登高望远分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qsqhopeiggcas 天马行空,寻求真谛

博文

标志性地震前的地震平静期与可预测时间尺度

已有 2074 次阅读 2019-4-6 09:18 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 标志性地震, 地震平静期, 可预测时间尺度

    我曾在博文《“地震能否被预测”是科学命题吗?》【1】中指出,地震区标志性事件——在锁固段和次级锁固段体积膨胀点和峰值强度点处发生的地震,其遵循确定性演化规律且具有明确的物理意义,故这类事件具有可预测性;而其他的地震,无论大小,依靠目前的知识则无法预测。标志性事件,如1976年唐山地震和2008年汶川地震,是地震区某一演化时段发生的最大地震,常造成严重的人员伤亡和财产损失。那么,这类事件的可预测时间尺度是多大呢? 为此,本文从地震平静期现象入手,以锁固段标志性地震为例,阐释其可预测时间尺度。

不少人士晓得,地震预测按时间尺度可分为不同类型。根据我们近10年对地震“脾气秉性”的理解,我们建议的类型如表1所示。

1 地震预测类型

预测类型

时间尺度

长期预测

大于10

中长期预测

5~10年内

中期预测

5年内

短期预测

1年内

临震预测

3个月内

我们最新的研究表明:(1)第k个锁固段在峰值强度点前且通常近邻该点发生一次显著前震后,再经过一个可忽略的应变,第k+1个锁固段损伤至体积膨胀点处发生标志性地震;(2)除主震外的标志性地震,均发生在锁固段的体积膨胀点处。基于上述认识,易知在显著前震发生后、后续标志性地震(主震除外,下同)发生前,第k+1个锁固段的损伤状态处于体积膨胀点前的稳定破裂阶段。

由于在显著前震发生时,伴随有较大的应力降产生,即作用在锁固段上的构造应力(梯级加载方式,在较长一段时间内可视为恒应力加载)发生较大的卸载,所以构造应力须加载至不小于显著前震发生前的应力水平,才可能发生较大的后续地震。鉴于构造应力加载速率极其缓慢(特别是板内地震区),所以应力恢复过程较长。

再者,从岩石破裂试验(图1)知,当岩样被加载至稳定破裂阶段时,其声发射(AE)活动性较弱。我们以孕震断层中存在两个锁固段为例进行了数值模拟研究,从图2可看出,在第1锁固段峰值强度点B1与第2锁固段体积膨胀点C2之间,声发射能率(震级)确实很小、事件数也少,这亦佐证了图1示出的结果。

综合上述两点分析可知,显著前震发生后、标志性地震发生前应出现较长的地震平静期。

image.png

             

1 蚀变花岗片麻岩应力与声发射事件率随时间的变化(改自张鹏海等,2017

II——弹性阶段;III——稳定破裂阶段IV——非稳定破裂阶段

image.png

2 数值模型中锁固段剪切应力与声发射能率随剪切应变的变化

那么,这个平静期究竟有多长呢?这得分板内地震区和板间地震区,不能一概而论。由于对板间地震区的加载速率较快,一般为数月至数年;而对板内地震区的加载速率较慢,一般为数年至数十年。

例如,北海道地震区(图3)是一个板间地震区,在2011311日日本宫城东部海域MW9.0标志性地震(图4)前,曾发生200875日鄂霍次克海MW7.7显著前震(据我们对显著前震震级的定义, MW≥9.0标志性地震的显著前震震级不应小于MW7.5)。该区后续前震事件均小于该震,且其对CBS的贡献很小,表明在显著前震发生后、标志性地震发生前,该区处于地震活动相对平静期。该区标志性地震滞后约两年零八个月。

 

image.png

3 北海道地震区地震构造图

image.png

4 CBS误差修正后北海道地震区144.2.15-2016.2.24之间

MW≥7.0地震的CBS与时间(t)关系

再如,唐山地震区(图5)是一个板内地震区,在1976727日(UTC)唐山MS7.8标志性地震前,曾发生1969718日渤海MS7.4显著前震(图6)。之后至唐山地震发生前,该区仅发生了3MS5.1~5.5地震,其对CBS的贡献几可忽略,表明地震活动处于相对平静期。该区标志性地震滞后约7年。

image.png

5 唐山地震区地震构造图

image.png

6 CBS误差修正后唐山地震区公元前1767-2015.11.21之间

MS≥5.0地震的CBS值与时间(t)关系

显著前震发生后,其所属地震区通常处于或十分接近临界状态。之后平静期的历时因地震区和其所处的演化阶段而异,没有规律性可言。这意味着标志性地震的滞后时间具有强非确定性,即临界状态不等于临震。因此,即使我们知道某地震区处于临界状态,也难于准确判断何时发生标志性地震。鉴于此,再考虑到震级测定值的误差问题,目前较有把握的是根据锁固段理论做标志性地震的中长期或长期预测。与以前的经验、统计预测相比,这种预测是确定性的物理预测,而不是概率性的估计。

特别对板内地震区,由于标志性地震发生前存在较长的地震平静期,可能会蒙蔽吃瓜群众,造成大地震危险性较小的错觉。事实上,严重的地震危险性往往潜伏在“风平浪静”中。我们对诸多板内地震区震例的分析表明,某地震区发生一次标志性地震后,间隔或长或短的时间较大的地震将频发,之后地震活动将处于较长的地震平静期,但这并不意味着大地震变“老实”了,而是往往预示着下一次大地震(标志性地震)的来临。

由于地震平静期的存在,期间发震锁固段的物理状态几乎不变,因此不管是板内地震区还是板间地震区,在标志性地震发生前均难以出现可判识的短临物理前兆。为何圈内专家寻找可靠短临物理前兆的长期努力令人失望呢?其原因就在于此。

此种现象的出现说明,实现标志性地震短临预测的难度极大。尽管如此,我们也不应放弃努力,须迎难而上。我们目前认为,从应力降和发震断层的加载速率入手,可能是突破板内地震区标志性地震中期预测与板间地震区标志性地震短期预测难题的关键。

关于地震可预测性,我十分欣赏美国地震学家Wyss1999)说过的一段话:“However, there can be no doubt that a preparatory process to earthquake rupture exists (foreshocks demonstrate this), and I am confident that ingenious and resilient people, who will come after us and will be amused by this tempest in a teapot about the prediction of earthquakes, will eventually improve our ability to predict some earthquakes in favourable areas, although not often with time windows as short as demanded by the moderator. ”他老人家看待地震预测问题确实有前瞻性,晚辈不服不行啊。

参考

【1】地震能否被预测”是科学命题吗? 

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1134122.html

其他(略)




http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1171717.html

上一篇:这个貌似无解的问题能难住我吗?
下一篇:唯论文的实际效应是瞻

9 郑永军 吴斌 张志镇 翟梦阳 王媛媛 吴晓娲 张国宏 杨百存 杨正瓴

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-1-25 22:39

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部