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2017年12月31日,曾写过一篇博文《2017年科研总结:点缀“绒花”》【1】,不少同行看了,说写的朴实无华,还挺感人。当时曾承诺,2018年仍续写“绒花”。
做科研嘛,无论是“红椒”还是“青椒”,偶尔会有突破性进展,但更多的时候是“点滴”的进步,像不起眼的绒花一样,既没有牡丹之雍容,也没有玫瑰之娇艳。然而,“星星之火可以燎原”,当“绒花”开满山崖时,也能展现出一路芬芳。
自从2009年我们提出多锁固段脆性破裂理论以来,每天都在寻找其中的Bugs,如此可发展与完善她。若把诸多“绒花”级的小问题都搞明白了,则该理论也就趋于成熟了,对锁固型滑坡和大地震(标志性事件)的预测就更靠谱了。
看别人写的年度科研总结,喜欢晒文章、项目、人才培养等,很少涉及对某些科学问题的认识程度以及研究进展。这是“炫富摆阔”呐,但对别人的科研难以有启发。鉴于此,咱写年度科研总结时,愿意围绕着“问题”来谈,或许能启迪别人的思维、让同行知晓某方面的科研进展。
言归正传,看看2018年干了点什么事儿吧。
问题1: 我们曾假设,某一锁固段被加载至峰值强度点时,再经历一个可忽略的位移或应变增量,下一个锁固段能够损伤演化至其体积膨胀点,即前者峰值强度点处的位移或应变近似等于后者体积膨胀点处的位移或应变,由此建立了多锁固段脆性破坏力学模型。虽然实例分析表明上述假设合理,但其并未经过严格的理论证明。此外,尚需弄清锁固段之间的力学作用模式,以深化对地震物理机制的认识。
为澄清上述问题,以夯实多锁固段脆性破坏理论的物理基础,我们在2018年构建了剪切作用下断层中包含两个锁固段的力学模型(更多锁固段的情况可以此类推)【2】,基于理论分析和数值模拟讨论了具有不同承载力的锁固段组合导致的力学行为,指出天然锁固段之间的力学作用遵循强作用模式,即当前锁固段被加载至峰值强度点时,再经历一个可忽略的剪切位移增量或应变增量,伴随的荷载转移可使下一个锁固段演化至其体积膨胀点。该模式能够合理解释多种地震观测现象和实验结果,如:为何许多室内岩样压剪实验难以观测到普适性断裂前兆?为何显著前震不一定指示未来标志性事件的震中位置?为何全球的地震越来越猛?为何地震应力降远小于岩样失稳应力降?
问题2:为何孕震断层锁固段在体积膨胀点初会发生高能级特征破裂事件,而一般的受载岩石或岩体不能?
大尺度、扁平状的孕震断层锁固段承受较高的温度和围压以及极其缓慢的剪切荷载或应力腐蚀作用,具有强非均匀性和低脆性的特性【3】。在这样的情况下,锁固段被加载至体积膨胀点时会发生高能级特征破裂事件,其为该点的判识标志,亦为锁固段断裂前的可判识前兆。
问题3:推测的隐伏边界断裂是否存在?
划分中国及其周边地震区时,以邓起东院士等主编的《中国活动构造图》为主要参考,据之能确定多数地震区的边界断裂。然而,有些地震区的边界断裂是合理推测的,这些隐伏断裂是否真实存在必须复核,否则心里不踏实。为此,我们查阅了数百篇文献,发现大多数隐伏边界断裂确实存在,且与我们的推测大体相符【4】。
问题4:过去对地震自组织临界性(SOC)的认识正确吗?
按Geller等“智叟”的观点,由于地震SOC的存在,地震不能被预测,这种认识正确吗?为此,我们从岩石破裂过程的基本原理出发,从逻辑链和证据链【5】两方面点出了“智叟”认识谬误的根源——“张冠李戴”,指出:由于锁固段是非均匀介质,失稳前必须出现自组织过程,自组织是“因”,临界失稳是“果”,正是因为自组织过程的存在,才使得对某些大地震(如标志性地震)的预测成为可能;两个临界点之间的破裂演化过程并不是瞬态行为,通常是一个长期过程,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(如标志性地震)的级联效应。
除此,在2018年还搞明白了其他“绒花”级的小问题,可看有关博文,在此就不赘述啦。
值得一提的是,我们在《雄安新区地震危险性评估》(2017,地球物理学报)论文中得出的结论——“建议将雄安新区抗震设防烈度从原7度提高到8度”,已被《河北雄安新区规划纲要》(2018-4-14)采纳【6】。能够为雄安城市建设和安全尽一己之力,我们颇感欣慰。
科研的目的是解决问题,在解决问题过程中的“奇思妙想”或对别人有借鉴作用。此外,对某个问题研究到什么程度,也是同行所关注滴。鉴于此,科学网博主们不妨多写点这方面的博文,乃大有裨益耳,何乐而不为呢?
参考
http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1092357.html
【2】锁固段之间的力学作用模式,《工程地质学报》,2019,待发表。
http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1122732.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1144591.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1145394.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1114384.html
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