具体说到汶川地震的发生,就是说地震的发生是在四川盆地的西边,它和青藏高原是东缘相接的,龙门山断裂带而发生的,它的发生的机理,我刚才说了是由于青藏高原向东向挤出,然后青藏高原的这种地块,压到了龙门山断裂带上,然后压到了四川盆地的上部,然后最后产生了破裂。这个基本的断层,就像这张图展示的,所以四川盆地内部和青藏高原内部的地壳结构上不一样的,像前面那张图,我们看到,如果我们再跨过龙川断裂带划一条剖面的话,我们做一条随深度剖面,就是下面这张图的展示:
这张图给我们的一个认识就是说,在四川盆地内部这种地壳它是稳定的,而且上下基本结构是没有太大差异的,可是在青藏高原内部,呈现三明治的结构,三明治就是说,你在上面是有一个比较硬的上地壳,下面也有相对比较硬的下地壳,可是在当中,会有一个比较软的叫做滑移层,这个滑移层,如果我们从远处,青藏高原向东向挤出的话,给它加这样一种力,那么这种上面的上地壳的物质,就会相对于下面产生一个缓慢的滑移,这个滑移率就是我们刚才讲的,跨过龙门山断裂带每年是1.5个毫米,而这个滑移到了接近断层,接近龙门山断层的地方会停止,因为龙门山断裂在平时是被锁定的,在这种情况下,龙门山断裂和它下面这个滑移层当中间,我们可以有一个,认为叫做就是转换层,这转换层的意思就是说,转换层的上面就已经是完全被锁定了,转换层往下面的连接,到滑移面,就可能跟滑移面的完全相同那种速率,可是在转换层它本身,它的滑移可能就会低于后面这种滑移层这种滑移的速率。
而现在我们对这种转换层的认识,应该有可能是成为我们认识龙门山地震发生的一个很重要的一个因素,它的原因就在于,在我们这个青藏高原东向挤出,对整个这个系统施加一定的力的过程中,由于转换层的上面是被锁定住了,所以在这种挤出过程中,转换层在不断地增加力,然后,由于它不大稳定,在它施加一定量力的过程中,可能就会产生一定的滑移,每当它产生一次这种滑移的时候,就会把它本身承担一部分力释放出去,而这种力就会有一部分转移到上面这个锁定层上面。这样锁定层就在这一个过程中,就不断地有应力场的增加,有能量的增加,所以正因为这种能量增加到一定程度,这上面转换层承受不了,会发生地震。而这个地震破裂的过程中,最先开始破裂,那么就是和转换层直接相接的这个地方,这个地方就是说,上地壳下部和,或者说是锁定层的底部,这也是我们看到的这次地震的发生的震源的位置,而我们通过世界上许许多多类似这样所谓逆冲型地震的研究也发现,这些地震的初始位置恰恰就是发生在它这种锁定层下部,如果是这样的话,那么我们去研究这个应力场是怎么从这个转换层转换到了这个锁定层的话,可能有助于我们认识这个地震发生过程。
在无法确切分辨地震信号时如何展开跟踪研究?
对地震预报的研究关键点在于如何捕捉有效的地震信号,目前国际地震学的前沿是否到了精确预报的地步?在无法确切分辨地震信号的时候,我们如何展开跟踪研究?
这方面的研究,可以从下面这张图片上得到进一步的解释。下面我们看到的是一个在北美板块的一个例子,就是说加拿大的地球物理学家们,对这地区进行了充分研究,他们研究的就是,在加拿大的西南面,是处在一个和太平洋板块相接的边界,所以太平洋这边有一个小板块,叫做胡安狄福卡板块,它在朝着北美板块做着北东向的一个向下的这种俯冲作用,这种俯冲是由于整个从太平洋这边向北东向的推挤这样产生的。
在这样一个过程中,这个板块向下走,可是它在最上面,上地壳这个地方,由于它比较冷,它被挤住了,它是不动的,在下面这个地方它会有就稳定的一个滑移层,这个滑移层就是说哪怕在平时的话它也会随着这边的推挤,在稳定地往下滑移。然后在这个滑移层和它的中间就会有一个转换层,所以如果我们在地表,在这个地方建一个GPS观测台的话,那么我们可以看到,随着这个块体向东向的推挤,这个GPS台站,就会缓慢地向东向移动。这个东向移动的过程中,人们很奇怪地发现,到一定程度,它可能就突然往反向又走了这么几天,或者是十几天的时间,然后过了这个时候,又开始向东向缓慢地移动。然后这样过程大概每隔一年多时间就会产生一次,刚开始的时候,人们不清楚这个产生的机制,它产生的原因是什么,到后来通过深入研究就发现,实际上它就是由于转换层它在一定时间内,它会产生一次失稳。
失稳就是说,由于不大稳定,它平时可以承受比较小量的这种应力和这种能量,可是它承受到一定程度的话,它就会发生滑移,然后每次滑移的时候,就会把它原来承受的那部分应力,就会转嫁到它的上面,就是锁定层。所以如果这样一种模式成立的话,那么我们可以有理由想象,就是说地震危险性,那么随时间是有着一个变化的,就是平时危险性并不高,可是每次它发生的周期性反转的时候,就是已经到了危险性大大提高的时候,因为在这个时刻,把它原来承受的应力场转嫁到上面,上面这个应力场一下就大大增加了,那么这个时候就是我们特别要警惕的时候,而且下次地震发生,很可能就是他这样一次,某一次这样一种过程正在进行的过程中。所以GPS通过这种,国外的这种,通过延续它的研究,给了我们这样一种启示,就是说如果我们把它放在一个关键的部位,我们去研究的话,我们有可能去捕捉到一些和地震发生非常相关的这种信号。
以上我讲的这些,就是我们做和地震有关的,这也是个基础性的研究,近些年来所看到一些东西和我们能有的一点认识。当然这方面例子还有很多,时间关系,这里就不多讲了。可是这些东西我们刚才也说了,确实还没有能够达到能够进行地震预报的程度,可是我们确实通过这一系列研究,已经对于这种地震发生的机制,有了相当大的进展。虽然我们不能做地震预报,可是我们希望能够沿着这条路走下去,那么终有一天,也许我们能够对地震预报有一个新的突破。如果沿这条路走的话,那么这是地震预报的一种途径,就是说我们从一种最基本的物理规律出发,比如说牛顿的力学定律然后去推演,那么我们知道,下面它应该发生的时间,我们可以观测数据,相对比,然后我们可以根据观测去检验它的正确性。
可是由于我们现在还不能正确通过这种方法实现地震预报,所以我们现在的地震预报工作,更多的是依赖另外一种方法,这种方法就是说我们通过统计性的归纳的方法,我们可以去搜集好多我们认为跟地震发生相关的一些信息,这种观测,比方说我可以看所谓地震云,我可以去看“动物异常”,或者去监测地下水位变化或者是地电场、地磁场变化等等,这些观测可能跟地震有某些内在联系,可是这种内在联系并不是很清晰的,可是我们重要的是,收集到众多的资料之后,我们就可以通过一种统计的方法,找出它也许有某种联系,那么也许能够预报地震,所以现在的地震预报,可能更多的是依赖于这种方法。
我们上面说的这两种方法,实际上恰恰就是科学研究所依赖的这两种基本方法,头一种方法叫做推演法,第二种方法叫做归纳法。归纳法,虽然它有它的好处,可以做我们现在还做不到的一些,就是说用推演法做不到的一些事情,可是它有它的缺陷,就是它会产生相当大的不确定性。
如果我们通过归纳法来做地震预报的话,那么我们怎么能判断我们的这种预报确实是科学的,是有效的,而且我们有众多的这种预报方法,我们怎么能判断方法A比方法B要来得更好呢,我觉得在这里,我特别要注重这种统计学的归纳法,它应该遵循的科学的检验的规律。
举个例子,就是说如果我做地震预报的话,因为我是一个统计性的,那么它可能有三种结果,一个叫做正确预报,一个叫做虚报,一个叫做漏报,所谓虚报的意思就是说,我可以预报,从明天开始,任何一天都有地震,这样的话,如果发生地震的话,我百分之百的地震,我都能够预报出来,可是它的代价就是,它明天不发生地震的话,我就发生一个虚报。举另外一个极端例子,我可以预报从明天开始,任何一天都不发生地震,那么确实有好多天是不发生地震的,可是一旦发生一个地震,那么我就会发生一个漏报,所以一个全面的预报,你一定要把这三种情况,你都要考虑进去。然后真正检验这种方法好与不好,那么不是说我今天预报成功了,我就说,我今天报得有多么多么好,我明天的预报失败了,我就把它按下不表,那么应该把所做的预报全都拿出来,然后放在一个统计的检验的模型里,去把你的正确预报,虚报和漏报,去看它们各占多少成分,然后通过这样一种统计的分析,我们才能够判断你这种方法是否真正是有用,而且方法A相对方法B可以通过这种方法来进行检验,来判断哪种方法的这种可行性。
而且地震预报,我们讲求要有时空强的三要素,所谓时空强三要素就是说,你要预报的是地震发生的时间,地点和强度。那么当你做一个预报的时候,你就要给出这种预报的地震的空间在多大范围,时间在什么范围,而且震级在一个什么样范围,只有在做了这样的预报之后,人们才能用你这种预报,通过你预报了许许多多次地震,你成功与失败,几年之后来做一个统计性的检验。
现在某些预报可能它给的范围很宽泛,或者它在检验的时候,有些因素没有对上,它也认为是成功,所以这些东西确实是否成功,要有一个统计,严格的判断。各种预测方法,应该是可以百花齐放的,我们都可以大胆假设,可是大胆假设之后,我们还要注意要小心求证,就是严格地求证你这种方法的正确性,严格地求证这种方法的成功性,只有这样才能成为科学,才能站得住脚,才能推动我们的地震预报事业取得前进。
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石冰
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