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汶川地震的可信应变前兆
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汶川地震的可信应变前兆
1. 前言
地震能否预测决定于地震是否有前兆。汶川8.0级大地震发生前我国地震工作者记录到了两例应变前兆。这是人类第一次在8级地震发生前记录到的应变前兆。地应力变化是地震发生的原因，地震是由贮藏在地壳硬岩层中的弹性应变能释放所致。地层应力应变是与地震孕育关系密切的本质物理量，抓住本质物理量地震预测将从经验预测向物理预测推进。
2. 汶川地震前观测到的两例应变前兆
一例是在汶川8.0级地震发生前的5月6日，地壳应力研究所郭启良团队在位于龙门山地震带青川一带作工程项目。在多个420m深的钻孔中开展水压致裂原地应力测量。在300～400m深度上测得最大水平主应力值高达21～22MPa，最小水平主应力值为13～14MPa，均大于垂直主应力。主应力方向NW至NWW向，与构造应力方向符合。表明龙门山断裂带此时水平构造应力强烈。图1.是龙门山断裂带上原地应力测孔位置。[1]
一个星期后汶川大地震发生。大震发生后的7月初，郭启良团队又到青川测孔的各相同测段复测，发现大震前后的应力变化显著，大震后主应力值降低约30％。图2.是汶川发震断裂大震前后水压致裂原地应力重复测量原始记录曲线。
图2. 汶川发震断裂大震前后水压致裂原地应力重复测量原始记录曲线 图中兰色为汶川地震前的测试曲线，红色为地震后测试曲线
地震是由贮藏在地壳硬岩层中的弹性应变能释放所致。汶川地震临震前，郭启良在发震断裂带上观测到的地应力高值异常是强震孕育和发生的警示标志，是汶川大地震的确定性地震前兆。这一观测事例告诉我们，寻找地应力异常高值的构造带，可以成为我们圈定强震危险区，进行跟踪监测并进而进行强震预测的科学依据。
另一例是“数字地震观测网络”分量钻孔应变项目中最靠近汶川的姑咱台，在汶川地震前后观测到反映汶川大地震孕育过程中地层破裂发展过程的应变信息。图3. 是我国‘十五’期间在西南地区布设的20个分量钻孔应变台站的分布图。姑咱台距汶川140公里，其它台的距离都超过了300公里。
图3. 汶川周围地区20个钻孔四分量应变台站的分布。三角是应变台站，红圈是汶川地震及余震（图2.和图3. 引自中国地震局地壳应力研究所编《2008年汶川8.0级地震科学考察图集》，地震出版社，2009年5月）
2010年8月，在《中国科学：地球科学》上刊登了邱泽华“汶川地震前姑咱台观测的异常应变变化”一文。[2] 该文摘要指出：“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。姑咱台钻孔应变观测良好的自检结果，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。这种变化的机制可能是当地附近的小尺度岩石破裂。小波分解结果表明：主震前，比较长周期的异常成分出现得比较晚，这是破裂尺度在增大的表现。姑咱台的观测应变变化与唐山地震前观测到的应力变化有相似之处。”
文章在结语中说：“IASPAI（国际地震及地球内部物理学协会）对地震前兆的检验表明，目前还没有一种公认的方法，可以最终证明地震前的某种变化是地震前兆。研究人员只能使用归纳法的逻辑推理来进行这种讨论。如果所有面前的事实都指向可能，而不可能已变成小概率事件，那么这就有意义了。
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。这不仅因为这种应变变化包含丰富的信息，还因为它与正常变化以及众多干扰影响都不同，容易识别，并且是持续发展的，使我们有可能把握其进程作出比较可靠的判断。
针对这种难得的观测资料，要做的研究工作很多，特别是应结合震源机制建立应变场变化的模型进行对比。我们的这种时间序列分析为进一步的研究打下了比较可靠的基础。”
这两例震前应变异常告诉我们：导致地震发生的，在14公里震源深度使地层破裂的构造应力是能够传递到断裂带地壳表层的；在离开震中一百多公里地方，埋设在数十米深基岩钻孔中高灵敏应变探头能够接收到大地震孕育过程中发出的具有特征性的高频应变信息。“地球的不可入性”不是不可克服的障碍。
3. 结语
地震监测是地震预测的基础。地震预测的成败取决于地震前能否捕捉到地震前兆及捕捉到前兆的品质。最有价值的地震前兆是“确定性前兆”， 即可以在大地震之前被无一例外地观测到，并且一旦出现必将发生大地震的异常变化。这类前兆观测量的另一特点是：物理意义清楚，与地震孕育关系直接。应力应变前兆就具备这样的属性而首先为李四光倡导。
汶川地震8万生命遇难。地震工作者为没有能够及时作出预测而深感内疚。地震工作者要努力工作，设法捕捉住灾害来临前大自然发出的前兆信息，为人民站好岗放好哨。
参考材料：
[1] 郭启良、王成虎、张彦山、丁立丰， 汶川大震发震断裂带临震前的地壳深部绝对应力异常分析[J ]，国际地震动态，2009年第4期，27～29.
[2] 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8月，第40卷第8期，1031～1039.
[3] 邱泽华的博文：“令人吃惊的汶川地震相关异常”http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=272248
https://blog.sciencenet.cn/blog-51667-372484.html
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