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“大地震机制及其物理预测方法”专题研讨会学术问题辨析

已有 1079 次阅读 2019-10-11 11:26 |个人分类:热点关注|系统分类:科研笔记| 地震专题研讨会

在9月28日举行的“大地震机制及其物理预测方法”专题研讨会上,大家围绕着地震产生机制、大地震前兆机制、地震区划分原则、大地震物理预测方法、地震危险性评估方法等,进行了争辩,场面相当热烈,久违的学术辩论氛围又回来了。

有争议的问题集中在以下方面:

1、究竟有无孕震断层锁固段?

由于没人亲眼目睹过“孕震断层锁固段”,所以对其的存在性表示怀疑。我想如果采用高精度的地球物理探测手段,应能直接探测到。然而,过去没人做过这方面的工作,建议以后“补课”。虽然目前未能直接观测到锁固段的存在,但我们的研究提供了如下强的间接证据:

从逻辑上看,若断层中仅有软弱介质,因其强度低,本身破裂不会发生较大地震;当超过其强度时,断层两盘突然错动也难以发生大地震,因其积累的弹性应变能有限;难以解释震群现象、地震越来越大的事实 。然而,若存在锁固段,则不存在上述问题。

具有独特属性——强非均匀性与低脆性的锁固段,具有独特的力学行为,即独特的断裂前兆和破裂演化规律【1】。换句话说,按锁固段破裂模式产生的地震(声发射)序列与实际一致,这已被实验和震例证实。然而,其他地震产生机制学说,则无法做到这些。至于地震越来越大的事实,是因为锁固段按承载力由低到高的次序依次断裂所致。

科研嘛,提倡大胆假设,但要小心求证。我们求证的结果是:存在锁固段。

2怎样界定不同的断裂构造是有联系的?

有学者认为,1976年松潘、平武地震的发震断层为虎牙断层,而2008年汶川地震的发震断层为龙门山断层带,其发震断层属于不同的构造体系,故认为松潘、平武地震与汶川地震无关。

因以前未解决可靠的地震区划分方法问题,所以才会有上述认识。为便于理解,可把地震区对应的构造块体视为“岩样”。若岩样内有两条裂纹,这两条裂纹的走向、倾向、倾角等不同,可视为不同的“构造体系”,但这两条裂纹同属一个“块体”,之间肯定存在力学作用。

地震区对应的构造块体边界由区域性大断层界定(图1),其内部发育有多条断层,只要同属一个构造块体的断层、地震,必定存在内在联系。我们的研究表明,虎牙断层和龙门山断层带同属汶川地震区,故其发生的地震具有内在关联。

某些学者统计分析地震活动性时,常划分“研究区”,但由于“研究区”区域厘定的随意性,不得不怀疑所得结论的可靠性。

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1 构造块体、地震区与锁固段类型示意图

锁固段类型:(1)岩桥;(2)坚固体;(3)凹凸体;(4)被断层围限而成的块体

    3地震目录的完整性和准确性问题

1900年以前的非仪器地震目录完整性和准确性差,是不争的事实。其实1900年以后的仪器地震目录,也存在震级参数准确性差的问题。如何修订和利用之,就成了必须解决的问题。

对地震区地震目录完整性问题,我们提出了最小有效性震级(Mv)确定方法,可保证第一锁固段体积膨胀点处标志性地震后不小于Mv的地震目录是完整滴;对震级参数不准确问题,我们提出了震级约束条件,在参考不同地震台网震级测定值和学者对某些地震震级参数研究的基础上,可修订大预震和标志性地震的震级。我们对地震目录的修订,是按统一规则进行的。

4全球的地震是否越来越猛了?

要看全球的整体地震趋势,不能仅采用1900年以后的地震目录说事儿,因为其观测周期太短,而每个地震区的当前地震周期历时则十分漫长。从每个地震区的CBS-时间曲线(图2)可看出,地震区地震活动都是加速的,这与过去发现的矩加速释放(AMR)释放一致,说明从长时间尺度看,全球地震确实是越来越猛了【2】,这一现象能从多锁固段荷载转移机制【3】上,得到合理解释。

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2 考虑误差修正后瓦尔迪维亚地震区1471.8.292017.8.30之间ML≥6.0地震的

CBS与时间关系

        5、地震应力降是否为常量?

晚餐和某教授交流时,他说“地震应力降是常量”,这差点把俺的下巴惊掉啦。为深入讨论此问题,我们以弹簧为例,看看弹性应变能的基本计算公式。对一根水平放置的弹簧加载,当荷载为F时,位移为x;当弹簧荷载减小DF时,松弛位移为Dx,此时释放的弹性应变能为:

DE=0.5DFDx=0.5k(Dx)2                                1

式中,k为劲度系数。显然,荷载降与位移降成正比。

地震波辐射能对应弹性应变能释放,其基本公式应与上式类似。换句话说,随地震滑移的增大,应力降应同步增大。即使采用滑动弱化模型,也是如此。

我们给出了锁固段破裂事件的地震波辐射能计算公式为:

E=0.5VDtDe =0.5GV De2 =0.5V Dt2/G                     (2)

式中,V为锁固段体积;Dt为应力降;De为伴随应力降产生过程的剪切应变增量,即发震时锁固段沿断层的滑移应变。

震级是否与应力降量级有关尚存争议,亟需澄清。MayedaWalter1996)、HardebeckHauksson1997)与Mori等(2003认为震级与应力降呈正相关,KanamoriAnderson1975)、Abercrombie1995)与AllmannShearer2009)认为两者之间不存在正相关,而Shi等(1998)、Jin等(2000)与Atkinson2004)则认为仅在某一震级范围内两者之间呈正相关。尽管如此,前人均认为震级与滑移量(剪切应变增量)呈正相关。由式(2)知,震级也必然与应力降量级呈正相关,因为锁固段破裂事件的地震波辐射能无论用应力降表达还是滑移量表达,两者完全等效。需指出的是,统计分析震级与应力降量级关系时,需注意:(1)应区分地震是否为同一锁固段的破裂事件,即同一锁固段的破裂事件具有可比性;(2)小地震多为非锁固段破裂事件,统计分析时不应将其包括在内。未考虑以上要点而盲目进行统计分析,是出现上述争议的主要原因。由此可见,震级与应力降量级相关性之争,本质上是对地震产生过程认识不清所致。

综上所述,出现分歧的根本原因在于对地震机制的理解不同,那么谁的理解正确呢?谁是公正的裁判呢?这个裁判只能是“地震”,若某人的理论能很好地描述地震行为,那就认为TA对地震机制的认识是正确滴。

我参加这次研讨会的收获,是了解了别人的想法,知道了争议的根源,促进了我的进一步思考。

大家一致认为,地震学与其他领域的学者应当开展更多讨论交流,交换思想,以增进对彼此研究成果和学术观点的理解,避免不必要的分歧,少走弯路。因此,应当鼓励开展此类学术研讨,并给予参会人员充分的时间进行学术成果的展示。

感谢大家的参会和交流!

参考

【1】科学探索之旅:寻找大地震前兆的艰辛历程

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1122732.html

【2】地球何时进入了地震活跃期?

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1071193.html

3为何全球的地震越来越猛?

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1153602.html

其他(略)




http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1201497.html

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