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有人说,越是复杂的自然现象,越可能存在着简单的规律,这话确有道理。非线性系统中出现的混沌现象够复杂吧,但在倍周期分岔通向混沌的道路上,竟然存在着费根鲍姆常数。先简要介绍一下我们提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论,以方便读者理解。
我们[1]应用重正化群理论导出了锁固体在其体积膨胀起点的破坏概率,基于材料脆性破坏的Weibull分布模型给出了单锁固体断裂点(大地震发生)与体积膨胀起点位移或应变的表达式为:
sf=1.48sc (1)
式中,sf和sc分别为对应锁固体断裂点与膨胀起点的应变或位移值。
小贴士:常数的存在,使得强震的预测成为可能。若比值不为常数,是变量,就需要进入地球深部取样测得岩石的物理力学性质,而这是不现实的。这也说明,地球可不可入,不是预测强震的必要条件。
锁固体变形到膨胀点时,微破裂开始向未来的主破裂面丛集,震群事件开始发生,在蠕变位移-时间曲线上表现为位移加速现象,因此sc容易从时间——位移观测曲线上确定。由于沿断层面的深部滑动位移不能直接测量,我们应寻求位移的替代量,已有研究表明Benioff应变[2]可作为深部滑动位移的替代量。
图1是日本鬼子监测到的货真价实的位移观测数据。看出来了吧,震前N年开始出现位移加速现象,这相当于震群事件的发生阶段。根据公式(1),就把1964年6月16日日本新潟市(Niigata)M7.5级地震直接拿下了。
图1 1964年6月16日日本新潟市(Niigata)M7.5地震[3]前后
6495水准点高程随时间的变化
还是那句话,复杂并不等于没有规律。为啥地震学家们搞了几十年的预测,没有发现如此明显的唯一前兆现象呢?为啥守着前兆还在找前兆呢?这得问TA们去。或许,苏轼《题西林壁》诗中的一句话“不识庐山真面目,只缘身在此山中”,给出了答案。
锁固段变形破坏到峰值强度点时,要发生大事儿,但要到达峰值强度点,必须要经过膨胀点,不管加载环境如何复杂与应力路径如何多变。这是锁固段发生宏观破坏的必由之路。自膨胀点开始,震群事件开始发生,即位移或应变随时间出现加速过程,这就是前兆,且是唯一的前兆。
参考
[1]秦四清,徐锡伟,胡平等.孕震断层的多锁固段脆性破裂机制与地震预测新方法的探索.地球物理学报,2010, 53(4):1001-1014.
[2] Steven C J, Lynn R S.Evolving towards a critical point: a review of accelerating seismic moment/energyrelease prior to large and great Earthquakes. Pure Appl. Geophys, 1999, 155: 279~306.
[3] 张国敏,傅征祥等.地震预报引论.北京:科学出版社,2001,72.
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