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同源前兆波预测地震初探*

更新时间:2009-03-28

引言

近年来在意大利实施的《可操作的地震预报-认知状态与应用指南》[1](以下简称《指南》),对地震预测预报作出了系统而全面的解析,对前兆方法进行了评议。依据我国地震预测预报实践,结合《指南》内容,笔者将当前地震预测面临的问题归结为:

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银弹战略乏策 地震预测的银弹战略是依据两个假设预测:①大地震是累进变形序列到达顶点的结果,这一过程中伴有区域应力应变场诊断性前兆变化;②对于即将发生地震的诊断性信息可以从前兆性应力应变变化敏感的观测结果中提取出来。可是,这两个假设都没有在经验上得到证实。迄今寻找诊断性前兆还远未成功。

回溯研究存疑 前震、主震和余震乃至震群均为回顾性名称。序列中的单个地震事件无法在物理上从与主震无关的背景地震活动中区分出来,在时间和空间中划定前震和余震序列的过程有相当大的不确定性。一些设想的前兆藉由实验室的观测结果得到了似乎合理的解释,但并未被自然界中足够的观测资料所证实。回溯性研究得到的正面结果存疑。

数学处理失实 地震孕育过程十分复杂,目前还没有有效方法对其观测,学者在使用“模式”描述孕震过程时,只能假设若干数学意义上的抽象变量,让它们分别和具体的孕震物理世界中的某个对象对应,然后依照数学规律对这些变量进行各种操作,其实质是用数学上的变化规律来代替物理对象可能发生的一切变化规律。这里的可能发生并不是靠真实物质世界来判别的,而是靠数学意义中给出的可能性来界定的。

前兆观测无据 关于地震前兆的争论在1990年代后期变得越发激烈。写于当时或随后10年详见《指南》第40,51,75,82,83,84和85条参考文献的批评意见下结论说,提交给国际地震学与地球内部物理学协会下属的地震预测委员会评估的和在其他科学刊物上发表的前兆,没有一个被证明是“评估前兆的同行评议程序”所说意义上的诊断性的[2-4]

这些问题交织在一起,地震短期和临震预测究竟路在何方?

依据同源前兆波预测大地震的思路,可以有效地避开上述的某些问题,不失为一条探索途径。如:该思路在理论上是要从目前的紧盯前兆报地震向“求源”报地震转换,力图捕获震源信息;在观测技术方面,要以探测目标区域积累应力的快速释放进程为首要任务,都围着捕获同源前兆波。这些波不仅能显示积累应力快速释放的进程,而且含有多种观测物理量的可比性信息,也为深入了解和分析大震何时发生提供了广阔的研究前景。不似银弹战略依据的两个预测假设,需在渐变中判断“累进变形序列到达顶点”及回答何为“变化敏感的观测结果”?这都一时无法给出明确的结论。

1 大震同源前兆波的发生定义

就当前测震仪记录的地震而言,前震、主震和余震乃至震群均为回顾性名称,它们只在地震序列完成之后才可能被确切无疑地识别出来。正如2013年芦山M7.0地震是主震还是汶川地震的余震都争论不休。

在新时期环境下,环艺设计中,不仅注重给予人美的艺术享受,同时还要求其具有良好的功能性和实用性,如果一味追求艺术美,而忽视功能性就会导致资源浪费,因此,在进行环境艺术的设计中,不仅要考虑对古典美的融入,给予人们身心和精神上的艺术享受,同时还要将审美性和功能性实现有效的结合。而在环艺设计中,设计师要对环境建设的便利性、环境土地合理性以及环境舒适度等进行充分的考虑,实现审美性和功能性的统一和协调,保证环艺设计兼具古典美和功能性特点。

断路器触头不到位,或触头损坏,都会导致断路器内部的气体内部的性能有所下降,造成气体内部气压不足,从而导致内部放电而引起闪烙声或因线夹松动、断股而引发外部放电声,这些都是异常声形成的原因。

为探索震源体亚失稳状态的变化规律,捕获有效的短期和临震前兆信息,前兆波观测台网布网原则及仪器布阵方式除了满足现有场地、条件保障外,还应布设成定向的、动态的综合台网。所谓定向,是仅为探测某一震源体服务;所谓动态,系指台阵布设因震源体变化的检测需要而变化;综合是指观测理念、观测方法等等的大综合。还应遵循:台网几何中心尽可能逼近孕震区域中心;围绕中心对称分布多个立体子台阵;开展人工波源探测;具备仪器检测和试验功能等。

此后的研究,特别是21世纪以来的实验研究,细分了亚失稳态的变化[7]

  

图1 同源前兆波发生阶段示意图

 

(杨军根据日本N.Fujita和Y.Fujii的归纳模式绘制,其中的分段采用了马瑾院士的“亚失稳阶段”定义)

遂将大震同源前兆波的发生定义为:在某一特定区域,无论以何种形式(力源、热源、热+力)造成区域地壳应力集中,大致经历4个不同应力阶段:①以弹性变形为主的稳态阶段;②伴随局部破裂与应力局部释放的亚稳态阶段;③以整体应力准静态和准动态释放为主的亚失稳态阶段;④以动态应力释放为主的失稳态(大震发生)阶段。第②阶段开始出现前兆波;第③阶段时发震断层进入了不可逆的变形状态,是地震波、电磁波、声发射波及形变波等同源前兆波的高发阶段(图1)。因认识所限,该图不能细分临震时发生什么波,故只能称为“示意图”。

中压配电网的通信技术主要分为光纤通信、电力线载波和特种光缆。目前,应用较为广泛的是光纤通信。光纤通信技术是在封闭的自有通道上传输,没有电磁辐射、信息不易泄露,具备较高的安全级别,是比较安全的通信方式之一。与其他方式相比,光纤方式具有施工难度大、初期投资成本高的特点。光纤通信在通信容量、实时性、可靠性、安全性等方面和其他通信方式相比有较大优势,目前较适合配用电通信的光纤技术包括无源光网络和工业以太网技术。工业以太网与 EPON 技术特性对比见表2所列。

运用同源前兆波开展大震短临预报的思路可以简述为:在被认为是可能发生下一次大震的危险性较大的地区,观测、分析研究以及预测目标区域积累应力的快速释放进程,同源前兆波高发阶段的到来预示着大震即将发生。

同源前兆波有明确的物理意义,这些信号来源于大地震震源及其附近,信号出现时间较为集中在震前数天或更长一段时间内;信号是以一定速度从孕震体向外传播的波动,可以被周围不同台站接收到,进而对辐射源作概略定位;前兆波波动信息较普遍,比如大多数地震没有前震,研究表明寂静的前震比平常所说的前震要普遍得多[9-10];大震同源前兆波因同源而有可比性,并可联合分析其协同性;它们都能标示震源体的应力释放状态;通过它们能系统地、长时间地积累孕震体及其附近包含介质参数变化在内的数据,认识寂静地震。这些现象的研究将会提高对地震的理解,对探索大震短临预测途径可能产生具有启示意义的结果。

2 震例分析

笔者在《前兆波及其地震预测意义》[5]中指出:在研制能够探测地震前兆的波动信息仪器并布设有效观测台网,捕获前兆波的基础上,分析孕震区快速形变过程引起的效应,预测积累应力的释放方式,用其预测事件的地点和时间,这应该是一条获得震源大量证据并进行强地震短期和临震预测探索的有益途径。

虽然2013年芦山7.0级地震事前缺少了本文所述的同源前兆波观测,但仍有必要以其为例进行震例分析。

近年来研究发现,TNBC组织中存在雄激素受体(androgen receptor,AR)的异常表达,并与TNBC的生物学行为、临床病理特征和生存预后密切相关[6]。AR不仅能作为判断TNBC预后转归的一个预测因子,而且很有可能作为一个新的靶点用于指导临床进行个体化治疗。因此,目前AR在乳腺癌,尤其在TNBC领域的研究备受关注。本文将就抗AR在TNBC治疗及预后中的研究进展进行综述。

芦山地震后,发表的若干文章涉及震前异常。毋庸讳言,根据几十年的预报实践,这些总结的异常作为短临预报的依据可操作性欠佳。在此,笔者试图借助芦山地震来解释运用同源前兆波开展大震短临预测预报的思路。

2.1 震中位置估计

依据同源前兆波对地点进行预报是一种渐进式预报。首先在被认为属于大震危险性较大的地区设置同源前兆波观测台阵,而后调整台阵几何中心逐步逼近。

在前一次大震后的某些区域,往往被认为是可能发生下一次大震的危险性较大的地区。郯庐断裂带中南段地震危险重点监视区与1668年郯城大地震相关。2008年汶川地震后的雅安地区也属于这类区域。若2008年以后就在这个大震危险性较大的特定区域,集中力量,布设同源前兆波观测台阵(详见3.3),开展实验观测与研究,可以比当今在芦山地震之前获得更多的信息。

双石—大川断裂是龙门山前山断裂在雅安境内的一个分支。芦山地震后,只在该断裂观测到一些疑是同震破裂。经科学探测:芦山地震的发震断层不是双石—大川断裂,而是与其相距5—10 km的一条隐伏在地下约13 km的隐伏断层[11]。笔者假设,若事前能判定芦山地震发生在双石—大川断裂及其附近,这样的地点预测精度已经相当好了!因为,现确定的发震隐伏断层是在芦山地震后,经上百名科技工作者、历时数月得来的科考结果。

2.2 震级大小预判

芦山震前有关前兆波资料甚少,仅能依据震后报道的应变、次声检测,这仍给我们提供了研究方向。

2.3 时间节点分析

除了被认为是芦山地震的震前及临震应变异常[12]外,许强等[13]报导了记录芦山MS7.0地震的次声波情况,但在主次声波初始到达之前也出现了幅度稍大的低频(<1 Hz)次声信号,该信号早前于主震发生。特别是多次记录到芦山小到3.1级余震发生的次声波,为研究同源前兆波的高发时刻增加了新证据。且声发射波被认为是最临近大震发生的一类波动。

海城地震预报所依据的“前震”,仅仅是依据当时的地震仪器频段范围内所能记录到的小地震。仅有当前测震仪记录的地震序列不能区分的“前震”,若能加入其他约束条件,是可以对广义前震进行定义的。本文所指的同源前兆波,不仅包含预报海城地震时的“小震活动性”指标的全部,还依据笔者在《前兆波及其地震预测意义》[5]中称谓的“前兆波”。主要分为声发射波、地震波、电磁波及形变波4类。

根据地震预报的实践,所报震级的误差大一些也并不会给减灾带来实质性的影响。目前预判震级大小不外乎依据孕震构造规模。依据同源前兆波预报震级,应以被探测孕震区的快速形变区域规模及其引起的效应为基础。它可以捕获地震孕育、发生的瞬间变化,寻求来自震源的信息,特别是那些有可比性的信息。这不仅可以界定快速形变区域的规模,还可以对力学性质进行解读,为震级大小判定提供依据。

对于时间的预测来说,必须依据同源前兆波资料作判断。分析孕震区快速形变过程引起的效应,预测积累应力的释放方式,判定同源前兆波高发时刻的来到是关键,可用其预测事件的发生时间。

这些无疑对研究未来大震的时间预测大有裨益。

3 预测难点解析

地震预测的基础必须以预测理论、观测仪器和布阵对策三者为支撑。组建有关同源前兆波的预测理论、观测仪器和布阵对策三大研究体系,分门别类地开展研究工作十分必要。而且应注意到这三者的两两之间,即预测理论和观测仪器、观测仪器和布阵对策、布阵对策和预测理论之间的联动研究。深入研究这些问题,或许是使同源前兆波预测大地震实用化的重要步骤。

(一)独立的鸟纹图案。反山12号墓出土的玉钺上有独立的鸟纹的图案,这种鸟纹的图案是比较完整的,给人印象最深的是身体呈卵圆形,其形制完全同于兽首纹中的眼。这就让人思考:到底是鸟纹搬用了兽面纹中的眼纹还是兽面纹搬用了鸟纹中的身体部分用作眼纹?这谁为最先不是没有意义的。如果鸟纹在先,那兽面纹就成了鸟纹的变体——复合的双鸟纹。如果良渚人的意图不是刻画兽面,而是刻画双鸟,那此纹的意义就完全不同了,也许它就不宜称之为神人兽面纹,而应称为神人驭鸟腾空纹了。

3.1 开展同源前兆波预测大地震的理论研究

孕震体的应力释放,特别是以大震形式的突然快速释放如何启动?历程如何?同源前兆波达到何种“协同”才发生大震?发震断层真有可能“进入了不可逆的变形状态”吗?-解决这些问题都是取得“必震前兆信息”的基础。另外,大震前孕震区从上地幔到地壳可能出现周期不同的形变波,无论是从理论上或观测事实上都是成立的,冯德益等[8]的研究以及20世纪80年代研制的形变仪器资料都提供了一些证据,可先锁定在这个范围内,结合测震资料作深入研究和具体实施考虑,提炼出一些“理论”来。不过,这些“理论”如何导引,从仪器设计,到台网建立,到观测资料的分析解释和应用,要做的事情也很多,困难也不少。

3.2 研制同源前兆波观测仪器

研制高速或超高速各类记录波动变化的仪器以及人工波源探测仪器十分必要而急需,以期记录亚失稳状态孕震体能量的突然快速释放历程,确定大震发生前的协同点。现有测震仪最接近同源前兆波观测仪器要求。即便如此,按照前兆波观测技术要求,这些仪器的设计理念还应完善,要使测震仪能够测定慢地震,并定出慢地震震级。为与形变波观测仪器做到无缝连接,研制弹簧-摆系统以外的其他换能形式的地震仪是必需的,这些仪器的观测条件保障必然也不同于我们现已熟知的测震仪观测条件。

(1)密切观察患者的临床,记录患者的不良问题(头晕、恶心、呕吐、皮肤瘙痒等)发生情况以及患者的基本临床状况。基于获得的相关资料判断患者的治疗效果。将患者分为两类:有效(临床症状消失或明显改善、无不良问题发生、心功能指标明显改善或优化)、无效(临床症状未改善或加重、有不良问题发生、心功能指标未改善或加重)。(2)心功能指标检测利用彩色多普勒超声仪进行,由经验丰富的医师负责检测并记录相关数据(左心室射血分数、左心室舒张末期内径、左心房舒张末期内径)。

3.3 布设同源前兆波观测台阵

同源前兆波观测台阵是小尺度台阵,是“求源”台阵。其观测对象主要是声发射、不同频率的地震波、电磁波、形变波等4类前兆波动,功能是捕获短期和临震前兆信息,提供未来大地震的预测时间和地点。为此,其布阵对策应有所考究,即在近期地震危险性大和比较大的障碍体及次级断层区域布置密度极高的地震前兆波台阵,数据实时传输和处理,监控措施严密,开展地震短临预测。

同源前兆波观测台阵应依托障碍体观测台网,后者是前者的基础。障碍体观测台网属于中尺度规模台网,应以能科学探测障碍体及其次级断层的应力应变积累趋势和近期地震危险性为目标。

藤井陽一郎[6]曾根据大量震例总结出形变前兆的阶段性特征,即稳定变化段α、加速变化段β1、失稳段β2和震前突变段γ。β1的特征是由准线性转为非线性运动(出现加速度),大致相当于中短期异常阶段;β2以出现一系列瞬态短周期事件(如突跳、波动等)为特征,大致相当于短临异常阶段;γ1则大致相当于临震预滑动(预破裂)阶段;β2和γ1共同代表了“临界状态”,即由稳定的定态,进入了非稳定定态,系统很快就会失稳;γ2是“同震形变”阶段。

为解决预测目标区域积累应力的快速释放进程这一关键技术,只有对前述3个方面的关键问题、技术进步需求、目前实施难点等等都分析透彻,且有切实对策方可。

万事开头难,而相应的,只要头开好了,后面的路就会一帆风顺。在婚姻理财这个问题上,亦是如此。30年、40年、50年或是一生的幸福生活,在财务方面的保障其实在结婚头3年可能就已经注定了。

4 总结与讨论

本文提出的依据同源前兆波开展大震短临预测预报的表述,严格地讲,还只能算是对此探索途径的思考。在经历了几十年地震预报的摸索和实践后,当前应该、也是有可能做一些改变的时候了:

视频采集采用罗技C270型USB摄像头,树莓派搭载的Raspbian系统内核支持该摄像头,识别ID为046d:0825。驱动层采用v4l2编程框架,然后对摄像头数据进行x264编码,该标准在视频压缩比较高的情况下还能保证较好的视频质量。视频采集框架如图6所示。

(1)看到了我们多年来只是紧盯前兆报地震,安装一套仪器就希望并认为可以获得地震前兆。要从紧盯前兆报地震的战略向“求源”的预报战略过渡,即抓着地震孕育、发生的根本,寻求来自震源的信息,特别是那些有可比性的信息-这是须实行的预测理论战略;

(2)为了要“求源”,观测技术思路必须做相应的调整,观测仪器和台网布设都要以探测震源体快速变化,特别是探测目标区域积累应力的快速释放进程为首要任务。为了获得震源体信息,必须重设观测技术构架,观测波动信息仪器,特别是人工波源仪器必不可少-这是须实行的观测技术战略;

3)四萼猕猴桃。俗称水梨藤、小梨儿藤、小羊桃。2年生枝较粗,灰褐色,无毛,皮孔稀、小,椭圆形,呈灰褐色,不明显。果实卵形或椭圆形,单果质量0.8~3 g,果皮浅褐色,无毛,无斑点,果面有几条不明显的棱,果肉多汁,有香气。

(3)在前面两项战略指导下,不要割断地震预报历史,要对已有短临地震预测预报成果继承和发扬,弥补重大不足,诸如拚弃现有的专业概念,形成“实用地震学”。实用地震学必将模糊测震学科和前兆各专业之间的界限,使之有机结合成一体,目的都是量测和预测地震;前兆项目的综合再也不是拼盘式的综合,而是从共同探测孕震区快速形变过程引起的效应来表述-这是须实行的推陈出新战略。

致谢

审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见和建议,深致谢忱。

参考文献

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[6]藤井陽一郎. 地震発生前の異常地殻変動継続時間とマグニチュードとの関係[J]. 測地学会誌,1973,19(1):57-58

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[9]吴忠良. 地震学中的“暗物质”—“静地震”与地震预测研究的未来[J]. 国际地震动态,2001(9):1-5

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[13]许强,朱星,李为乐,等. “4·20”芦山地震次声波研究[J]. 成都理工大学学报(自然科学版),2013,40(3):225-231

 
杨军,田韬,卢永
《国际地震动态》 2018年第05期
《国际地震动态》2018年第05期文献

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