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意大利地震与火山预测方法的研究

已有 2565 次阅读 2015-9-14 17:26 |系统分类:论文交流|关键词:地震地热说,地震柱,壳内强震,火山,预测,意大利| 火山, 预测, 地震地热说, 壳内强震, 地震柱

 

意大利地震与火山预测方法的研究

 

陈立军  陈晓逢  邵磊

 

(湖南省地震局)


作者按:

本文的英文版“Method Research of Earthquake Prediction and VolcanoPrediction in Italy”已发表在IJG,本文是与之一一对应的中文版。

英文版连接网址是 http://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=59566


 

摘要:本文采用欧洲地中海地震台网(EMSC)的地震目录,按照地震地热说原理和地震柱的概念,讨论了该地震目录的完整性与地中海地震柱的概貌,重点研究了地中海地震柱意大利分支的构造细节与构造特征,推演了2009年以后2个6级地震和埃特纳火山喷发之前壳下地震活动的前兆进程,进而总结概括了地震地热说预测方法关于估计未来壳内强震和火山活动的大致强度、大致时段和大致地点的工作要领,并就其中可能存在的疑点问题做出了讨论和说明。本文方法的原理和工作程序,在作者2012年的0419预测卡片中得到了检验,适用于全球24个地震柱内的壳内强震与火山活动的预测研究,希望能对人类的地震预报事业和火山预报事业有所贡献。

主题词:地震地热说,地震柱,壳内强震,火山,预测,意大利

 

1.  引言

地震预测和火山预测,是当今公认的世界性科学难题。近几十年来,全世界的地震科学家们发展了多种预测理论和预测方法,却依然举步维艰。作者从地震地热说的原理[1][2]和地震柱(seismic cone,以前曾称为seismic cylinder 或者地震地幔柱seismic mantleplume[3]-[5])的概念出发,提出了一套地震地热说的预测理论和预测方法,散见在科学网“陈立军的博客”之中。采用这套方法,作者于2012年4月19日向政府有关部门提交了一份3年期的全球壳内强震(沿海7级以上,内陆6级或6.5级以上)与火山活动的预测,并于近期作出年的实况验证小结,得到较好的结果[6][7]。本文利用欧洲地中海地震台网(EMSC)的地震目录,以意大利的地震柱活动为例,研究了意大利地震柱的空间图像、震源深度时序图、壳内强震预测的推演、地震柱柱体地震活动的月频次与火山喷发的关系等,将这种方法集中整理,希望能对人类的安危有所贡献。

 

2. 地中海2004年以来的地震活动概况

欧洲地中海地震中心(European-MediterraneanSeismological Centre ——EMSC)成立于1975年,2004年10月开始向公众提供地中海及周边地区的地震目录。该目录相关地区所有2级以上的地震的分布如图1所示。

 

 

 

图1 地中海及周边地区2级以上的地震分布与地震柱的划分

EMSC地震目录,2004.10.1-2014.3.29,M≥2.0

a) 总体地震;b) 深度h80km;c)三维空间分布

 

Fig.1 The distribution and the Threedimensional spatial distribution of earthquakes abovemagnitude 2 in the surrounding areas of the Mediterranean.

(By EMSC earthquake catalog, M≥2.0, 2004.10.12014.3.29)

a) totality; b) depth h80km;c) Three dimensional spatial distribution

 

图1a)为研究区内的地震总体分布。地震的地表分布主要随着李四光所主张的地中海巨型纬向构造带[8][9],壳内6级以上强震的分布也是如此。

图1b)为震源深度大于80km的地震分布,与地表地震分布差异悬殊,故以此做了地震柱的划分。按照地震柱的划分原则,将深部地震活动状态划分为19号地中海地震柱和20号西地中海地震柱。19号又细分为191意大利分支、192土耳其分支和193伊朗分支(本图中193不全)。

图1a)的所有地震的三维分布如图1c 所示。由图1c可见,地中海地区的地震活动有2个深度达690km的直立柱子,分别位于意大利西西里岛和爱琴海。其余还有一些小的柱子,未命名。

地震柱的分支也是完全独立的地震柱,具有地震柱的所有物理属性和构造属性。因此,本文重点研究意大利分支,以下简称意大利地震柱,以便于总结地震预测的思路和工作方法。

 

3. 意大利地震柱分支的研究

意大利地震柱的范围取3°~18°E、30°~50°N。

3.1 意大利地震柱的空间图像

由图1b)可见,去壳的地震分布将壳内强震和火山活动与壳下地震活动的关系表现清晰。

将图1c)中意大利地震柱的所有地震做经向和纬向的剖面分布图像,如图2所示。图2展示了意大利地震柱的真面目。图中地震的颜色代表不同深度地震,以便醒目。图2a)由南向北看,地震柱在深度100km以内呈漏斗状,100——300km内完全直立,深度大于300km时呈裙状向深部撒开。图2b)由东向西看,情形与图2a相似,只是在250——300km深度内向北微微倾斜。

350km深度以下地震分布散乱,可能由于地震定位误差造成的。

 

 

 

图2 意大利地震柱的经向和纬向剖视图像

EMSC地震目录,2004.10.1-2014.3.29,M≥2.0

a) 经向分布;b) 纬向分布

 

Fig.2 TheLongitude distribution andthe latitudinal distribution of the Italy cylinder.

(By EMSC earthquake catalog,M≥2.0, 2004.10.12014.3.29)

a) Distribution on Longitude; b) Distribution onlatitudinal.

 

有证据表明,意大利地震柱是一个p波高速异常体[3]。由周边火山活动的演变推测,这个异常体或者正在衰落,或者正在向东南方向缓慢地移动。无论如何,都有可能导致深部柱体向西、向北的偏移。

图2还有一个特殊的现象,即在埃特纳火山(37.73°N,15.00°E)的下方,50——100km深度内,明显缺失地震活动,似乎正是火山熔岩囊所在位置。埃特纳火山2010年8月25日喷发过,最大喷发指数VEI=3,2013年2月19日再度开始喷发,延续到2014年2月27日停止。

 

3.2 意大利地震柱的震源深度时序图

意大利地震柱的震源深度时序图如图3所示。图3a)依据ANSS地震全球地震目录,图3b)依据EMSC地中海地震目录。尽管两图的时长不一致,都显示了中深源地震活动“自下而上逐层驱动”的特征。这是因为,深部地震所产生的热能无法耗散,只能向上传递。

根据这个重要特征,我们有理由采用壳下的地震活动来寻找壳内强震的前兆迹象,也可以利用这样的图参照历史地震活动来估计地震柱未来的活动强度。

 

 

 

图3 意大利地震柱的震源深度时序图

a)ANSS地震目录,1963.1.1-2014.3.22,M≥4.0

b)EMSC地震目录,2004.10.1-2014.3.29,M≥2.5

 

Fig.3 Thetiming diagram of focal depth in Italy cylinder

a) By ANSSearthquake catalog, M≥4.0, 1963.1.12014.3.29

b) ByEMSC earthquake catalog, M≥2.0, 2004.10.12014.3.29

 

3.3 意大利壳内强震预测的推演

按照上述原理,作者试着推演了2009年以来意大利2次6级地震的前兆进程,如图4所示。

 

 

 

图4 意大利地震与火山活动地点预测图

a)EMSC地震目录,2004.10.1-2008.12.31,M≥2.0

b)EMSC地震目录,2004.10.1-2009.4.1,M≥2.0

c)EMSC地震目录,2010.1.1-2011.12.31,M≥2.0

d)EMSC地震目录,2010.1.1-2012.5.11,M≥2.0

 

Fig.4 Locationprediction map of Italyearthquake and volcano activity.

a) By EMSC earthquake catalog, M≥2.0,2004.10.12008.12.31.

b) By EMSC earthquake catalog, M≥2.0,2004.10.12009.4.1.

c) By EMSC earthquake catalog, M≥2.0, 2010.1.12011.12.31.

d) By EMSC earthquake catalog, M≥2.0, 2010.1.12012.5.11.

 

图4a)和图4b)针对2009年4月6日的拉奎拉(L’Aquila)6.3级地震[10]。两图的地震动态相似,而拉奎拉壳下地震密集,可能预示强震即将来临。

图4c)和图4d)针对2012年5月20日的帕尔马(Parma)6.1级地震。图4d)上2012年1-4月帕尔马地区的壳下地震活动比图4c)明显增强,可能预示即将有强震。

类似的图选取下地壳以下(深度大于20km)的地震活动似乎更为明显,但干扰也会相应增大(图略)。

这是由意大利地震预测入罪事件引出的教训[11]。

 

3.4 意大利地震柱柱体地震活动的月频次与火山喷发的关系

意大利地震柱的柱体取36°~42°N、12°~18°E。柱体地震活动的月频次与火山喷发的关系见图5。图5中实线为柱体内的总频次,虚线为35km深度以下的壳下地震月频次。两条曲线的总体趋势一致。柱状实线表示火山喷发时间及其喷发指数(表1)。粗曲线和细曲线的灰色合集是火山爆发的前兆[12] [13]。

 

 

 

图5 意大利地震柱地震活动的月频次与火山活动的关系

(据EMSC地震目录,2004.10.1-2014.4.26,M≥2.0)

 

Fig.5 The relationship between frequency moonthly of earthquake activityand volcano activities in Italy cylinder.

(By EMSCearthquake catalog, M≥2.0, 2004.10.12014.4.26.)

 

由图5和表1可见,Etna火山的每一次喷发之前,月频次均呈现由趋势上升到略有回落的过程。回落时间较短,最长3个月,最短1个月。图5中的最后一次喷发之前,柱体地震活动异常强烈,因而喷发时间也长。据http://www.sxdaily.com.cn/报道,2013年2月19日Etna火山出现喷发,而据表1则此次喷发始于2013年9月3日,止于2014年2月27日,喷发指数待定。

 

表1 埃特纳火山2005年以来的喷发记录

Tb.1 Etna volcano eruption since 2005*

Start  Date

Stop  Date

VEI

Activity  Area or Unit

2013 Sep 3

2014 Feb 27 (?)

 

New Southeast Crater (NSEC)

2010 Aug 25

2013 Apr 27

1

Bocca Nuova, NE and SE Craters

2010 Apr 8

2010 Apr 8

2

SE Crater

2008 May 13

2009 Jul 4

1

East base of NE Crater (3000-2650 m)

2007 Mar 19

2008 May (?)

2

Bocca Nuova, SE Crater and flank vents

2006 Jul 14

2006 Dec 15

2

SE Crater & flank vents; NE Crater

2005 Dec 16

2005 Dec 22

1

Bocca Nuova

* http://www.volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=211060

 

4. 地震与火山预测的工作方法

地震地热说的地震与火山预测方法主旨是以地震柱的活动性为主,辅以李四光的构造体系论。为此

4.1 地震柱的确定性研究

作者对全球划分了24个地震柱,其中19号和20号地震柱通过不同的地震目录得到了确认。各个地震柱都各自具有若干物理属性和构造属性[3]。

4.2 地震柱的活动性研究

地震柱的活动强度,通过图3中历史地震(昨天以前的地震)活动韵律来估计,并以历史地震最大震级加0.5级作为最大活动强度。

地震柱活动的大致时段,通过图3中“自下而上逐层驱动”的韵律来估计。图3的起始震级要保证能清晰反映“自下而上逐层驱动”的韵律[14][15]。

地震柱活动的大致地点,通过图4中的壳下地震活动或者下地壳以下的地震活动密集区来估计。

火山喷发时间,通过地震柱柱体地震活动月频次曲线估计。

关于地震柱的平面图、立体图、时序图、本尼奥夫剖面切片术等制作方法,在“陈立军的博客”中有详细介绍,不一一列举[16]-[18]。

4.3 壳内构造体系的研究

本方法以壳内构造体系的研究作为壳下地震活动密集区是否真实的佐证。对于壳内强震来说,构造体系主要是利于发震或者不利于发震的问题[5] [19]。

4.4 火山预测研究

壳内强震与火山喷发本是一对孪生兄弟,在同一个地震柱内可以此消彼长,因此作者曾研究过地震与火山预测的同一性[20]。

地震柱是一个大多数直立、少数斜立的柱体,指向地面有一个出地点。地震与火山预测的显著差异在于,活火山多靠近出地点(泥火山例外)而壳内强震则较多偏离出地点,甚至到达地震柱影响区的边缘。如果像意大利这样能找到熔岩囊的位置,则主要研究地震柱柱体地震活动与火山喷发的规律。

按照以上方法,作者于2012年4月19日曾经提交一张全球壳内强震与火山未来3年的中期预测卡片(简称0419卡,可向有关政府部门查询[6]),近期做出3年来的实况检验[7]。结果表明,3年来全球6.5级以上的壳内强震和火山喷发,基本上都发生在作者所给出的预测圈内或其周边,至少也在作者所估计的将会活动的地震柱内。

 

5. 讨论与结论

本文着重介绍了地震地热说关于地震预测的原理和工作方法,现就可能出现的疑问讨论和说明如下:

5.1 关于壳内强震的能量来源

人们长期以为,地震的能量主要靠地壳构造运动的应变能积累。但是,全球95%以上的壳内强震和85%以上的活火山都集中在全球24个地震柱以内,说明壳内强震与中深源地震活动关系密切[5]。由此推测,壳内强震的能量可能主要来自深部的能量补给,地壳构造运动的应变能积累或许只是补充或加强。因此,壳内强震或许与火山一样具有突发性。

5.2 地震柱的活动性与人类生死攸关

地震与断裂及其它地表构造的关系广为人知,但在地震地热说看来,断裂或者是地震活动的成因,或者只是地震活动的结果。1900年以来全球造成1000人以上死亡的地震几乎全部集中在地震柱之内(图6),说明与人类生死攸关的是地震柱,而并非布满全球的地表构造。地震柱是震源密集体,通过地震目录“3D打印”表现出来,毋容置疑。

 

 

 

图6 1900年以来全球死亡1000人以上地震的分布

Fig.6 The distribution of deathly earthquakes worldwide has been killingmore than 1000 people since 1900

 

5.3 关于火山预测的研究

作者的0419卡片对火山的预测做了很好的尝试,比如危地马拉圣地亚古多火山、新西兰汤加里罗火山和厄瓜多尔通古拉瓦火山等,都发生在作者所预测的火山圈内[6]。全球24个地震柱中大多数都有火山喷发史。目前全球的火山预测只注重地表微震的观测与研究,是不全面的,必须同时研究火山所在地震柱的火山史以及深部地震活动的规律和影响。

5.4 关于震源深度

震源深度的测定的问题,一是精确度,一是准确度。采用ANSS地震目录划分的全球24个地震柱和采用EMSC地震目录划分的地中海的地震柱的图像都是长期稳定的,二者结果吻合,足以说明两套地震目录深度测定的精度是一致的。当然,人们也常怀疑深度测定的准确度。本文预测方法关注的重点是震源深度的差异,而不是绝对深度,故不受准确度的影响。

5.5 关于大小地震的比例

本文方法目前尚未发展统计的方法,对大小地震的比例要求并不苛刻。在宏观上,作为背景资料,本方法将所有地震仅仅当作“地震”而矣,故地震震级下限只需要在所涉及的地震柱内部统一即可,尚可留有冗余。

5.6 关于地震目录

ANSS地震目录和EMSC地震目录,还有很多全球性的地震目录都是可取的。至于地震目录的时长,要求也不严格。在全球地震柱的研究比较深入的前提下,只要有10年以上的地震目录即可估计地震柱的活动性。

5.7 结论

壳内强震与火山活动给予人类带来极大的灾难。意大利因地震预测入罪事件的教训,以及社会与公众对于地震预测的非议和鞭挞,实现具有社会效益的地震预测已经刻不容缓。地中海地区拥有世界一流的地震观测资料,以意大利、希腊、土耳其的地震预测研究为先机,或许能为人类带来一丝新的希望。

本文采用欧洲地中海地震台网(EMSC)的地震目录,按照地震地热说原理和地震柱的概念,讨论了该地震目录的完整性与地中海地震柱的概貌,重点研究了地中海地震柱意大利分支的构造细节与构造特征,推演了2009年以后2个6级地震和埃特纳火山喷发之前壳下地震活动的前兆进程,进而总结概括了地震地热说预测方法关于估计未来壳内强震和火山活动的大致强度、大致时段和大致地点的工作要领,并就其中可能存在的疑点问题做出了讨论和说明。本文方法的原理和工作程序,在作者2012年的0419预测卡片中得到了检验,适用于全球24个地震柱内的壳内强震与火山活动的预测研究,希望能对人类的地震预报事业和火山预报事业有所贡献。

 

致谢

本文所采用的资料,ANSS地震目录来自北加利福利亚地震数据中心(NCEDC),doi:10.7932/NCEDCEMSC地震目录来自欧洲-地中海地震中心, GVP火山资料来自SMITHSONIANINSTITUTION网页,谨此一并致谢。

 

参考文献:

 

[1]  陈立军(2000)中国地震震源深度与强震活动状态研究[J]. 地震地质22(.4)360-370

[2]  陈立军(2012)地震地热说原理与应用. 内陆地震26 (2) 108-122

[3]  陈立军(2013)地震柱的概念及其基本特征. 华南地震33 (1) 1-14

[4]  陈立军,胡奉湘,陈晓逢(2013) 全球地震柱的地震层析成像证据. 华南地震33 (4) , 1-10

[5]  Chen, L.J., Chen, X.F., Wan, F.F., Li, P.Z.and Shao, L. (2015) Comparative Study of Global Seismicity on the Hot EngineBelt and the Cooling Seismic Belt—Improvement on Research Ideas of EarthquakePrediction. International Journal ofGeosciences, 6, 741-749. http://dx.doi.org/10.4236/ijg.2015.67060

[6]  陈立军(2015)全球主要地震柱3年期地震与火山预测卡片0419卡的有关说明. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-883826.html

[7]  陈立军(2015)20120419预测卡片的试验总结(网络版) .

http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-894296.html

[8]  李四光(1972) 天文地质古生物. 北京:科学出版社, 71-115

[9]  李四光.(1976) 地质力学方法. 北京:科学出版社

[10] 超,许力生,陈运泰(2009) 200946日意大利拉奎拉( L’ Aquila ) 地震快速矩张量解. 地震学报314):464-466

[11]陈立军(2013).意大利地震预报入罪事件的教训.http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-652328.html

[12]Chen, L.J. (2011) Volcano Research in Italy.http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-457141.html

[13]陈立军 (2011) 意大利地震柱的地震层析图像依据.http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-505496.html

[14]陈立军(2011) 壳下地震活动的研究. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-649931.html

[15]陈立军(2011) 地震柱的平面三维投影技术.http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-466694.html

[16]陈立军(2011) 地震柱的三维立体图像制作.http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-466867.html

[17]陈立军(2011) 地震柱活动时序图的制作.http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-467181.html

[18]陈立军(2013) 青藏高原的地震构造与地震活动. 地震研究36(1)123-131

[19]陈立军(2015) 2013年巴基斯坦7.7级地震与兴都库什的地震构造.内陆地震,29(1)15-27. doi10.16256/j.issn.101-8956.2015.01.002

[20]Chen L.J. (2011) Identify Study of Earthquake Prediction & VolcanoPrediction. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-423131.html

 

 

MethodResearch of Earthquake Prediction and Volcano Prediction in Italy

Lijun Chen*, Xiaofeng Chen, Lei Shao

Earthquake Administration ofHunan Province, 410004, Changsha, China

Email*: seisman@foxmail.com

 

Abstract

This paper adopts the earthquake catalogue ofthe European Mediterranean Seismological Centre (EMSC), in accordance with theprinciples of Seismo-Geothermics Theory and the concept of seismic cone; it discusses the integrity of theearthquake catalogue and the overview of Mediterranean seismic cones; itfocuses on the structural details and structural feature of the Italian branchof the Mediterranean seismic cone; it deduces the precursory process ofsubcrustal earthquake activities before two earthquakes magnitude over 6 and 2eruptions of Etna volcano since 2005; then it summarizes the prediction workingmethod of Seismo-Geothermics on estimating the general shell strength, the general period,and the rough location of future earthquake or volcano activities; and finallyit discusses and explains some possible problems. The principle and workingprocess of this method was testified in card No. 0419 in 2012, the author'sprediction card, which can apply to predict for shell strong earthquakes andvolcano activities within the global twenty four seismic cones. The purpose ofthis paper is to develop the tools and methods of the prediction of futureearthquake and volcano.

 

Keywords

Seismo-GeothermicsTheory, Seismic Cone, Intracrustal Strong Earthquake, Volcano, Prediction, Italy

 




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