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“地震能否被预测”是科学命题吗? 精选

已有 10156 次阅读 2018-9-11 10:42 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 地震预测, 科学命题

 

    每当地球上发生一次严重破坏性地震,“地震能否被预测”总是一个有争议的热点话题。悲观派认为“因为地球不可入等原因,地震不能被预测”;而乐观派则认为“随着科学和技术的发展,地震是可以被预测滴”。亲们与吃瓜群众,应如何从科学角度看待这个问题?应如何正确理解地震的可预测性问题?本文依据咱目前对地震产生过程的理解,给出解答,并期望起到抛砖引玉的作用。

    若某个命题是科学滴,除其本身须有具体明确的涵义外,还得满足逻辑自洽性与可证实性(或可证伪性)。例如,以前认为:原子是不能被进一步分割的最小粒子。如果能找到一个原子能够被分割,那么这个结论就是伪命题,在没能找到之前,这个结论可以暂时作为真命题。后来人们发现原子是由电子,中子等构成的,证明了以前的结论是错误的。

    回到本文所说的事儿,“地震能否被预测”是科学还是非(伪)科学命题呢?咱根据上述说法先做个基本判断。

    如果说“地震能被预测”,那么意味着不管大大小小的地震都能被预测,所谓能预测,隐含着两个必不可少的条件:一是得有靠谱的理论方法;二是预测的时空强三要素与实际相差不大。嗯,如果没有前者,那就是蒙和猜了,不足为道。关心地震的人们知道,地球每天发生的地震多如牛毛,没有人能预测所有这些地震。又有人说了,按照我国圈内不成文的规定,地震一般指不小于MS6.5破坏性地震,这些地震能预测就行。如此,咱接着做个简单推理,每个地震区内的岩性、构造不同,积累能量载体(锁固段)的强度与尺度不同,那么可预测的最小地震震级也会不同,用MS6.5这个“门槛”一统江湖显然并不合理。

如果说“地震不能被预测”,也太武断了,在某种程度上可以说是对人类智慧的蔑视,也是“世界不可知论”的具体体现。嗯,随着科学与技术的发展,过去认为某些不可能的事儿,不是现在已变成现实了嘛。近些年,我们的研究表明,特定地震区的某些标志性地震与标志性预震(利用地震区“时间域”或地震区内研究区的“空间域”模式),遵循着确定性规律,具有可预测性。这说明这些标志性事件有规律可循,是可预测的,至于三要素预测精度,是可以通过实战逐步提高滴,不是不能解决的问题。

综上,可认为“地震能否被预测”不是科学命题,而什么类型的地震能被预测,才是科学命题。这里得强调下,该命题的内涵有两点:其一是可预测的地震类型得有明确的物理意义,其二是能用科学理论对其进行预测。下面,本文将举例说明哪些地震是标志性地震或标志性预震。

1 标志性地震

在孕震断层多锁固段理论框架下,标志性地震定义为某特定地震区锁固段发生在体积膨胀点与峰值强度点处的地震,因需要前两个标志性地震对应的CBS值,确定第一个可判识的标志性地震发生前CBS监测误差值D,可认为除前两个标志性地震外的后续标志性地震,为可预测地震。

如唐山地震区(图1),曾发生了如下标志性地震:1597106日渤海MS7.5地震、 1668725日郯城MS8.0地震、167992日三河-平谷MS7.8地震1888613渤海湾MS7.8地震与1976727日唐山MS7.8地震。从图2看出,这些标志性地震遵循着孕震断层多锁固段脆性破裂理论,后三次标志性地震为可预测地震。

                                               

1 唐山和运城地震区地震构造图(3.6版)


2 唐山地震区公元前1767-2015.11.21之间CBS值与时间(t)关系

(数据分析时选取MS≥5.0Mv=MS5.0)地震;误差修正已被考虑)

再如汶川地震区(图3),有史以来,该区共发生三次标志性地震(图4),即13279月四川天全MS7.75地震193717青海玛多MS7.8地震2008512汶川MS8.1地震。显然,汶川地震能被我们的理论所预测。


3 汶川地震区地震构造图(3.6版)

 


汶川地震区638.02.14-2017.08.21之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MS≥5.5地震,即Mv=MS5.5;误差修正已被考虑)

2 标志性预震

多锁固段破裂时,在相邻标志性地震之间会发生诸多预震。由于通常认为预震为随机事件,其无法被预测。然而,近期我们的研究表明(杨百存等,2017ab),对存在次级锁固段的地震区或研究区,锁固段和次级锁固段的破裂特征行为具有自相似性,次级锁固段破裂发生的标志性预震在“时间域”或“空间域”的演化规律,仍遵循我们理论中涉及的CBS预测模型,但震级约束关系满足另外特定的条件。

标志性预震定义为某特定地震区或研究区次级锁固段发生在体积膨胀点与峰值强度点处的地震。

2.1 “空间域”(在地震区内合理划分的研究区)模式

李培(2016)和杨百存等(2017 )的研究表明,对特定地震区某一地震周期,在空间域上局部与整体地震序列遵循相同的演化规律,我们称之为“空间域”模式。具体做法是,在特定地震区内以断层为约束条件划分小区作为研究区,利用CBS预测模型,可对某些标志性预震进行预测。

以图1中划分的邢台研究区为例,该区曾发生3次标志性预震(图5),分别为777年河北宁晋东北MS6.0196638日隆尧东MS6.8 1966322日宁晋东南MS7.2地震。同理,可认为宁晋东南MS7.2地震能被预测。需指出的是,1882122日深县MS6.0地震是1966MS6.8地震前的1次显著子预震,1966322日宁晋东南MS6.7地震是1966MS7.2地震前的1次显著子前震。


5 邢台研究区377-2015.11.21之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MS≥5.0地震;误差修正已被考虑)

2.2 “时间域”模式

秦四清等(2016)和杨百存等(2017)的研究表明,对特定地震区某一地震周期,在时间域上局部与整体地震序列遵循相同的演化规律,我们称之为“时间域”模式。具体做法是,截取某标志性地震发生后至预期未来标志性地震前某一时间段的地震序列,利用CBS预测模型,可对某些标志性预震进行预测。

仍以汶川地震区(图3)为例,该区自2008512日后发生了3次标志性预震(图6),分别为2008525日广元MS6.4地震2013420日芦山MS7.0地震201788日九寨沟MS7.0地震类似地,至少2017年九寨沟MS7.0地震能被预测。若该区存在第3次级锁固段,则下一次标志性预震也能被预测。

上述分析说明,2013年芦山地震和2017年九寨沟地震,均为汶川地震区下一次标志性地震(MS8.0-8.3)前的显著预震,这两次地震直接相关且与汶川大地震有着密切联系。


6 汶川地震区2008.5.12UTC 6:54-2017.8.21之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MS≥5.4地震)

由于次级锁固段的存在,使得某些标志性预震能被预测,我们之前对某些地震区(中国及其周边地震区划分图3.5版)标志性预震的前瞻性预测,为此提供了可信证据。然而,预测下一次标志性预震时,需知道其对应的次级锁固段是否存在,若不存在则会得出错误结果。对此,目前尚无可靠方法,需开展进一步研究。

综上所述,特定地震区内某些标志性地震与标志性预震,因其发生的物理机制明确且有规律可循,故能被预测,为可预测地震类型。在目前认知水平下,除这些地震外的其他地震,为不可预测地震。这些可预测地震仅与锁固段或次级锁固段破裂对应的地震事件类型有关,而与其震级无关。换句话说,每个区的情况不同,如有些区我们能预测6.8级的标志性地震,而有些区我们只能能预测8.1级的标志性地震由此可见,地震能否被预测之争,本质上是对地震孕育机制与规律认识不清所致。

尽管可预测的地震仅占地震们的很小一部分,但其都是每个地震区演化过程中震级较大且危害较大的事件。自建国以来,我国已发生了多次破坏性地震,但其中造成惨重损失且令人记忆犹新的为唐山和汶川地震,如果当时有人能用科学理论作出前瞻性的确定性预测,则功莫大焉,此乃后话。不过,科学总是向前发展滴,随着咱对地震产生过程的深入理解,已有了预测标志性事件的系统的理论方法,历史已翻开了新的一页。咱也期待着,未来能有更好的地震预测科学理论方法面世,能预测更多的严重破坏性地震,以最大程度地防灾减灾。

慎言不可能,

昨日之梦想,

今日有希望,

明日变现实。

——液态燃料火箭发明科学家Goddard R.H.18821945

参考(略)

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14 李培 黄荣彬 王庆浩 杨正瓴 张国宏 吴晓娲 黄永义 吴斌 郭景涛 姬再良 周志刚 shenlu liyou1983 zjzhaokeqin

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