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。

表1  有史以来全球发生的M≥9.0地震 

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1和3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。

图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_f (k)=1.48^kS_c                                                             （1）

Δ=[ S_f^*(1)-1.48 S_c^*]/0.48                                      （2）

式中，S_c为误差校正后第1锁固段体积膨胀点对应的CBS监测值；S_f(k)为误差校正后第k个锁固段峰值强度点对应的CBS预测值；S_c^*和S_f^*(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；Δ为CBS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：

|M_F  - M_C|≤ 0.5                                                （3）

式中，M_C和M _F 分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：

M_P≤min (M_F，M_C) - 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：

E_B>>E_C                                                             （5）

式中，E_B为该标志性地震发生前，其所属地震区积累的弹性应变能，E_C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：1700年1月26日北美卡斯卡迪亚俯冲带M_S9.0地震，1899年1月24日格雷罗M_uk8.6/9月10日阿拉斯加湾M_S8.6双震，1964年3月28日阿拉斯加南部M_W9.3地震。

图2 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M_W≥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M_S9.0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，M_S9.0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M_uk8.8/8.6双震，1906年1月31日厄瓜多尔西部近海M_uk8.9/1907年11月16日秘鲁乌奇萨M_S8.7双震，1960年5月22日智利瓦尔迪维亚M_W9.5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M_W8.8地震，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。

图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M_L≥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： 1818年11月8日印度尼西亚巴厘海M_S8.5地震， 1861年2月16日印度尼西亚拉贡迪M_S8.5地震，1938年2月1日班达海M_W8.5地震，2004年12月26日苏门答腊西海岸M_W9.0地震。

图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M_L≥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： 1898年6月5日日本海沟M_uk8.7地震，1952年11月4日勘察加东部近海M_W8.9地震，2011年3月11日日本宫城东部近海M_W9.0地震。

图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M_W≥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M_W9.0（图4）和2011年日本M_W9.0（图5）海啸地震。从图4和图5可看出，这两次M_W9.0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M_W9.0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。

图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）