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小地震能否级联性地发展成大地震?

已有 2350 次阅读 2018-8-14 10:18 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 小地震, 大地震, 级联效应

                                              

级联效应Cascade effect)是由一个动作影晌系统而导致一系列意外事件发生的效应,类似于多米诺骨牌效应。

参见:http://www.baike.com/wiki/%E7%BA%A7%E8%81%94%E6%95%88%E5%BA%94

备注:图片来自网络,无商业目的,在此致谢。

一、引子

今年愚人节,我写过一篇题为《科研,应避免出现张冠李戴式的错误 》的博文【1】,讲述了一个关于自组织临界性(SOC)的故事。该文从SOC概念出发,通过比较沙堆模型与岩石破裂模型的差异,说明同一个概念用于不同对象时,应区别对待的道理。该文侧重的是逻辑推演,本文则聚焦于事实论据。

1997年,Geller等人【2】基于全球地震活动区震级频次统计关系服从幂律分布的认识,在不少童鞋心目中具有高大上地位的《Science》杂志上发表文章,认为地球处于自组织临界(SOC)状态,任何小地震有可能级联性地发展成大地震。该认识与地震们的实际表现相符吗?本文将基于震例分析给出解答。

对地震感兴趣的童鞋大概知道一句俗语“小震闹、大震到”。其实呢,这个事儿并不靠谱。大家晓得,地球每年发生数量众多的小地震,而发生的大地震(M≥7.0)却屈指可数。如果这事儿靠谱,同样大地震的数量就会好多哦,但事实不然。具体到一个地震区而言,如从一次大地震(如M7.0)发展到另一次大地震(如M7.0~7.5,之间不但会发生多次小地震、中强地震,还会发生强震。通常小地震后会跟随小地震,偶尔会有中强震,极其罕见的情况下会跟随大地震。因此,根据小地震猜测大地震的发生,虽命中的概率极低,但和买彩票一样,偶尔也有猜中的情况,如在197524海城MS7.3地震前,在其震中附近曾发生一次MS4.6地震(海城地震前几小时,“事后”才知道的前震)。如上所述,这样的情况罕见,依靠“小震闹”,预报“大震到”的所谓“成功”案例,难以复制。众所周知,如果是科学的认知,则必须能“复制”。

记得有人说过“提出一个观点很容易,但是要证实这个观点很难。”这就是说,任何观点如果成立必须得到实例的支持,否则可能沦为“空谈”和“空想”。 下面,咱举一个具体的例子,说明小地震和大地震的关系。

二、震例分析

昆仑山口西地震区(图1)为例,该区已发生了3次标志性地震,即19247月新疆MS7.25双震1973714日西藏MS7.5地震与20011114日青海昆仑山口西MS8.0地震(图2),这些地震的孕育规律与震级约束关系遵循着孕震断层多锁固段脆性破裂理论。可看出,1997年西藏MS7.3地震是第2锁固段发生宏观破裂前的1次显著前震,该震发生后地震区处于临界状态,直至2011年才发生MS8.0地震(图2),滞后约4年,期间曾发生诸多低于MS5.6Mv=MS5.6Mv为最小有效性震级,用之可最大程度地提取锁固段破裂事件)的小地震和中强地震(图3),其中最大一次地震为1998113日西藏MS5.4地震,显然这些地震均能引起应力涨落,如果这些涨落均能在短时间内引发孕震系统发生“级联式地雪崩”,那么该地震区在此期间会发生多次大地震;此外,在长达约4年的时段潮汐效应也能起到扰动触发作用,该地震区应在达到临界状态后不久发生大地震。然而,事实并非如此。由此可见,对于大尺度锁固段而言,即使其处于临界状态,微小的扰动并不能导致其发生雪崩,我们推测这种滞后现象是由于断层的粘滞效应所致,与扰动无关。再者,小地震不一定是由于锁固段破裂导致,也可能是大量的非锁固段(相对软弱介质)破裂事件,对特定地震区进行数据处理时,应通过最小有效性震级Mv剔除这类地震,而不必考虑之。事实上,一次标志性地震发生后,需要发生一系列中间过程地震(大大小小的预震)事件,直至监测CBS值满足临界值时才能发生下一次标志性地震,即标志性地震的孕育过程受确定性规律支配,期间不存在级联效应

看出来了吧,即使某孕震系统(地震区)处于临界状态,小地震与中强地震都不能级联式地引发大地震(标志性地震)的发生,Geller等人的认识錯矣!


1 昆仑山口西地震区地震构造图

 


2 昆仑山口西地震区1924.7.3-2015.11.21之间CBS值与时间(t)关系

(数据分析时选取MS≥5.6Mv=MS5.6)地震;误差修正已被考虑)

(箭头所指为标志性地震)


3 昆仑山口西地震区1997.11.8-2001.11.14MS-t

三、结论

我们所划分的全球62个地震区]覆盖了世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带,相关震例分析均表明:相邻两次标志性地震之间的历时通常为数十年或数百年,这是一个长期或超长期过程,而不是一个瞬态过程,该过程中标志性地震的发生遵循确定性规律,并不存在小地震直接导致大地震(标志性地震)的级联效应。

一篇论文的观点是否正确,仅与作者当时的认识水平以及编辑和审稿专家的科学鉴赏力有关,而与发表的杂志档次无关。因此,即使发表在CNS杂志上的论文,也不能认为是“真理”的化身,童鞋们不必对此盲目迷信和崇拜,应牢记质疑与批判是科学精神的重要组成部分。只有经得住实践或时间检验的认识,才是正确的客观认识,也是“早发表晚评价”的内涵所在。

参考

1】科研,应避免出现张冠李戴式的错误 

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1106804.html

2 RJ Geller  DD Jackson  YK Yan  F Mulargia, 1997. Earthquakes Cannot Be Predicted. Science, 275 (5306) :1616-1617.




http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1129091.html

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4 杨正瓴 吴晓娲 李培 张国宏

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