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博文

再谈地震是否可以预测

已有 3986 次阅读 2011-3-14 10:22 |个人分类:科普随笔|系统分类:科研笔记| 地震, 复杂网络, 复杂系统

两篇关于地震是否可以预测的博文都写得不错,一篇力挺不可预测,一篇提出了如何预测的设想


我不是专业人士,不过对SOC很感兴趣,也忍不住说两句:

观点1:在科学发展史上,“预测不能做什么”往往意义不大,因为事后,科学和技术的发展经常会以我们今天意料不到的方式推翻早先的这一结论,这种情况在历史上已经出现多次,许多当年的案例在今天都已被大家当作玩笑,但在当年,不乏是一些基于所谓当年的科学事实和数据作出的过程上看似严谨的结论。所以,不应因为这个结论束缚住自己的思维,不应因为今天我们的“无知”否认未来的“有知”。相反,我认为,地震预测是个极佳的“研究”方向,但是不能遵从传统的方法,文[2]提供了监测手段和数据基础,但看起来现有的方法基本不能奏效,所以在方法上还有待探索和实验,如果相比今天的方法没有革新,估计是不太可能实现预测的目标。

观点2:模型是模型,物理系统是物理系统,模型是物理系统的抽象而不是全部,因为二者有相似性可以类比,所以基于模型观察到的现象和得到的结论可以返回到真实的物理系统,并在真实的物理系统中去寻找这种现象或这种结论。但是这并不意味着模型的运行和真实物理系统的演化是完全一致的,也不能武断的认为从模型得到的结论一定可以适用于真实物理系统,这是因为两点:一是模型和物理系统总是存在一点偏差,这点偏差看似小,但是对不同物理系统演化的方向影响可能很大(仅是个人猜测,否则这个世界就不会千差万别了,混沌蝴蝶效应的作用也许就在此),二是尽管基于模型的演绎没有错,但是从模型到物理系统的类推过程是不严谨的不能想当然的成立,尤其是后者,一定要给他打个问号,在科学研究中一定应该注意,模型和解析方法是重要的,但也不能盲目信从所谓从模型演绎出的结论。比如说,地震过程中产生的横波和纵波,就是被沙堆模型所忽略不能解释的,而基于横波和纵波传播速度不同做出的地震预测还是有点小用的,至少已经在美国加州作为一个研究型系统部署。

复杂系统复杂网络这个领域的确还隐含着不为我们今天所知的很多规律,值得探索,但是今天讨论的许多复杂网络模型明显过于简化,基于这种过于简化的模型得到的结论能否在实际物理系统中成立还有待基于实验的实证。

2011.03.16补:
以下的文字只是摘录,全文请参照链接:


* 中国留学生提前打电话告诉家里:可能会有地震发生,http://news.ifeng.com/world/special/ribendizhen/content-2/detail_2011_03/12/5112606_0.shtml

* 池顺良:“地震不能预测论”既错误又有害, 科学时报,2008, http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2008/7/209036.html

转自该文:

1996年,盖勒等几位科学家在《自然》和《科学》杂志上联合撰文,断言地震根本不能预报。盖勒认为,“处于自组织临界状态的大地,任何一次小地震都有可能灾变为一次大地震”。而“小地震发展成为大地震将决定于不仅是其断层附近,而且是整个震源体空间物理状态的无数细结构”。因为人们根本无法掌握深部无数细结构的临界状态,因之地震根本不能预报!
 
盖勒的说法并不正确,中国地震局地震研究所的研究员周硕愚和吴云研的研究,证实了“地壳动力学的常态是‘SO’(自组织),而非‘SOC’(自组织临界),地震的孕育和发生仅是偏离动平衡稳定态的局部暂时过程”。
 
盖勒以断裂扩展的不稳定性为由,否定地震准确预报的可能。其实稳定与不稳定、确定与不确定、必然性与偶然性,在各种自然和社会现象中都是普遍存在的。气象学中所谓的“蝴蝶效应”说的就是大气运动的不稳定性。但不恰当地夸大这一效应,气象预报也就不可能了。“蝴蝶效应”并没有阻止气象科学的发展。气象预报也没有靠穷尽细节来提高预报成功率,更多的是靠寻找和发现各子系统的联系和相互影响来把握天气系统的演变。

......
测震、前兆观测系统的完善是打开地震预测科学城堡大门的钥匙
 
要实现科学的地震预报,一是必须建立起能把握地震孕育、发展、发生全过程的观测技术系统;二是要逐步搞清地震的成因和机制。观测与理论两者缺一不可,观测系统的建设必须先行。
......

当时负责地震预报工作的李四光主张直接观测地应力变化预测地震。李四光认为,既然地震是地应力变化造成的,我们就必须“对地应力进行观测,找出地应力有关的性质、特点以及作用方式和变化规律……看出这种变化与地震之间的内在联系……才有可能对地震发生的地点、时间、频度和强度作出科学的判断”。李四光同技术人员讨论钻孔应力、应变测量仪器总体技术方案,采用何种传感技术,探头安装等技术细节,并在广东新丰江和邢台尧山建立了第一批地应力观测站,开展以地震预报为目标的钻孔应力应变连续观测。李四光的地应力观测地震预报科学思路是正确的、超前的,这可从30多年后美国庞大的“板块边界观测计划”(PBO)中大量采用钻孔应力应变观测技术证明。但有了正确、超前的科学思想,还要有相应性能的观测仪器,科学思想才能付诸实施。在李四光生前,地应力观测仪器的灵敏度、稳定性、通频带、抗干扰能力、动态范围等诸方面性能都远不能满足要求。仪器记录不到被称为“地球脉搏”的固体潮。国家地震局当时大力组织了对钻孔应力应变测量仪器的技术攻关。到1985年,有四种钻孔应变仪通过国家鉴定。这些独立研发的仪器都已能清晰地记录到应变固体潮。初步有了观测地层应力、应变变化的能力。

1975年我进入鹤壁市地震局工作,设计出与美国教授Sacks发明的单分量的“体积式钻孔应变仪”不同原理的多分量的“压容式钻孔应变仪”,并做出了原始试验样机。在河南省地震局推荐下,得到傅承义、秦馨菱、王仁等老一辈科学家支持,压容应力—应变地震仪列入国家科委(78-002)和国家地震局(82-220)重点研究项目。我就这样参与了我国钻孔应力应变仪器的研发、改进工作。压容多分量钻孔应变仪在1984年通过国家鉴定,之后扩大试验并不断改进。国家地震局工作简报曾报道:“压容式钻孔应变仪可以探测地球‘脉搏’,是一种研究应变固体潮、地壳结构、地震理论和地震预报的重要观测仪器。这种仪器可望在地震重点监视区开展密集化观测,有助于获得较为可靠的地震前兆信息。”
 
我们自己开发研制的国产仪器性能能否满足地震预报研究的高要求呢?现任PBO项目常设委员Agnew看到我们的记录资料后,在1983年5月给我的信中表示,“您的仪器的高频性能比我们台站上任一台仪器的性能都要好得多。”Sacks访华期间,在地壳应力研究所趴在地毯上仔细观看我们仪器模拟记录的情景,我至今还有印象。
 
仪器通过了国家鉴定,却没有在全国布网,李四光的去世应该是重要因素。
 
2003年美国庞大的PBO计划中广泛采用钻孔应变仪的消息传到中国,中国地震局于2004年底决定将压容分量钻孔应变仪列入“数字地震观测网络”前兆分项,在全国布设40套YRY型压容分量钻孔应变仪。美国PBO计划中布设的分量钻孔应变仪是澳大利亚Gladwin制造的,美国人自己还生产不了,因为“在世界范围内,只有2~3个研究小组能提供符合大地测量标准的、满足PBO科学研究需要的应变仪”(PBO计划建议书)。而我们中国人自己能够生产分量钻孔应变仪!
 
下表是美国PBO项目使用的GTSM三分量钻孔应变仪与我国的YRY-4型四分量钻孔应变仪的比较。
......

在各方面支持下,从2006年4月到2007年底,40套仪器布置在东到上海,西到玉树、格尔木,北到丰满、敦化,南到攀枝花、腾冲的广大国土上。中国数字地震观测网络采用了先进的网络技术,可以随时读取需要的观测数据。这些台站大部分都能记录到清晰的应变固体潮,小部分台站因为选点时未避开抽水机井,固体潮被抽水干扰掩盖。此外,由于数据采集设备的限制,“十五”布设的40套仪器,采样速率只有1分钟1次,限制了仪器高频优势的发挥,这一问题将在今后得到解决。
 
应变固体潮是日、月天体引力变化引起地球有规律的形变所致。是地球科学中唯一可以预先计算出以后变化的现象,可形象地比喻为地球的“脉搏”或“心电图”。地球科学家通过固体潮现象可以了解地球结构的多方面信息。仪器能记录到清晰的应变固体潮,表明仪器传感探头与岩石地层已连成一体,同时表明安装仪器的岩层与深部地层也有良好连接。记录数据能反映地层真实应变变化。
 
一定数量的高性能观测仪器布设下去后,从取得的近一年观测数据中,我们发现在地震活动平静地区,记录的固体潮非常清晰、光滑,潮汐因子相对精度能达到0.001的高精度。但在地震相对活动地区,固体潮上就不时会出现一些台阶、脉冲或固体潮图形畸变。在极少数台站上,这种现象还比较严重。在40个台中最接近汶川的姑咱台上,2007年2月前的固体潮记录很光滑,4月中旬后固体潮记录上不断出现“压性脉冲”。YRY型仪器有4个分量,比观测对象平面应变3分量多一路数据,因而具有数据自检功能。如果应变数据满足自检方程,就可确定仪器探头记录的是地层的真实应变变化。姑咱台的数据满足自检条件的相关系数高达0.996。其他记录到台阶、脉冲或固体潮图形畸变的台站,自检相关系数也都在0.99以上。
......


* 从汶川地震应变前兆看大地震预测审慎乐观前景, 2010
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=51667&do=blog&id=305485 

* 《地质学》:新方法可使预测地震时间大幅提前, 2008
研究人员已建议建立全球监测网,包括1500个监测站点
http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2008512114320593206472.html

在经历一百多年的努力后,地球物理学家仍然无法准确预报地震发生的时间和地点。一些人悲观地认为,这将是不可能做到的事情。
 
近日,英国和中国科学家表示,他们发现了一种新的地震监测方法,能够预测地震发生的时间、量级甚至地点。他们有证据表明,应用这种新方法可能能够在小地震发生前一小时、大地震发生前数月预测到它们的存在。相关论文发表在5月份的《地质学》(Geology)上。
 
研究领导者、英国爱丁堡大学的Stuart Crampin表示,“在过去,地震预报研究要么是调查震源,要么是分析地震的统计学模式。在120年的尝试后,这两种努力都显得非常不成功。”
 
新方法名为“压力预测”(stress-forecasting,以示与传统方法相区别),它利用了一种称作横波分裂(shear-wave splitting)的现象,即横波在穿越岩层时分裂成两部分,它们平行振动,并与微观裂缝相垂直。这两部分以不同的速度穿越岩层,所以到达侦测器的时间也不同。
 
研究人员表示,这些微观裂缝的排列反映了地壳内的压力量,压力越大,排列的裂缝越多,两种波到达侦测器的时间差也就越大。
 
过去,研究人员曾利用卫星照片间接地测量过地震带的压力,但这只能对地壳内部压力变化给出一个粗略的概念。另外,研究人员也曾在断层线直接地监测过压力,但是这些局部化的数据无法显示滑动发生的时间和地点。Crampin说:“局部效应是混乱的,无法预知。”他说,应用新方法,通过监测更大范围内的压力变化,就可以排除这种不可预知性。
 
美国加州大学戴维斯分校的地球物理学家John Rundle认为,这种新方法需要更多的测试以验证它的效力。他表示,有很好的理由认为地震预测是有希望的,不过若从基本的岩石力学着手的话,将会十分艰难。Crampin认为他避开了这一难题,他考虑的是整个系统的力学,而不是具体岩层的力学
 
不过,这种新方法也有实践上的困难。比如它需要更多的来自地震带的频繁而一致的数据,获取代价昂贵。
 
Crampin表示,在单个三井(three-borehole)压力监测站点400公里以内区域建立这样一个系统,以监测所有破坏性的地震,造价大约为400万至1000万美元。Crampin和同事已经建议建立全球监测网,包括1500个这样的站点。他说:“确实,这非常有野心,但是很多的证据证明它的确有效。”(科学网 梅进/编译)
 
(《地质学》(Geology),Volume 36, Issue 5,pp. 427–430,Stuart Crampin,Sheila Peacock)


如下为对该问题的负面意见

* [转载]科学大争论——地震能否准确预测?2010,http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=295826&do=blog&id=335546


如下两篇报道显示,日本人早已知道在未来一段时间内(30年),宫城地区会有一次大地震。

美国人担心加州未来30年间可能发生大地震, 2011, http://news.sina.com.cn/w/2011-03-17/234122134944.shtml
直击日本之痛:大难面前保持从容与理性, 2011, http://news.sina.com.cn/w/sd/2011-03-18/123022139452.shtml



http://blog.sciencenet.cn/blog-60380-422186.html


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3 王号 金小伟 sunxiaofei

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