地震预测的难点在那,地震可以提前预测吗?

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Olivine地质学硕士生

2013-05-05 20:03

说的玄乎一点,地震预测的难点就是不知道地震预测的难点在哪。

现在地震学理论里面所能够接受的前兆基本被研究了,但是却没有找出明确的相关性。

1、前震。前震是地震最有力的前兆,但并不是只要是大震前发生的小震就可以认为是有意义的前震。前震的发生频率要明显的大于本地区小震发生的背景值,也就是说小震发生的频率在短时间内明显上次,才能成为有意义的前震。如果在大地震前只发生几次小震,和背景值差不错,也不是有意义的前震了。

但这也是一个非常尴尬的话题,原因就是有的时候又前震,有的时候没有。比如这个帖子里面提到的Parkfield地震,1934年、1966年的地震,都有前震,但是在2004年地震以前,却是异常的平静,地震悄无声息的就来了。当时那里布设了大量用于观察前兆的仪器,结果是竹篮打水。

1975年2月4日晚7点36分的海城地震,前震在6、7年前就开始了,而且在地震前一两天之内前震异常频繁,有几次大于5级,甚至造成了房屋损坏。这次前震非常的明显,然后加上机缘巧合,就提前预报了。

a图是地震当天和前一天的前震,横轴是日期,纵轴是震级;b图是地震发生的数目,横轴是日期,纵轴是数目。地震的当天发生了非常多的前兆,有几个大于5级,震感非常明显,而且造成了一定的损失。海城地震可以称得上是最典型的前震密集型地震了,作出预报也不稀奇。

2、氡气释放。现在的地震理论认为,地震前断层滑移会有一个加速的阶段,这一阶段会产生微破裂;而地下水中是含有氡气的。然后,破裂就会造成氡气的释放至地表。但是这种方法也很尴尬,还是有的地震有,有的地震却没有。

3、P波(纵波)波速(Vp)和S波(横波)波速(Vs)的比值会发生变化。这种方法的理论基础和氡气释放一样,地震之前会产生微破裂,这时候Vp/Vs会变化,一般过程是下降-持续异常-回升-发震。地震前的空隙发育,造成S波的波速下降比P波要多,造成Vp/Vs比值上升,然后在地震前夕,挤压加剧,又会使得空隙闭合,比值回升,最后发震。

这种方法是苏联人发明的,而且在上世纪70年代左右,对苏联和美国加州的几个较大地震的研究,似乎确实有这种地震波速比的变化规律,引起了非常大的轰动。但是,仔细的分析发现,这种方法并不能预报地震。如果在不知道地震已经发生的情况下去分析数据,根本不能推知地震会发生。再则,地震之前的波速比变化是非常复杂的,并不是每一地震之前都有这个规律。

4、地面隆起。同样,地震之前的一段时间,挤压加剧,会造成地面的微微隆起,利用精密重力仪等仪器可以测得这种隆起。但是,地震之前地面不一定有隆起,即使有隆起,也不一定和地震有关,有太多的因素可以影响到地面了,比如降水,可以看这个帖子,地震来了?

5、电磁异常。当岩石承受的压力增加时,其磁性会有变化。那么,地震之前的压力会增加,所以会造成地磁的变化。问题是,这种变化是非常微弱的,需要非常精密的一起才能测出来;而且,并不是所有的地震都有磁异常。一个谣言说地震之前地磁会消失,更是纯属扯淡。

这种方法比较有代表性的就是VAN方法, 是由 Varotsos、Alexopoulos 与 Nomicos 三位希腊学者在上世纪80年代提出的地震预测法。这种理论认为,在地震前,当应力的增加到一个阈值的时候,岩石就会产生电流,通过用精密的一次测量电流,就可以知道地震将要发了。但是,他们认为,这种电流只有在一些关键的地方才能找到。这就为监测增加了难度。而且,这种电流是相当普遍的,并不只在地震前才有。

6、地电异常。还是,地震前会产生破裂,然后使得水进入空隙,造成地电阻率降低。困境还是,有的有,有的没有。

7、电离层异常。对地震前的电离层异常有两个解释。

(1)基于内重力波的假说。由于地壳的块状构造,在地震活动区地震引起的重力振荡的幅值随着离开地面的高度增加而增大,这些振荡在地震之前瞬间像“活塞”似的影响到大气层,这样就产生了内重力波(IGW).内重力波具有较大的垂向群速度分量,使得内重力波抵达电离层依然具有较高的能量.特殊的电离层扰动是以电离层等离子体中性成份的变化为条件,这些扰动可能是由内重力波进入电离层所造成。

(2)基于异常垂直电场的假说。在地震孕育区除了力学过程,还有放射性地球化学过程,其中包括氡气辐射和其他几种气体成分的辐射,例如惰性气体和温室气体。这些释放的气体起着双重的作用,由于空气的运动,它们引起的不稳定性足以激励声重力波的产生.由于库仑作用力的微弱性,这些强烈的气体运动将破坏中性离子团,结果在很短的时间内,近地表大气层中产生大量的离子。电荷分离过程最终导致形成了一个与正常情况相比很强的垂向电场异常。理论计算表明当存在异常电场的地面区域直径超过200公里时,垂直地面电场就会进入电离层,引起电离层的扰动。

这种理论说起来倒也严实合缝,但是,地震之前真的有那么多的重力波(这个东西好像,物理上还没发现吧)或是垂直电场吗?如果发现了重力波,恐怕炸药奖都不会放过你的;而这需要多么强的磁异常才能影响到电离层?

8、AMR方法。AMR,就是Accelerating Moment Release,翻译过来就是加速(地震)矩释放,地震矩是地震学研究中一个非常重要的概念。这种理论认为,地震前相关地区的活动性会增强,造成地震矩(可认为是应变能)加速释放。通过统计不同地震前的矩释放结果,就可以得到其规律,用于预报地震。

这本质上是一种统计加拟合的方法。这种方法形成于上世纪90年代,创立者是USC的Samis和他的学生Bowman,当时被认为是一种非常有潜力的方法,并在2004年苏门答腊地震后得到了广泛的关注。但是,2005年左右,Michael等指出,这其实是一种拟合的方法,也就是说给定了地震矩数据和地震时间,总能找到合适的参数,使二者产生相关性。Michael通过改变参数,用和Bowman相同的数据,得到相反的结果:减速矩释放(DMR)。在2007年,这种方法的倡导者,Bowman在一个演讲中也承认了这种方法的失败,他的演讲题目就是:The life and death of a prediction method(一个地震预报方法的生和死)。

9、地震空区理论(Seismic Gap Theory)。这是一种基于地震周期的预报方法,认为地震是有一定发震周期的。通过一些方法可以计算出一个地区地震发生的周期是多少,还有上一次地震的发生时间,然后就可以知道下一次地震在什么时候发生。

但是,这种方法,只能知道地震早晚会发生,但并不能确切的知道什么时候会发生。可参考地震周期真的那么灵验吗

地震周期本身就不靠谱,而且,断层的状态受到了太多的因素影响。比如,这次的雅安地震,很多学者认为这是汶川地震的余震,就是因为汶川地震对雅安地区造成的很大的影响。一个地震发生后,会对周围的断层造成应力的加载或卸载。如果是加载的话,就会造成这个断层上地震发生的时间提前,有时候甚至可以提前上百年;如果是卸载,那么会造成地震发生之后。至于能提前或滞后多少,就不得而知了。更多的可以参考这里三则被误读的地震研究,逐条粉碎!余震乎?独立地震乎?

10、M8。这种方法是在上世纪90年代有UCLA的两个人发明的,Keilis和Borok。其实也是基于统计的,就是把一个地区(加州)的的地震用一个数列表示起来,然后找规律,预测下次地震。本质上,这是一种Postprediction,也就是在地震后发生后预测这次地震。他们曾在2003年预测了两次地震,一次在日本,一次在加州(6.5级),引起了不小的关注。

他们研究了加州地区在2000年以前的大小地震发生规律,然后根据规律在2003年末预测了在加州南部的Palm Springs,2004年9月5日之前,有90%以上的可能性(几乎是肯定)会有一个6.4或更大的地震。消息传到Palm Springs,已经变成了在9月5日当天会发生地震,并引发了民众的忧虑。但是,9月5日过了,地震却没有来,不仅没有来,这一段时间,当地反而异常的平静。

11、地下水异常,就更复杂了。地下水会升,会降,也会不变,基本无法用于预报
至于动物、地震仪、气象数据等,就更扯了。含羞草,呵呵。

写了这么多,容我吐一下槽吧。

、地震预报是一项非常严肃的工作,需要时间、地点和震级等要素齐全,且预报窗口不能过大,否则是没意义的。

、关于地震,我们目前了解的实在是太少太少,甚至不知地震为什么会发生,地震过程是什么样的。

、现在国内外学者其实并没有真正的放弃对地震预报的研究,只不过在这上面跌了几个大跟头后,认识到预报的难度,进而深入的研究地震的机理了。一旦地震机制研究有突破,以科学家的敏感性,地震预报研究会马上被拾起来。

、根据以上对地震预报的分析,归结起来,无非就是三种方法

(1)地震机制预报。现在的理论认为,地震之前断层运动有一个加速期,会造成应力积累,产生一些列的效应,可以利用这些效应进行预报,如方法1~7。

但是,这种方法用到的地震前兆,其规律性是非常差的。有些前兆在一些地震前观察到过,另一些却没有,而有些地震却是完全没有前兆,如方法1中提到的Parkfield地震,可以说该地震的地震前、地震中和地震后的都被记录到的,世界上再没有那个地震比这个地震数据更完整了。但是,2004年的这次地震却没有观察到可靠的前兆。

但是,地震后一些爱好者总能找到一些异常作为前兆,异常太好找了。须知,异常不等于前兆!!!异常要变为前兆,是要接受严格的相关性分析的,而且,相关性也不等于因果。这一点,恰恰是那些民间爱好者所缺的。而且,一个预报理论的有效与否,也要接受严格的检验。不能说预报准了一个,就算是理论是正确的,关键是还有有可重复性。

(2)统计预报。就是研究地震的发生规律,进而做出预报。如方法8~10。这种方法,说白了就是震后预报法。

这种方法就是找规律,企图用一个公式把地震套起来,然后预测。但是,就像任给一个有限整数列,总能找到一个公式把它串起来,但再任给一个数,显然是这个公式预测不了的。

(3)经验预报。11法

、回到主题,地震预报的困难就在于,我们不知道困难在那。现在的地震学理论确实预测了一些前兆,但是,这些前兆要么没有普遍性,要么就是干扰因素太多。总之,找不到一个每次地震都有的现象,作为地震的前兆。现在,我们有理论,有仪器,有数据,但是理论预测的前兆都不能成为前兆。对于预报,现在是有劲没处使。基础研究才是王道。

也许,地震根本就没有前兆。

、现在科学界也有很多人再做地震前兆的研究,但总结起来就是一句词:马后炮!地震之后找前兆,就像预设一件已经发生的事情,总是能找到的。更需要做的是,要检验有多少情况下,有了所谓的异常,发生了地震;另一些情况下,有了异常,却没有地震;还有,没有异常,发生了地震。

、预报小地震是没有意义的。地震是服从一个统计规律的,即古登堡-里克特定律。

横轴是地震震级,竖轴了地震发生数目的对数。可以发现,小地震的数目远远大于大地震。

小地震(<6级)是非常多的,关于真个请参考兰顿教你预报地震,而且非常有规律性,用随机的方法预报也有非常高的准确度。

、不要再执着于地震预报,中国摔了这么多跟头,还是没有醒过来呀!!!

这几天比较热闹的所谓美国专家预报了云南未来有8级以上大地震,云南地震局的一个人说没有意义,结果又被骂的狗血淋头。不过,这位云南地震局的专家说的非常有道理呀。比如我说,未来在日本、在美国加州、在阿拉斯加会发生8级地震,也是完全没一点意义呀。地震局的这个人说的非常有道理呀,与其预报,不如加固建筑物的抗震强度和地震应急训练。

好了,写了这么多,累了,感觉不会再爱了!

参考:
[1]Hough S.,2010,Predicting the unpredictable,Princeton unversity press
[2]蒋长胜 等,2004,中强震前地震活动矩释放加速现象(AMR)的普遍性问题,中国地震
[3]黎明晓 等,2006,云南地区地震序列的波速比(Vp/Vs)异常研究,地震
[4]蔡军涛 等,2007,地震前兆:电离层F2层异常,地球物理学进展
[5]Eos,Vol.88,No.20,15 May 2007, NaturalRadioactivity,Earthquakes , and the Ionosphere
[6]Bakun W. H. et. al.,2004,Implications for prediction and hazard assessment from the 2004 Parkfield earthquake,nature
[7]Stein S. & Wysession M.,2003,A introduction to seismology, earthquakes, and earth structure,Blackwell Publishing
[8]王广才 等,2010,地震地下水动态监测与地震预测,自然杂志
[9]Wang K. et. al.,2006,Predicting the 1975 Haicheng Earthquake,BSSA

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地震预测只是还没能精确预测地震震中,这或许就是难点吧!预测地震将要发生的时间和震级基本上是有相当成熟的技术了!

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