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对《Science》杂志公布的第55个科学难题的解答

已有 4054 次阅读 2016-11-16 12:14 |个人分类:建言献策|系统分类:科研笔记| 地震前兆, 第55个科学难题

在庆祝《Science》杂志创刊125周年之际,该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学难题,其中55个难题是:是否存在有助于预报的地震先兆?

http://mt.sohu.com/20160514/n449553376.shtml

经过近6年的探索,时至今日,我们已经能够对该难题给出科学解答了

一、            标志性地震事件前,有无唯一前兆?

对标志性地震事件,即锁固段峰值强度点发生的地震,1976年唐山大地震和2008年汶川大地震,震群事件是唯一前兆。这是为什么呢?室内岩石力学试验表明,锁固段被加载至体积膨胀点时,微破裂丛集(图1),震群事件开始发生,震群事件是监测技术手段可识别的唯一地震活动性前兆体积膨胀点和峰值强度点对应的标志性地震事件时间间隔,一般为数十年或数百年,因此该地震活动性前兆可视为长期或超长期前兆。进一步的研究指出,前震事件可作为临近大地震发生的物理前兆。遗憾的是,前震发生后,即使某地震区已接近或到达临界状态,标志性地震事件并不会短期内发生,而是滞后数年乃至数十年,因此前震可视为标志性地震事件发生前的中长期或长期前兆,仍不是短临前兆。


1微破裂随机分布——丛集过程Lockner et al. 1991

我们对全球62个主要地震区(图2)的震情分析表明,标志性浅源、中源与深源地震事件孕育过程与室内岩石力学试验揭示的现象(图3)完全一致,即在峰值强度点前的体积膨胀点必须出现显著震群事件


2 全球主要地震区划分图(2.0版)


3 花岗闪长岩AE能量特征(乔兰等, 2014

(注:对实际震源体而言,在峰值强度点发生的标志性地震事件孕育过程中,其Crack initiation $\sigma$ ci处的丛集不显著,难以识别)

二、            标志性地震事件前,有无可靠的短临物理前兆?

地震前兆复杂多样,根据感知方式不同,可分为微观前兆和宏观前兆两大类(吴中海和赵根模,2013

微观前兆指人的感官无法察觉、只有用专门的仪器才能测量到的地震异常现象(张国民等,2001。类比岩石破坏的临界现象,将微观前兆分为两类(孙强等,2014:(1)与物理力学和结构特征变化有关的异常,包括应力异常、地形变异常、地下水异常、波速异常和地电异常等;(2)与能量释放及物理场参数变化有关的异常,包括电磁辐射异常和水氡异常等。

宏观前兆指人的感觉器官能直接感知的地震异常现象(张国民等,2001,如中小地震、地下水异常、气象异常、动物异常、地声和地光等。

多年来,前人基于诸多大地震前观测到的异常现象,总结出多种地震孕育模式和地震预测方法。但目前尚未发现可重复观测到的地震短临前兆,也没有可信的大地震短临预测成功案例,其原因在于:

1)异常现象能否作为大地震前兆仍待考证。某物理量监测值在正常背景值范围内出现异常变化后,应首先鉴别其是否为地震异常(张国民等,2001秦四清等(2016abc)的研究表明,每个地震区主震事件的孕育历时均很长,一般为数千年乃至上万年;标志性地震事件的时间间隔一般为数十年或数百年。目前各种异常现象的观测时间最长仅为几十年,通常多为几年甚至震前的几个月,因此我们对事后分析认为的异常是否为可信大地震前兆持严重怀疑态度,估计某些异常可能反映了大地震孕育过程中应力的局部涨落效应,而不是大地震前兆。再次强调,判断某种物理异常是否为可靠的大震前兆,需进行长期观测才能得出明确结论。否则,就会陷入“事后总能找到异常,而事前则难以判明某种异常是否为地震前兆”的怪圈,且难以自拔。

2)产生异常现象的物理机制不明确。若认为某种异常现象是地震前兆,必须严格论证异常现象的真实性,且阐明其产生机制,并接受可重复性检验,如此才能找到可靠的地震前兆。秦四清等2016abc基于大量震例分析发现,前震事件后至标志性地震事件前,处于临界状态的大多数地震区再无较大地震发生,即震源体物理状态基本不变,相应地监测物理量也基本不变,故不存在可识别的短临物理前兆

3)可能混淆了异常现象与大地震发生前、震时与震后的对应关系。以电磁或电离层扰动异常为例,若在某次大震震时或震后短期内观测到显著异常,容易从物理机制上给予解释。然而,根据上述分析知,标志性地震事件发生前,大多数地震区长期处于物理稳定状态,若大震前能观测到显著异常,不仅不能证明其是短临前兆,反而证明是太阳高能辐射扰动所致。

至于preshock事件,除个把能利用物理自相似性进行预测外,大部分为随机事件。对随机事件,若说其发生前有啥可靠前兆?能有人较为准确地预测?那绝对是神仙级的人物可以做到滴。不过呢,可以玩玩剪刀石头布的游戏,猜猜看,猜100次偶尔蒙对一次的概率还是有滴。

上述研究结果,近期已发表在《地球物理学进展》,感兴趣的人士可下载阅读:

杨百存,秦四清,薛雷,等. 2016究竟有无可靠的大地震短临物理前兆?.地球物理学进展,315):2020-2026

http://manu39.magtech.com.cn/Geoprog/CN/10.6038/pg20160518  
http://manu39.magtech.com.cn/Geoprog/CN/Y2016/V31/I5/2020



https://wap.sciencenet.cn/blog-575926-1015061.html

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4 杨正瓴 张志镇 蔡庆华 李洪江

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