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地震们要脸不?

已有 2777 次阅读 2020-4-14 10:34 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 地震, 演化规则

估计不少童鞋一看到这个题目,就会想到地震,尤其是大地震,常造成严重的人员伤亡和财产损失,指定是不要脸的家伙,这还需要辩论吗?你在这里高谈阔论神马要不要脸的话题,莫非是脑袋进水了?这不,张三已抄起了板砖,李四已拿起了臭鸡蛋,准备开战。

莫急!莫急!莫急!先按下开战的暂停键吧。咱换个角度看待此事,即从人要脸或不要脸的定义出发,采用拟人化的类比手法论述之,童鞋们阅后看看咱的说法是否在理,再开战不迟。

关于人要不要脸的定义,貌似简单,但实际上难以准确给出。那就按咱的理解定义吧,估计反对的人不会太多。一般说某个人不要脸,是指其不遵守行为规则干出格的事情。换句更通俗的话说,不讲道理、不靠谱、不知羞耻的人皆可称为不要脸的人。反之,做人做事讲究体面、顾惜廉耻的人则是要脸的人。

那么,地震们像要脸的人一样遵守规则吗?咱以地震区标志性地震和预震为例,阐述之。

我们的研究表明,构造地震(尤其是较大地震)主要源自锁固段的脆性破裂,其不同规模破裂产生不同量级地震。以此为抓手,我们发展了孕震断层多锁固段脆性破裂理论。在该理论框架下,定义在锁固段体积膨胀点和峰值强度点处发生的地震为标志性地震,期间发生的地震为预震。嗯,地震们(构造地震事件)主要由两者组成。

1、标志性地震演化规律

我们指出,标志性地震的临界CBS值满足如下特定规律:

Sf(k)=1.48kSc                                                                        1

式中,Sc为第1锁固段体积膨胀点处标志性地震的临界CBS值,Sf(k)为第k锁固段峰值强度点处标志性地震的临界CBS值。

由于某一地震区的地震目录通常包含与锁固段脆性破裂无关的地震事件,因此设置最小有效性震级Mv以确定锁固段破裂事件的门槛震级。考虑到1锁固段体积膨胀点前不小于Mv的地震目录通常不完整,初始CBS误差可能出现,我们导出了如下误差修正公式:

=[ Sf*(1)-148 Sc*]/0.48                                             2

式中,为误差值,Sc*Sf*(1)分别为误差校正前第1锁固段体积膨胀点和峰值强度点处标志性地震的临界CBS监测值。

进行误差校正后,可把第1锁固段体积膨胀点处标志性地震的临界CBS值作为已知值,据式1可预测后续标志性地震的临界CBS值。

2、标志性地震和预震的震级约束条件

若在某地震区的当前地震周期共发生了n次标志性地震,那么第n次标志性地震为主震。在统一震级标度情况下,对第i次到第i+j次标志性地震,其震级的下限约束满足:

    Mi M i+j ≤ 0.2  (M i+j < Mi (1≤ i n-2, j ≥ 1 i+j n-1))              3

对两次相邻标志性地震,其震级的上限约束满足:

    Mi + 1Mi ≤ 0.5  (Mi + 1Mi (1≤ i n-2))                                     4

对相邻标志性地震之间的预震,其震级的上限约束满足:

    Mp ≤ min (Mi + 1, Mi) – 0.2 (1≤ i n-1)                                           5

式中,Mi,Mi + j Mi + 1 分别表示第i次、第(i + j)次和第(i + 1)次标志性地震的震级。

        在此,顺便说明下,我们之前在震级的表述方面不够严谨,现已纠偏。

当最后一个锁固段被加载至峰值强度点发生断裂时,主震发生。我们可根据如下关系判识主震:

    Mn Mn-1 > 0.5                                                                                   6

式中,Mn Mn-1 分别表示主震和最后一个锁固段体积膨胀点处标志性地震的震级。

3、讨论

如上所述,标志性地震的演化遵循式1所示的确定性规律,具有可预测性;在主震前的标志性地震,其震级上限与下限分别满足式4和式3,表明震级受限不会乱来。这些均说明标志性地震照章办事,严于律己,是要脸的。预震的发生虽没有规律以至于目前尚不能预测(标志性预震除外),但震级上限受约束,像人一样虽有脾气但能自控,还是讲究分寸的嘛。

至于主震——当前地震周期的最后一次标志性地震,虽遵循确定性规律(满足式1),但震级上限目前难以确定。尽管如此,只要我们事先知道其发生不可避免且震级足够大(满足式6),在目前阶段已属难能可贵,就能取得防震减灾的实效啦。

以下以纽约地震区为例,加以详细说明。

纽约地震区是一个板内地震区(图1中编号42),该区当前地震周期曾发生4次标志性地震:1663-02-05加拿大圣劳伦斯山谷MS7.6地震(CE1)、美国新马德里1811-12-16MS7.6地震(CE2)和1812-02-07MS7.6地震(CE3)、1886-09-01美国查尔斯顿MW7.7地震(CE4)。由图2看出,这些地震的演化遵循着式1,其震级约束条件满足式4。在CE1-CE2之间、CE2-CE3之间和CE3-CE4之间,最大预震震级分别为ML7.0MS7.4MK7.3,在统一震级标度后满足式5。由此看出,地震们按规则出牌且讲究分寸,不是过去认为的那样——像野马一样横冲直撞。                                               

image.png

1 全球两大地震带62个地震区划分图

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2 引入初始误差后纽约地震区1568-12-272014-2-15之间

MW≥6.0地震(Mv = MW6.0)CBS随时间变化

我们判断1886年查尔斯顿MW7.7不为主震,故该地震区未来仍将发生下一次标志性地震(MW8.0左右),目前远离其临界状态;在其发生前还会发生不超过MW7.5的预震。美国地震专家曾划分了新马德里地震区(图3),其属于纽约地震区的一个小区域。TA们根据GPS观测和地震活动性分析,认为新马德里地震区在未来50年内发生大震的可能性很低。这未免过于乐观,究其原因,是由于对地震机制和规律认识不清所致。由上述分析知,尽管50年内纽约地震区发生标志性地震的可能性较小,但不同量级的预震(最大为MW7.5)可随时随地发生,故建议应提高新马德里地区及其东北部一带的地震安全性,勿谓言之不预也。鉴于板内地震区较大地震的发生具有间歇性的特征,且间歇期或长或短,故地震专家不能被所谓的地震平静期所迷惑从而做出误判。

image.png

3 新马德里和瓦巴什山谷地震区的地震

(红圈表示1974年至2002年发生的震级大于2.5级的地震;绿圈表示1974年以前发生的地震)

4、结论与启示

我们对全球62个地震区的震例分析表明,地震们以“上述规律和震级约束条件”严格要求自己,从不乱来,是讲究脸面的。

在科研中,如果花费多年心血做到一定深度,仍觉得所研究对象呈现“不要脸”的行为,那么意味着研究方向需要纠偏或需要另起炉灶,千万不要一条道走到黑。

科研突破难,突破后进入到深水区再前进一步更难。在疫情期间,咱也想仿效当年牛顿,解决一个困扰我们3年多的难题,但仍一筹莫展。木法,谁让咱的智慧比人家差得远呢,但愿勤能补拙,呵呵。

科学探索,永无止境;防震减灾,警钟长鸣!

参考(略)

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