池 顺 良 的 博 客 分享 http://blog.sciencenet.cn/u/池顺良

博文

汶川大地震应变前兆的认识之路

已有 4530 次阅读 2017-5-11 09:40 |个人分类:钻孔应变仪地震前兆观测技术|系统分类:科研笔记| 汶川大地震, 地震预报, 钻孔应变

汶川8级大地震释放的能量与400颗广岛原子弹相当,积蓄在地层中的巨量应变能在总爆发前总会有少量“漏能”释放出来。因此说:“地震是有前兆的,是能够预报的”,是有物理根据的。

中国地震局地质研究所马瑾院士对此有如下论述:“是否存在有助于预报的地震先兆呢?显而易见,地震本身就是以突发形式表现的构造变形,它的发生有一个由慢变快的物理过程,怎么能没有先兆呢?[1]

但是,要捕捉到大地震“有助于预报的地震先兆”却不是一件易事。国际地震学协会下属的地震预测委员会,1997年的总结中还提出:“没有一项被提出的前兆已被清晰地理解而现在就可用于地震预测”。

是什么原因让捕捉“有助于预报的地震先兆”如此困难?除了大地震发生的的小概率外,马院士指出了三条原因:一是台站空间覆盖率差,远离强震震中的台站难以观测到关键现象;二是仪器的分辨率低、观测频带窄也观测不到关键现象;三是地震先兆与主震关系的复杂性,孕震地层并非均匀连续介质,前兆信号的传递会受到裂隙和界面的阻隔,有时离震中较近的台也可能因断层隔离,微弱的前兆信号被阻断不能接收到。

汶川大地震发生前一年半,中国地震局《数字地震观测网络工程》在全国安装了应变、倾斜、地电、水化等多种前兆观测手段,用达到国际先进水平的数字化、分采样密度记录了大量观测数据。汶川大地震虽然因失报造成巨大损失,地震工作者并没有从与震魔作战的战场上退却。

512之后,地震系统各学科组即开展工作,在观测数据中再次寻找有没有被日常监测分析遗漏的前兆信息。

负责钻孔应变台网管理的邱泽华、唐磊小组,先是用常规方法进行资料处理,结论是:一些台站,如姑咱台、德令哈台数据出现的变化均由附近河流、水库水位变化引起,与汶川大地震的发生并无关系。[2]

原来,传统的地震预报分析,通常使用整点值钻孔应变数据。之后,邱泽华小组改用分钟值钻孔应变数据再次进行分析,就发现并确认离震中最近的“姑咱台钻孔应变仪观测到的频繁的脉冲变化,是汶川大地震的前兆信号。”

整点值与分钟值数据记录的信号带宽相差60倍,分钟值能够记录到的信息,整点值就记录不到。这正是马院士指出的“仪器的分辨率低、观测频带窄也观测不到关键现象”。马院士指出的第一个困难:“台站空间覆盖率差”,则反映在诸多钻孔应变观测台中只有距离汶川最近的(150千米)姑咱台记录到前兆信息,其它台都在280千米外,就记录不到前兆信息。

20108月,邱泽华、张宝红、唐磊在《中国科学》上发表文章“汶川地震前姑咱台观测的异常应变变化”[3]。该文指出:“汶川地震前一年多开始,位于龙门山断裂带西南端的姑咱台钻孔应变仪,记录到异常应变变化。这种异常变化以短周期(数分钟至数小时)的“毛刺”形态为特征。在全国100多个钻孔应变台中,姑咱台距震中最近,也只有该台记录到这种异常变化。该台钻孔应变观测的良好的自检结果,说明了观测应变变化的可靠性。这种持续出现的异常变化与季节变化明显不同步,不是环境干扰因素造成的。异常变化与长期趋势变化以及同震阶跃变化的一致性,进一步说明这种异常应该是构造运动的表现。超限率分析结果显示:这种异常变化在汶川地震主震前逐渐增大,震时特别剧烈,震后逐渐衰减,显示了与该地震相当密切的相关性姑咱台观测到的异常应变变化可能是极其重要的。如果应变地震前兆是这种形态的,那么中短期地震预报研究就有希望迈出关键的一步。”

2011年8月,《大地测量与地球动力学》刊登中国地震局地震预测研究所张晶与刘琦“S变换在汶川地震前后应变变化分析中的应用”的分析文章[4]

文章指出“姑咱台的观测记录在汶川地震前显示比较明显的异常,其特点为:在周期为24小时的背景信号的基础上,周期约1060分钟的信号在汶川地震前开始大量出现,震后逐渐衰减与汶川地震有较好的相关性通过仪器的自检关系,基本排除了姑咱台仪器故障的可能性;气压变化也没有表现出与畸变信号的相关性;此类畸变信号没有年变规律,因而不太可能与降雨、冰雪消融这类准周期的因素对应;此异常现象于震前1年已经开始显现,持续时间长,不应该是大风引起的。因此,即使上述因素对姑咱台观测到的畸变信号有所影响,也不会是主要因素,这类畸变信号应该是与地震密切相关的。通过之前对分钟采样的数据分析,可知此类畸变信号频率范围较广,从数分钟到小时都有,受限于采样率,其真实的频率范围可能会更广,高频端的频率可能达到更高。这种异常变化可能与地震前区域应力调整,不同尺度的岩层破裂以及岩层中不断发生的次生裂隙有关。”

以上分析文章肯定姑咱台应变异常与汶川地震有关,表明汶川大地震的应变前兆已经被仪器清晰记录到。

汶川大地震究竟有没有前兆这个对我国地震预测预报事业极其重要的问题,在地震系统内部是存在不同看法的。

关于地震前兆的情况也相当复杂。存在有前兆、有地震,也存在有前兆无地震的情况。地震预报的实现,需要寻找到“有助于预报的地震前兆”。

对此,马瑾院士是这样解说的:“不是所有的构造变形最终都会导致地震发生。从亚稳态转变为亚失稳态的核心是发震断层进入了不可逆变形过程,它标志着地震不可避免地会发生。不可逆过程的存在是地震可预报性的基本逻辑基石。”

地震预报需要寻找到“发震断层进入不可逆变形过程”时发出的前兆信号。通过对这种前兆信号特征的分析,能够确认发震断层已进入亚失稳或应力状态已达强度极值,进入了不可逆变形过程。这样的前兆信号才是“有助于预报的地震先兆”。

我们在《地球科学前沿》上刊登的“汶川地震和芦山地震的有助于预报的地震前兆”https://image.hanspub.org/pdf/AG20170200000_43012974.pdf,就是试图在前兆信号中寻找到可以判断强震孕育已进入亚失稳(或应力状态已达强度极值)状态的特征。如果我们能在震前接收到地震前兆信号,跟踪并从分析这些信号特征的演变能够及时判断强震孕育已进入亚失稳状态,我们接收到的就是“有助于预报的地震先兆”。

在汶川这个震例中,附近只有姑咱一个台接收到前兆信号,如果有两个以上台能够接收到前兆信号,就能定位前兆事件的时空演变,获取更精准的时、空、强信息,从而让强震预报具有更强的可操作性。

捕捉到汶川8.0级大地震“有助于预报的地震先兆”拓宽了我们的思路。但从汶川地震观测实践中得到的认识,具有普遍性还是特例,还要回到实践中接受检验、充实完善。

地质构造的多样与复杂性也决定了强震预报的实现,需要积累更多震例。

克服马院士指出的观测和发现大地震“有助于预报的地震先兆”的三项困难,现在已经具备条件。随着观测和信息技术的发展,钻孔应变的分辨率已达到10-11,观测频带已扩展到0-3000Hz;低功耗、太阳能供电、移动通讯传送数据、无人值守钻孔应变台钻的出现和稳定工作,提高台站覆盖率也已不存在困难。

加强、完善观测网络,中国地震科学工作者在地震预报科学实践中,一定能够很好完成为国为民“站好岗、放好哨、防止强震突袭”的任务。

参考文献:

[1]马瑾,从“是否存在有助于预报的地震先兆”说起[J].科学通报, 2016, 61(4-5): 409-414.

[2]邱泽华、唐磊、周龙寿、阚宝祥,2008年汶川8.0地震前分量式钻孔应变仪台网观测的变化[M],汶川8.0级地震地壳动力学研究专辑,地震出版社,20095月,389-402.

[3]邱泽华、张宝红、池顺良、唐磊、宋茉,汶川地震前姑咱台观测的异常应变变化[J],中国科学:地球科学,2010年第40卷第8:1031~1039

[4]琦、张晶,S变换在汶川地震前后应变变化分析中的应用[J],大地测量与地球动力学,第31卷第4期2011年8月。

[5]程万正,官致君,苏琴等,汶川Ms8.0地震前四川地区前兆异常及其统计分析[J]地震学报,第33卷第3期,p.30431820115月。





http://blog.sciencenet.cn/blog-51667-1054214.html

上一篇:“大地震孕育机制及其物理预测方法”学术沙龙报道之三
下一篇:纪念马克思诞辰200周年 论一:前沿科学要有先进哲学思想指导

5 吕洪波 高敏 haipengzhangdr houzhenyu starwind

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

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

GMT+8, 2020-8-4 11:10

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部