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“孕震系统”是“灰箱”,不是“黑箱”

已有 1123 次阅读 2020-6-6 20:14 |系统分类:教学心得| 地震预测, 频率特性, 幅频特性, 相频特性, 传递函数

“孕震系统”是“灰箱”,不是“黑箱”

关于构造地震,在实验室中,我们早已能够借压力机挤压“岩样”模拟、演示,是一个弹性力学过程,这一点是清楚无疑的。因此,“孕震系统”对我们早已不是“黑箱”,而是“灰箱”。

在研究“黑箱”时,我们需要给“黑箱系统”施加输入信号,测得输出信号,并通过比较输出信号与输入信号的频率特性(包括幅频特性和相频特性),认识“黑箱系统”的性质和状态。对于“孕震系统”这个“灰箱”,我们至少知道,需要施加(并测得的)的理想信号不是电磁波,而是机械波。

目前利用主动源机械波于地表以下物质性质和状态的探测,术语称“地震勘探”,主要基于地震波之纵波及横波在不同性质、状态之物质体系中的波速不同,判断地表以下的物质性状,据此帮助我们认识到地下的圈层结构,并用于地下油气层的判断。钮凤林等人(http://www.doc88.com/p-3921624554614.html)还通过监测圣安德烈斯断层附近固定基线上的震波波速(走时)变化,曾发现临震前的明显波速(走时)异常,反映仅仅监测“孕震体系”的波速场异常,对于预测地震、防震减灾,就具有重要意义。

但是,主动源机械波能够为我们提供“孕震系统”性状信息的方式不仅仅是波速。例如:夏天挑西瓜时,拍一拍、听声音,可以判断西瓜的内部性质和状态,带给我们信息的并不是“波速”,而是“波形”(取决于幅频特性和相频特性两个方面)。

对于“时不变线性系统”,其幅频特性和相频特性,和描述系统性状的“传递函数”,或者描述系统性状的微分方程是一一对应、等价的描述方式,但是,幅频特性和相频特性物理意义清晰可测,即使是“时不变非线性系统”,也可以有可测、可重复的幅频特性和相频特性(由于本质上需要非线性微分方程描述,系统在输入单一频率正弦波时,输出信号中,除了和输入信号频率相同的正弦波外,高次谐波不为零,需要扩展的“幅频特性”概念)。

总之,机械波信号通过“孕震灰箱系统”之幅频特性和相频特性,是能够全面反映系统性质和状态的数据结构集合,由于地质构造运动通常进行的速度极其缓慢,系统性状缓慢连续变化,反映系统性质和状态的数据结构集合也必然呈缓慢连续变化;一旦临震,先有大量微观裂隙产生,描述“孕震灰箱系统”性状的微分方程将产生质变,必然反映在系统频率特性数据的急剧不连续变化——作为地震预测的可靠依据。

秦四清先生等关于地震孕育于断层“锁固段”的概念值得注意。这意味着,为地震预测而布设的主动源地震监测设备应该瞄准孕震断层的“锁固段”。如何判定孕震断层的“锁固段”在哪里?这应该可以根据精密的大地测量数据,将一段时间内沿断层面运动幅度最小的地段圈出来的办法确定。除了上述这个确定断层“锁固段”的办法之外,是否有可能通过测定沿断层线方向机械波传递过程对应的频率特性或波速场特性将“锁固段”圈定出来呢?希望有人可以进行这方面的实验研究。

 




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2 杨正瓴 王庆浩

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