能量预释放_试论地震短临突发性前兆的物理本质

能 量 预 释 放 —试论地震短临突发性前兆的物理本质新疆维吾尔自治区地震局 朱 令 人 短临突发异常的一般特征 在地震预报研究中 , 人们发现短 、临突发异 常与长 、中趋势异常是两类不同性质的异常 , 它 们在异常时间的长短 、空间分布 、 量值大小 、 变 化特征 、种类多寡等方面 , 都有着明显的差别。 短 、临突发异常除了时间短 、突发性这两个特征 外 , 还应强调下列几点 � � 大量值 。 不少学者认为 , 地震前兆是相 当微弱的 , 一些趋势异常资料也证实了这一点。 但更多的短临异常资料明 , 其异常幅值可达 正常变化的几倍 、几十倍 , 甚至上百倍 。 例如水 准测量资料表明 , 短临突跳异常可超过中误差 的 ! 至 ∀ 倍 # 地面倾斜量可达 � 至 ∃ 角秒 #水氛 变化可达百分之 几到上百 # 地下水位的升降可 达几米 、十几米。 ∃ 空间分布不均一 , 其范围与趋势异常有 明显差异 。 突发异常在空间分布上并不一定连 续 , 往往是少量的异常点掺杂于大量的非异常 点之中 。 此现象在海城 、 唐山等地震前兆中都 有明显反映 。 突发异常在震中及其附近地区表现最为集 中和明显 , 这是很自然的 。 但是 , 震例表明 , 突 发异常的分布范围往往比趋势异常更 为 广泛 , 一次大地震前 , 可能在几百公里 、乃至上千公里 的远距离处 出现突发异常 , 这是值得进一步研 究的现象 。 例如 , 图 � 是 乌鲁木齐红山地倾斜 仪“记录”的松播 、平武地震前出现波动的情况 , 其震中距在 �% & & 公里以上。 ! 种类多。 在短临阶段 , 除了趋势异常发 生转折 、加速 、迥返 、突跳外 , 还有许多无趋势变 化的突发性异常 出现 , 如电磁波扰动 、水化测值 突变 、地光 、地声 、地气雾 、动物行为异常等等。 斗 由外围向震中区发展 。 一些震例的资料 表明 , 趋势异常首先从震中地区开始发育 , 然后 向外围发展推移。 而突发异常恰恰相反 , 在一 些震例中 , 往往是外围区先发现 , 然后向震中区 跃迁逼进 。 海城 、唐山 、松潘平武地震就有这种 现象 。 , 川谷震 “回跳性” 。 汪成民等同志收集了丰 富的地下水资料 , 提出震中区地下水位存在“前 驱性临震回跳”现象 。 我们认为 , 临震回跳有一 定的普遍性 。 实际上其他许多突发异常中也存 在有类似的回跳现象 。 例如 , � ∋ ( ∋ 年 ! 月 ∃∋ 日库车 ) 。级地震前 , 离震中 (& 多公里的拜城 定点水准东西边在 ∃ 月中旬 开 始 幅度为 & ∗∃ 毫米 的短趋势异常 , ! 月 �∗ 至 �∋ 日回跳 & )∃ 毫米 , 十天后发震 +图 ∃ ,。 又如 � ∋( � 年 ! 月 ∃! 日青海都兰 ) ∗ 级地震前距震中 ! & 公 里 的托 索湖水文站观测到湖水位震前十几小时的回跳 现象+图 ! ,。 � ∋ 卜 ∃。 ∗ 月� 日日 ∃ 生‘ ∃ ∃ 卜 ∃ ! 短临突发前兆的物理本质是能量预释放 � ∋ ( ∋ 年底 , 我们提出了“能量预释放 ”的观 点 , 认为地震能量大释放之前 , 有一个短时间的 二日(牙年 起应变曲线的突变和反向 , 但是有时没有记录 到灵敏度范围内的微破裂 , 应变曲线也有突变 反向变化 。”说明临震回跳具有普遍性 。 预释放是能量积累到一定阶段 的 必 然 结 果 ,在 此意义上可以说短 、 临突发异常是长 、 中 趋势异常发展的结果 。 但是 , 从积累到释放 , 显 然不是数量的增减 , 而是质的变化 。 能量预释 放有着自身的条件和规律 , 因此 , 短临异常与趋 势异常的发展有着密切的关系 , 但不是趋势异 常渐进的直接结果。 也就是说 , 短临前兆及其 预报问题有相对独立性 。 局部释放或加速释放阶段 , 谓之“预释放”。 这 里所讲的“短时间”是相对于整个地震蕴育过程 而言的 , 约几个月到震前几天 、几小时 # “局部释 放 ” 是相对于主震能量大释放而言的 � “加速释 放”是相对于缓慢的蠕动释放而言的 。 一般说来 , 在地震蕴育过程中 , 能量的积 累 是逐步的 、缓慢的 , 所以反映在地壳形变及前兆 上也是缓慢渐变的。 能量积累和加速积累难以 说明突发异常的一般特征。 短临突发前兆的物 理本质则可能是能量预释放过程的反映 。 应该说明 , 不少文献中所说的预滑 、预位移 已经包含了这种思想 。 以前我们曾用应力—应变积累和释放解释两类异常的不同特征 。 长 期能量积累造成的趋势异常 , 在临震前由于预 释放一部分能量而发生迥返 、 回跳 。 回跳的显 著特点之一是其变化方向与能量大释放 +即主 震 ,时变化方向一致 , 而与趋势异常变化方向相 反 , 或者是减速 、转向 。 马瑾等同志所做的岩石破裂实验指出 � “主 破裂前一般先发生微破裂 , 其中一些微破裂引 能量预释放的几点讨论 水位+对》 −任乃目./�,∀∀−吐 只/‘/�!! − 0 � % ∃ & ∃ % ! &日 � 形式 。 预释放的形式主要有两类 � 一是 小规模破裂和滑动。 大震前的狭义前震活动就 是一种 # 二是断层的蠕动+预滑 ,—宋观裂缝亚临界速度的扩展 。 小规模破裂和断层蠕滑将导致扩容裂隙的 闭合 、 宏观裂缝的串通以及频率域相当宽的辐 射现象—除了弹塑性形变波外 , 还可能有电磁波辐射 、热 、光 以至某种粒子辐射等等、 宏观裂缝的扩展或串通 , 为深部高温 、高压 物质上涌提供了通道 , 这也成为多种临震前兆 的能量来源之一。 从这种意义上讲 , 某些临震 前兆并不属于能量的预释放现象 , 而是物质溢 出的结果。 ∃ 量级 。 估计预释放的量级是困难的。 一 般说来 , 对脆性破裂型的地震 , 前震活劫明显 , 可用前震来估算 # 对粘滑型地震 , 预滑量较大 , 可通过预滑观测来估算 +实际缺少这种定量资 料,。 根据一些实际资料作了极其粗略的估计 , 各次地震的预释放差别可能是相当大的 , 大体 上在 �务一% 务 的范围内。 ! 随机性 。 能量预释放是震源处在极不稳 定的状态下发生的。 因此 , 无论从速度 、规模还 是时间上来说 , 都存在一定的偶然性 , 它受各种 具体条件的影响 。 所以 , 短临突发前兆的随机 性是明显存在的。 另外 , 正因为震源处在极不稳定的状态下 , 故预释放及短临前兆受外因触发或调制是完全 ∀ , 对估算地震预报能力的探讨 国家地震局地震测晕大队 徐 树 心 地震预报问题 , 当前尚处于探索阶段 。 地 震工作者的责任 , 一方面要大胆实践与探索 , 另 一方面也应该考虑地震预报对社会经济可能会 造成损失以及会牵动千家万户的安宁生活。 所 以工作本身要求对待地震预报问题应持严慎态 度 。 我们在作 出预报之前 , 是否可以预测一下 预报效果 1 衡量一下预报的依据是否可靠1 预 报的“权 ,’+ “权” , 其字义为 “衡器” 。所谓预报权 , 即譬喻衡量预报的能力。 ,有多大 1 如果能够通 过某种方法预先对我们的预报水平有所估计的 话 , 那么 , 可以减少我们工作中的盲目性 。 本文 想就这方面作些探讨 。 设想建立一个衡量地震预报“权 ”的数学模 型 。 思路是 � 把预报的依据作为预报因子 , 对 预报因子以数字表达 , 设计出各预报因子之间 的数学关系式 , 将预报 “权 ”作为未知数求解 , 预 报的权应是预报因子之和的评价 。 预报的依据是前兆信息 , 预报的效果与信 息可靠程度有密切关系 , 前兆信息的提取 , 来 自 监测手段的异常 , 因之在作 出预报前 , 首要工作 是对异常进行认真的 、科学的调查落实 , 这是前 提。 只有经过落实的异常 , 又是公认的异常 , 在 这个基础上进行预报权的估算才有意义。 估算预报权的办法 , 采用线性规划的方法 。 首先要确立一个 目标函数 , 这个目标函数就是 最佳状态的预报 “权 ” 。 第二步列 出各预报因子 之间的关系式 , 以线性方程组表达 , 加人各项约 束条件 , 按单纯形法求解各未知量。由于 目前我 们 的工作还达不到定量提取信息 的水 平 , 各因子间的关系式无法确切表达 , 但是 , 我们可 以借鉴国内外大震震例研究所取得的认识来粗 略地进行估算 。 预报权的数学模型 � 设目标函数为 � +或 2 3. , 4+ 尸, 一 二56 # 十 � 必 书年十 。矽矛 约束条件为 � 7 , �8 � 9 。。8 : 9 · ’二 9 。 # 。8 。+, ; 《 ,石, 7 ∃ �8 5 9 。� :8 � 9 ⋯ 9 7 � , 8 。+, < 簇,匀 7 , , �沪� 9 7用 :8 � 9 ⋯ 9 7 。, 8 , +, “簇,=。 所有 式中 � 户, , & , +>; � , , 二 。, +或 2 3. ,4 +尸,一目标函数值达到极大或极小 , 即最佳状态下的预报权。 ‘3—权系数+常数 ,, 根据经验给定 。岛—预报因子的权 。, —线性方程组系数 +常数 , , 根据经验给定。 = 、—常数 , 给定 。+, 一 镇,—表示三种符号任取一种 。 可能的。 连续的。 小地震活动的密集—平静 # 断层蠕∀ 速度 。 能量释放的速度是非常重要的间 动的时停时滑 , 正说明能量预释放的进行是不 题。 低速度的释放 , 如每年几厘米的蠕变并不 连续的。 能引起突发异常。 因此 , 能量释放的速度大小 现在还缺乏必要资料和可靠的方法直接计 往往决定了突发前兆能否出现 , 而且很可能是 算预释放的速率 。 根据某种前兆的地区迁移来 大震发生的必震指标之所在 。 推算断层蠕滑传播的速度 , 或者根据前震能量 一般说来 , 愈临近发震 , 能量释放速率就愈 释放速率来估计预释放的速度 , 是一种间接估 大 , 即预释放是逐步加速的 , 但这种加速又是不 算的可能办法 。