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如何理解地震周期? 精选

已有 3484 次阅读 2021-1-9 13:27 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记

1、周期现象

事物在运动、变化过程中,某些特征多次重复出现,其连续两次出现所经过的时间称为“周期”。在日常生活中,我们已观察到诸多有趣的周期现象,如日出日落是周期现象,一个周期是24小时,决定了一天的长短;四季轮回是周期现象,一个周期是12个月,决定了一年的长短;月亮从亏到盈变化是周期现象,一个周期是28天多,决定了一个农历月的长短。基于此,以至于有人认为“万事万物皆有周期物不同周期不同而已。

2、地震周期

那么,地震有周期现象吗?如果没有周期,则意味着发震结构一直处于加载状态;由于结构的强度总是有限的,在漫长的过程中加载应力早已超过其峰值强度乃至残余强度,地震们早就消停了。然而,实则不然。自有地震记载以来,总体上全球地震活动呈渐趋猛烈之势。

上述分析说明,地震周期应存在。如此,地震周期该如何定义呢?按过去的说法,地震周期是指特定活动断层(段落)或一个地区从弹性应变积累到释放(地震)所需的时间。不过,该定义有明显的缺陷:1)大量研究表明,多条断层(带)之间存在力学作用,故仅研究某条断层(带)的地震周期势必得出错误结果;此外,研究一个地区的地震周期,必须首先确定该区的范围,但过去专家们在确定该范围时,往往因人而异,即缺乏客观依据。(2)过去界定积累和释放存在认识误区,即认为不地震或发生中小地震的时段为能量积累阶段,而发生大地震为能量释放。正确的理解是:主震前为宏观加载下的能量积累阶段,在积累阶段不仅会发生中小地震,而且也会发生大地震,所以判识主震至关重要;主震与主震后的余震,标志着宏观卸载——能量释放阶段。总之,厘定地震周期的两大关键前提是:(1)能划定表征断层、地震内在关联性的孕震构造块体(对应的地面区域为地震区);(2)有可靠的主震判识方法。

针对以上关于地震周期存在的问题,历经长期探索,我们首先解决了孕震构造块体划分和主震判识这两大关键问题,进而对地震周期旋回(图1)和定义有了深入理解:某一孕震构造块体内多锁固段按照承载力由低到高的次序依次断裂,在断裂过程中会发生标志性地震和数量众多的预震;当最后一个承载力最高的锁固段断裂时,主震发生;与主震有关的余震活动结束后,一轮地震周期旋回完成。如此,周而复始。因为难以厘定能量积累开始的时间,所以可把两次相邻主震之间的历时定义为地震周期。

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1 地震区地震周期旋回

一方面,由于震级与锁固段的承载力呈正相关,所以每个地震区的标志性地震和显著预震的震级总体上呈增大趋势(图2);另一方面,鉴于震级也与应力降呈正相关,当某个锁固段断裂时受下一个承载力更高的锁固段约束导致应力降受限,故标志性地震的震级可能会出现波动(图3),但起码某次后续标志性地震(尤其是主震)的震级必然回升。这些分析与实际情况一致,表明我们对地震周期的理解靠谱。

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2 误差修正后瓦尔迪维亚地震区1471.8.29-2016.2.24之间

ML≥6.0地震的CBS与时间关系

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3 误差修正后唐山地震区公元前1767-2015.11.21之间

MS≥5.0地震 CBS与时间关系

有没有在相邻地震周期均已发生主震的地震区呢?从我们分析的地震区震例看,有史以来记录的地震绝大多数发生在当前地震周期,仅有少数地震发生在上一轮地震周期;个别地震区上一轮周期发生的主震虽有记录,但当前周期的主震尚未发生,所以迄今为止尚未发现发生过两次主震的地震区,或者说尚不知道每个地震区的周期是多长。

看到这里,好奇的同学可能会问?某一地震区主震后的地震活动情况怎样呢?以澜沧地震区为例,该区上一轮地震周期曾发生460722日泰国湄占MK8.5地震,这是一次主震(缺失余震记录),然后直至192252日才开始有地震(缅甸MK5.0)记载,中间约有1462年无地震记载。当然,无记载的情况无非有两种:一种是确实无较大地震发生;另一种是有较大地震发生但无记载,这在无人类居住的情况下常有。我们查阅了该地震区涉及的云南、缅甸和泰国人类居住和文明情况,可认为起码约从1044年起至192252日缅甸MK5.0地震前,该地震区无较大地震发生,这样平静期起码约有878年。由此看出,主震后地震区的地震活动长期呈现“风平浪静”的特点。

3、讨论:Parkfield地震具有周期性吗?

San Andreas断层带上的Parkfield段(Bakun et al.2005),在1857188119011922193419662004年,即时间间隔分别约为242021123238年,曾发生震级约为M6.0的地震,可看出其时间间隔并非具有周期特征。

1966年地震后,美国地震学家认为Parkfield段地震具有约22年的周期(称之为“特征地震”),据此估计在1987年左右应有一次强震发生;为此,在上世纪80年代中期,布置了当时已有的各种“高大上”监测仪器以捕捉前兆。但等啊等,一直等到2004年,期待中的强震虽姗姗来迟但终于发生了。令人遗憾的是,震前并未铺捉到显著性前兆,令美国地震学家感叹不已,击垮了其信心而一发不可收拾,自此认为“地震很难或不能被预测。”

Parkfield位于加州,加州属于我们命名的旧金山地震区。从图4知,18571881年两次地震为第一锁固段体积膨胀点和峰值强度点之间发生的预震;190119221934年三次地震为第二锁固段体积膨胀点和峰值强度点之间发生的预震;19662004年两次地震为第三锁固段体积膨胀点和峰值强度点之间发生的预震。这些预震(随机事件)连标志性地震都不是,更谈不上主震,不可能具有周期性。前3Parkfield地震貌似具有约22年周期,乃巧合耳。此外,由于数据分析时,最小有效性震级取MW7.0,这些地震不参与CBS计算,推断或为非锁固段破裂事件。

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4 误差修正后旧金山地震区1523.12.202016.2.24之间 

MW ≥ 7.0 地震的CBS与时间关系

(红线表示不同年代Parkfield地震所属的锁固段或非锁固段破裂阶段,并非指具体时间)

4、结论

因为过去对地震周期的理解有误,所以经常得到错误的预测结果在所难免。美国地震学家之所以认为“地震很难或不能被预测”,是因为其预测的是不能预测的预震——其演化既没有规律可循也没有前兆可言。幸运的是,标志性地震的演化有规律可循,具有可预测性。如果美国地震学家早发现了这样的规律,肯定会得到不同的结论。我们坚信,随着人类对地震认识水平的提升——逐渐向正确的概念和原理靠拢,地震不能被预测的时代终将终结。

参考(略)



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