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为何探寻地震物理前兆的努力功败垂成呢? 精选

已有 2294 次阅读 2019-4-23 09:00 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 地震物理前兆

诸多学者基于岩样破裂实验研究,探寻可作为地震前兆的物理量(Dieterich,1979;唐春安和徐小荷,1990;尹祥础等,1994;马瑾等,1996)。图1示出了岩样变形破坏过程中物理量响应特征,可看出当其损伤累积至体积膨胀点至峰值强点之间时,其监测物理量均发生显著变化,这说明其断裂前是有前兆的(耿乃光等,1986Rudajev et al.2000)。我们的研究表明,受载锁固段在其体积膨胀点和峰值强度点(断裂点)处均会发生一次标志性地震。因此,从上述研究推断,起码在峰值强度点处的标志性地震发生前,应能观测到显著的物理前兆,如电磁信号异常、波速比异常等。

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1  岩样变形破坏过程中监测物理量响应特征

(据陈颙和黄庭芳(2001修改)

为何岩样被加载至体积膨胀点后,监测物理量呈现显著变化呢?这归因于其损伤已演化至非稳定破裂阶段。显然,每次裂纹扩展(地震)都会引起锁固段物理力学性质的劣化,特别在非稳定破裂阶段,裂纹丛集导致的这种劣化作用更加突出,所以势必导致监测物理量的显著变化。

鉴于在某个加载步下锁固段破裂发生地震时,会有应力降产生,较大的地震对应着较大的应力降。因此,只有当构造应力加载至不小于前一次地震发生前的应力水平时,才可能发生下一次地震。这意味着地震产生过程是非连续的(图2),即裂纹扩展具有间歇性特征。

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2 唐山地震区1500~2000年间MS5.0地震序列

标志性地震:1597.10.6 渤海MS7.5地震(CE1),1668.7.25郯城MS8.0 地震(CE2),1679.9.2三河-平谷MS7.8地震(CE3),1888.6.13渤海湾MS7.8地震(CE4)和1976.7.27唐山MS7.8地震(CE5

以电阻率为例,说明其随时间的演化特征(图3)。这里,为便于阐述其演化机理,设在锁固段体积膨胀点至峰值强度点之间流体的应力腐蚀作用不变。当裂纹从点A扩展到点B时,一次地震过程完成,故在震时阶段锁固段的电阻率线性下降;其后不地震时,电阻率不变。在下一次地震(点C)前,由于从点B到点C的电阻率没有变化,故不出现物理异常——地震物理前兆。基于上述分析,可认为地震物理前兆出现在震时阶段,而不是震前阶段。再者,就峰值强度点处的标志性地震而言,尽管电阻率呈整体下降趋势,但下降到何种程度该震将发生,目前仍没有可靠的方法。 至于想准确判断该震的发生时间,更是困难重重,因为其发生前通常有一个较长的地震平静期。

 
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 3 每次裂纹扩展(地震)引起的电阻率变化

总结下,尽管从整体上看物理量有显著变化,但具体到每一次地震,事前不可能观测到地震物理前兆。全球地震学家寻找物理前兆的努力已经有几十年啦,但为何以失败告终呢?上述简短分析已经揭示了其根本原因。在此,顺便提醒下同行们,不从地震发生的具体物理机理入手,任何盲目的做法只能功败垂成。

参考(略)




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