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全球M≥9.0地震是如何炼成的? 精选

已有 3101 次阅读 2018-10-19 09:35 |个人分类:地震风险|系统分类:科研笔记| 标志性地震, 孕育过程

 1、引子

参考《全球地震目录》(宋治平等,2011),不同学者给出的研究结果,以及主要机构给出的震级参数,我们【1】给出了有史以来全球M≥9.0地震目录,见表1

1  有史以来全球发生的M≥9.0地震 

编号

纬度

经度

深度

震级

标度

地名(中文)

1

1700

1

26

45

-125


9.0

MS

美国:俄勒冈州西部近海

2

1960

5

22

-38.235

-73.047

35

9.5

MW

智利:蒙特港,巴尔迪维亚

3

1964

3

28

61.017

-147.648

6.6

9.3

MW

阿拉斯加湾

4

2004

12

26

3.295

95.982

30

9.0

MW

印度尼西亚:锡默卢岛

5

2011

3

11

38.322

142.369

32

9.0

MW

日本:宫城东部海域

 

上述地震分别发生在我们划分的哪个地震区(图1)呢?表1中编号13的地震发生在旧金山地震区(No.39),编号2的地震发生在瓦尔迪维亚地震区(No.44),编号4的地震发生在雅加达地震区(No.34),编号5的地震发生在北海道地震区(No.38)。搞定图1,可是用了近7年时间哦,在这段时间,眼瞅着不少人由“贫农”成为了“土豪”,而咱则有“土豪”成为了“贫农”,不过咱从没后悔过,感觉在自然科学的世界寻找真理远胜于人世间吃喝玩乐带来的愉悦。


1 全球地震区划分图(2.0版)

上述M≥9.0地震的发生是偶然的吗?其孕育过程有章可循吗?本文将先简介孕震断层多锁固段脆性破裂理论,然后用之分析其孕育过程。

2、预测理论

我们的研究表明,地震区积累能量发生大地震的载体为锁固段,在锁固段体积膨胀点和峰值强度点发生的标志性地震,遵循着如下简单的确定性规律,即:

S(k)=1.48kSc                                                             1

Δ=[ Sf*(1)-1.48 Sc*]/0.48                                      2

式中,Sc为误差校正后1锁固段体积膨胀点对应的CBS监测值Sf(k)为误差校正后k个锁固段峰值强度点对应的CBS预测值;Sc*Sf*(1)分别为误差未校正前第1锁固段体积膨胀点和峰值强度点对应的CBS监测值;ΔCBS误差。为何会有误差呢?这是因为时间越早,地震目录的完整性越差,所以误差就出现了。

相邻标志性地震的震级遵循什么样的约束关系呢?其是:

|MF  MC| 0.5                                                3

式中MC别为锁固段体积膨胀点和峰值强度点对应的标志性地震震级。若为双震,按能量等效原则视为一个地震考虑。

相邻标志性地震之间的预震震级满足什么样的约束条件呢?其是:

MPmin (MFMC) - 0.2                                 4

如何判断某标志性地震是否为主震呢?我们基于能量守恒原理,提出了如下判据:

EB>>EC                                                             5

式中,EB为该标志性地震发生前,其所属地震区积累的弹性应变能,EC为该标志性地震本身释放的弹性应变能。若满足式(5),则可判断该标志性地震不是主震。 需说明的是,在假设某一地震区地震效率为常量的条件下,地震波辐射能可作为弹性应变能的替换量。

嗯,我们预测标志性地震、判断预震震级上限与主震的公式,是如此简单哦,正所谓大道至简嘛。写到此,不由想起了科学巨匠们关于“简单”的名言,供童鞋们做科研时参考。

伽利略建言“自然界总是习惯于使用最简单和最容易的手段行事。”

达芬奇认为“自然界总是以最简洁的方式行动。

爱因斯坦提出了逻辑简单性原则,认为“这些不能在逻辑上进一步简化的基本概念和基本假设,组成了理论的根本部分,它们不是理性所能触动的。一切理论的崇高目标,就在于使这些不能简化的元素尽可能简单,并且在数目上尽可能少,同时不至于放弃对任何经验内容的适当表示。

牛顿悟到“把复杂的事情简单化,可以发现新定律。”

言归正传,那么地震们认可这些简单的公式吗?别急,咱不看广告,而要看疗效,以下将通过实际震例分析,用数据说话。

3、震例分析

3.1 旧金山地震区

该区曾发生的3次标志性地震(图2)分别是:17001月26日北美卡斯卡迪亚俯冲带MS9.0地震,1899年1月24日格雷罗Muk8.6/9月10日阿拉斯加湾MS8.6双震,1964年3月28日阿拉斯加南部MW9.3地震。

image.png

旧金山地震区1523.12.20-2016.2.24之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MW≥7.0级地震事件;误差修正已被考虑)

遗憾的是,由于该区1700年以前地震目录缺失,不清楚1700年MS9.0地震前是否发生过其它标志性地震。然而,从我们分析过的震例看,MS9.0地震前应有多次不小于8.5级标志性地震发生。

3.2 瓦尔迪维亚地震区

该区曾发生M≥8.0地震67次,其中1960年5月22日智利瓦尔迪维亚Mw9.5地震,是有史以来全球地震的“冠军”得主。该区发生的3次标志性地震(图3)分别是:1716年2月秘鲁Muk8.8/8.6双震,1906年1月31日厄瓜多尔西部近海Muk8.9/1907年11月16日秘鲁乌奇萨MS8.7双震,1960年5月22日智利瓦尔迪维亚MW9.5地震。该区在向下一次标志性地震演化过程中,曾发生2010年2月27日智利比奥比奥近海MW8.8,这是一次显著预震。嗯,未来有标志性地震发生的地震区,显著预震们总是不甘寂寞滴。

image.png

3 瓦尔迪维亚地震区1471.8.29-2016.2.24之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取ML≥6.0地震事件;误差修正已被考虑)

3.3 雅加达地震区

该区曾发生的4次标志性地震(图4)分别是: 1818118日印度尼西亚巴厘海MS8.5地震, 1861216日印度尼西亚拉贡迪MS8.5地震,193821日班达海MW8.5地震,20041226日苏门答腊西海岸MW9.0地震。

image.png

4 雅加达地震区1629.8.1-2016.2.24之间CBS值与时间(t)关系

(数据分析时选取ML≥7.0地震;误差修正已被考虑)

3.4 北海道地震区

该区曾发生的3次标志性地震(图5)分别是: 189865日日本海沟Muk8.7地震,1952114勘察加东部近海MW8.9地震,2011311日日本宫城东部近海MW9.0地震。

image.png

5 北海道地震区144.2.15-2016.2.24之间CBS值与时间(t)关系

(数据分析时选取MW≥7.0地震;误差修正已被考虑)

从上述震例分析可看出,各地震区标志性地震的孕育规律遵循着式(1),其震级约束关系满足式(3),相邻标志性地震之间的预震震级上限满足式(4)。这充分说明:标志性地震的发生有规律可循,具有可预测性;预震震级上限有“法”可依,不会乱来。我们根据式(5)判断,这些发生过M≥9.0地震的地震区,其主震均尚未发生,故未来各区的防震减灾工作仍任重而道远。

4、讨论

从岩石力学原理上说,在能量持续供给下,一个特定地震区某个地震周期内,承载力较小的锁固段会首先断裂,然后应力转移到承载力相对较大的锁固段上,导致其发生断裂,依此类推,直至承载力最大的锁固段发生宏观破裂,即主震发生。显然,主震前的所有地震,无论其大小均表示地震区处于能量积累过程,而主震和其后的余震才表示能量释放过程(图6),其遵循着能量(弹性应变能)守恒原理。按此原理,才能合理解释地球上以前从未发生过M9.0地震的地震活跃区,近些年才发生如此规模地震的事实,如2004年印尼苏门答腊MW9.0(图4)和2011年日本MW9.0(图5)海啸地震。从图4和图5可看出,这两次MW9.0地震均为标志性地震,为可预测地震类型,其发生前所属地震区分别曾发生多次不小于M8.5的标志性地震和数量众多的预震。能量计算表明,该两次MW9.0地震发生前,其所属地震区积累的能量均远大于其本身释放的能量,由式(5)判断其不为主震,说明其发生并非偶然,而是能量积累到一定程度后的必然结果。

image.png

6 地震区地震周期旋回

参考

1】地球发生过几次M≥9.0地震?

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1108888.html

其它(略)

 




http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1141661.html

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