能发出地下温度增高的警报，不过预报地震在20天范围内发生，在时间上应是比较精确的，随着人们的经验的提高，这个范围应可缩短。(2)空间的确定：我们安装温度监测装置的密度可根据人口居住的疏密程度来确定。根据卫星热红外遥感分析的结果，异常范围超过100km长和10km宽，在这1000平方公里的范围内，安装温度监测装置密的地方有1000多个，稀的地方也有330多个，完全可以圈定将要发生地震的范围，而且还可以根据这些温度监测装置所监测的温度的高低不同，可以圈定地壳将要破裂的地方，即地震的震源所在地。(3)强度的确定：地震强度的大小与地下温度升高的程度有关，地下温度升的越高，表明地幔物质上升的离地面越近，其震源越潜，地震强度越大。在监测地下温度升高时，可采用阶梯式预报，如地下温度每升高3℃，对应的地震强度提高0.5级，即在发现地下温度比平时高3℃时，就可按最低4.7级发出预报，当温度又升高了3℃，地震等级相应加高0.5级，即按5.2级发出预报。如果在此期间地震发生，并低于5.2级，不能放弃对地下温度的监测，如果温度继续升高，按上述方法发出高级别预报;如果地下温度不再升高并有下降趋势，表明不会再有高级别地震发生，可解除地震警报。
利用监测地下温度的方法预报地震，简单、易操作，不论是时间、空间和强度都能达到较精确的预报。而该装置结构简单，造价低廉，如果在全国九百六十万平方公里全布置，形成监测网，总造价不超过一百亿元人民币，这比一次大地震所带来的损失要低的多。更主要的意义是他打破了地震不可预测的论断，能够挽救很多人的生命。
一、地震预警监测：不同深度的地温监测
为区别地表热异常来自大气还是地下，应该在地震监测站建立不同深度的地温测点，通过
对比判定其来源：等距离分点的不同深度温差由上而下递减表明热源在大气；等距离分点的不
同深度温差由上而下递增表明热源在地下。坚持常年观测，要获取长期地温与地震的对比数据，
发现地震发生与低温变化的对应规律。
地温监测场和监测网
二、地震预警地下温度场测温系统总体结构
2.1 温度采集器：根据需要实际情况，选用高精度温度采集器和温度传感器，通过无线通讯可以与计算机连接，通过专用软件完成数据显示、存贮、报警和打印的功能。
2.2 数据的显示、存储有上位机软件完成，用户可通过上位机软件查询打印温度曲线或数据表格，报警方式除了上位机通过声音报警处，用户也可以选择手机短信报警和外部继电器报警等功能（包括手机短信报警等）。
三、地震预警地下温度场测温系统主要功能
3.1测试软件的基本功能：
3.1.1报警功能：当测量值超出设定范围时，计算机音箱发出报警信号。
3.1.2报警点设置功能：用户可以需要设置每个测量点的报警值。
31.1温度曲线显示功能：显示各测试点的温度测量曲线。
3.1.3测试数据表格显示功能：显示各测试点的日期、时间、温度值。
3.1.4在测量通道信息表格内可以显示采集点名称（用户可能更改）、设备地址、当前测量值 、最大值、最小值、平均值、报警状态等信息。
3.1.5测试数据存储功能：能够存贮测试数据，根据硬盘大小一般可储存10年以上的温度数据。
3.1.6测试曲线和数据打印功能：可以打印测试数据曲线和测试数据表格。
3.1.6误差修正功能：用户可自行设定修改温度误差值。
3.1.7历史数据查询功能：用户可以查询、打印历史数据。
3.1.8网络通讯功能：系统支持网络通讯（即就地显示和异地监控）。
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