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为何事后能找到所谓的地震异常? 精选

已有 3005 次阅读 2022-6-28 10:10 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记

长期以来,地震学家基于震前存在物理异常的执念,想找到可靠的地震前兆,但一直未能如愿。尽管如此,但事后总能找到所谓的“异常”。这是为什么呢?

我看过多篇有关文献,认为其存在如下共性问题:(1)数据分析采用的时段太短,一般为数天至数年(人为性强),难以反映地震孕育全过程(图1),故可能严重失真;(2)异常(数据变化较大或曲线变化较剧烈处)识别较随意,即不管所谓的异常是否显著,只要有地震对得上即可;(3)不管观测台站距震中的远近,有硬凑的嫌疑。的确,要这么搞得话,当事后诸葛亮易如反掌。


                                      图1 攀枝花仁和台钻孔应变NW向日均值曲线(朱航,2003

为澄清地震前是否存在可判识的地震异常,我将从地震物理机制说起。我们已经认清:

1)较大地震主要源于锁固段的脆性破裂,而破裂又归于构造运动加载。

2)破裂产生应力降,故只有在锁固段被加载至应力不小于破裂前的应力水平时,才能发生下一次地震。

3)加载是非连续的,可视为间隔一段时间加载一次;每一步加载,锁固段不一定破裂发震(参见(2));因此,对同一个地震区,较大地震通常会间隔一段不等的时间发生。

4)即使应力或应变满足了锁固段剪切破裂条件,但由于断层黏滞性的约束,地震会滞后发生,且滞后时间没有规律可循。

基于上述认识,以应变随时间变化为例,看看其变化特征。其他的物理量,如应力、波速、电阻率等随时间的变化可以此类推。

为便于理解,我们分两种情况讨论。需要说明的是,由于固体潮引起的周期应变在数据处理时可剔除,故在下列讨论中不予考虑。


2 应变随时间的变化示意图

(红色竖线表示地震,绿色曲线表示锁固段应变,黑色曲线表示近地表应变)

1测锁固段的应变(图2中的绿色曲线)

假设能把应变片贴在锁固段上。某次地震后的每一步加载,应变增加;加载完成后,应变随时间近似不变,直至下一步加载;当累积应变满足发震条件时,锁固段破裂错动,此时应变显著增长。换句话说,在地震前(震间),锁固段应变随时间总体上呈多“小阶梯状”稳态增长趋势,且增长量与震时相比很小。如上所述,因为不知道加载到第几步和滞后多长时间地震发生,所以任何人都不能科学地预知地震何时发生,也没有办法预知震级多大,除非玩“剪刀-石头-布”的游戏瞎蒙乱猜。需注意的是,震级可能不大,故不需要预报。

2测近地表的应变(图2中的黑色曲线)

锁固段位于基底中,距地表一般不小于10km。按目前的技术,无法把应变片贴在锁固段上,故多采用近地表的钻孔应变测量方法。假定钻孔正好布设在锁固段上方,以取得最好的观测结果。

深部锁固段几乎不受气压、降雨、地面温度、地面振动、人类工程活动等因素的影响,但在近地表的钻孔应变则受这些因素的影响很大,其包含了“大幅打折(深部锁固段的应变,要通过很厚的岩土介质才能传递到近地表,故近地表的应变测量值必大幅小于锁固段的实际应变值,甚至完全不含后者的信息)”后构造加载的信息,但更多的是上述因素导致的扰动信息。因此,测定的应变—时间曲线,在震间会呈现多“锯齿”,但在震时显著突跳,这与近地表的实际观测结果一致。若把“锯齿”的峰或谷作为异常预报地震,那就成了无稽之谈啦,因为其主要与扰动有关。为何事后能找到所谓的地震异常,答案已昭然若揭。

退一万步说,即使能排除扰动信息(相当于第一种情况),也无法做出可靠的地震三要素预测预报。

综上,在震间或震前,无论直接或间接(近地表)测锁固段的应变,都不可能观测到可判识的应变异常;然而,在震时,若观测台站距震源较近且震级较大,则能观测到应变突跳——显著异常,但此时地震已发生来不及做出预报了。

我再次强调,无论根据异常还是规律预测预报地震,都必须基于地震物理机制;否则,即使采用更先进的监测手段,即使把观测仪器布满全球,仍无济于事,只会白白浪费银子和时间。

如果确有与物理机制密切相关的异常,且能重复出现,则标志着已找到可判识的地震前兆,故可靠的地震预测预报也就随之实现了。然而,长期的预测预报实践表明,此路不通。例如,卢双苓等(2015)统计了我国大陆在1966 2002 年间,发生的1576 M5.0地震的宏观异常现象,其中动物习性异常58次,地光异常18次,地声异常17次和气象异常9次,分别占地震总数的3.68%1.14%1.08%0.57%,表明这些宏观异常现象与大地震的相关性很差。既然相关性如此差,就更谈不上因果性。这意味着根据异常预测预报地震相当不靠谱,再结合本文的分析知,也不会有光明的前途。

昨天,我在某微信群对群友们说:地震也好,滑坡也罢,虽然其演变千变万化,但遵循基本的力学与物理学原理,不可能干出格的事儿,这是我们能找到规律的根源,也是我们乐意从事科研的动力。就以此句话作为本文的结束语吧。

参考

朱航.2003.四川地区应力应变和重力的地震短临前兆异常特征[J].地震研究, (z1):9.

卢双苓,曲保安,蔡寅,等.2015.宏观异常与地震关系的统计分析[J]. 中国地震,31(1):141-151.

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