地震災(zāi)害預(yù)測基本思維模式探討

劉芳彤 趙庭旭 孟凡博

摘?要： 地震災(zāi)害因成因復(fù)雜，具有較大的預(yù)測難度。本文重點(diǎn)分析了地震災(zāi)害長期預(yù)測的方法，從空間、時(shí)間分布規(guī)律入手，借助于前兆物理場進(jìn)行地震災(zāi)害短期預(yù)測及臨震預(yù)測，現(xiàn)已取得了較好的應(yīng)用效果，需在不斷實(shí)踐中加以改善，促進(jìn)我國地震災(zāi)害預(yù)測工作的進(jìn)展。

關(guān)鍵詞： 地震災(zāi)害預(yù)測;地震活動(dòng)力學(xué);前兆物理場

【中圖分類號】P315.75?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.41.245

1?地震活動(dòng)力學(xué)過程機(jī)制研究方法

地震的發(fā)生機(jī)制極為復(fù)雜，加之人們對地殼運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識還處于較為淺顯的階段，使得地震預(yù)測成為一項(xiàng)世界性難題。為強(qiáng)化地震預(yù)測的準(zhǔn)確度，應(yīng)首先開展地震活動(dòng)的力學(xué)過程機(jī)制研究。在科學(xué)技術(shù)的影響下，現(xiàn)已出現(xiàn)了兩種相關(guān)的研究方法。

1.1?連續(xù)介質(zhì)力學(xué)法

連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法在地震預(yù)測中應(yīng)用較為廣泛，首先需要建立起一個(gè)基礎(chǔ)模型，對其施加設(shè)定的區(qū)域應(yīng)力，通過數(shù)值對斷層摩擦強(qiáng)度產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行分析，在應(yīng)變達(dá)到一定極限后，最終產(chǎn)生破裂。通過此模型，可以直觀顯示出斷層區(qū)域地震活動(dòng)的基本特征，制作出地震活動(dòng)時(shí)間、強(qiáng)度、地點(diǎn)的變化圖。

1.2?非線性法

地震產(chǎn)生的應(yīng)力主要作用于地下巖石層及地面巖體中，使巖石產(chǎn)生扭曲、變形、破裂等情況。連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法受到自身所限，不能準(zhǔn)確表示出此復(fù)雜過程。尤其在地下巖石破裂時(shí)，極易產(chǎn)生混沌、自組織等特殊表現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)已在地震活動(dòng)力學(xué)過程機(jī)制研究中出現(xiàn)了一種非線性科學(xué)方法，此方法主要研究巖石在受到地震影響產(chǎn)生破裂后的分形幾何學(xué)特征、自組織特征、混沌力學(xué)特征，合理闡釋了地震活動(dòng)變化的全過程。

2?地震災(zāi)害預(yù)測基本思維模式

2.1?地震災(zāi)害長期預(yù)測

地震災(zāi)害是多種因素共同作用產(chǎn)生的結(jié)果，為保障地震災(zāi)害長期預(yù)測的準(zhǔn)確性，應(yīng)注重歷史資料的作用，借助地球物理、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等知識，從宏觀角度分析某一區(qū)域內(nèi)的地震災(zāi)害發(fā)生規(guī)律。如使用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及地球化學(xué)法能夠找出構(gòu)造活動(dòng)頻繁的區(qū)域;對于隱藏較深的斷裂活動(dòng)帶則可以使用地球物理、地球化學(xué)法進(jìn)行查找。在此過程中，還要采取數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法總結(jié)出地震災(zāi)害的分布規(guī)律。以下從多角度對地震活動(dòng)的分布規(guī)律進(jìn)行闡述。

2.1.1?空間分布規(guī)律

大陸區(qū)域的地震主要發(fā)生于0～100km深度富含彈性固態(tài)巖層中，地下30km為高發(fā)區(qū)。另外在褶皺較為密集的山系帶、地形構(gòu)造變化區(qū)、相鄰大陸板塊的交界區(qū)也是較易產(chǎn)生地震災(zāi)害的區(qū)域。在斷層的分叉點(diǎn)、起始部位、多斷層交匯部位、構(gòu)造活動(dòng)頻繁且運(yùn)動(dòng)相對較快的區(qū)域，均是容易產(chǎn)生巨大應(yīng)力的場所。這些具有鮮明特征的區(qū)域，極易產(chǎn)生地質(zhì)斷裂情況。

2.1.2?時(shí)間分布規(guī)律

應(yīng)力場逐漸累積、在達(dá)到一定極限后將能量快速釋放、再將應(yīng)力進(jìn)行分配，以達(dá)到能量平衡、保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在橫向上形成“此起彼伏”的狀態(tài)，在縱向上形成“一漲一落”的狀態(tài)。從地震產(chǎn)生的機(jī)制中可以看出，地震在時(shí)間分布上具有一定的規(guī)律性，可借助于此特點(diǎn)對地震活動(dòng)進(jìn)行長期預(yù)測。

（1）橫向上“此起彼伏”

在一次地震活動(dòng)中，并非具有一致性及同步性的特點(diǎn)，而是在頻度的影響下，使整個(gè)地震過程呈現(xiàn)出分段性的特征。地震波產(chǎn)生于某個(gè)中心點(diǎn)位，依據(jù)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)、板塊構(gòu)造等因素的影響，使地震波依據(jù)特定的表現(xiàn)形式向其它區(qū)域遷移。地震波長各不相同，在遷移過程中會(huì)表現(xiàn)出不同特質(zhì)，遷移距離長短不一。由于地震波往往會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)反復(fù)產(chǎn)生，在上一波紋還未完全消失的情況下，下一波紋已經(jīng)產(chǎn)生并且作用于相同區(qū)域內(nèi)，使得地震強(qiáng)度及破壞性更為巨大。

（2）地震活動(dòng)幕

在同一條地質(zhì)構(gòu)造帶及斷裂層中，往往會(huì)同時(shí)存在平靜及活躍的兩種狀態(tài)，呈現(xiàn)出波浪狀此起彼伏。此種活動(dòng)周期旋回持續(xù)時(shí)間不盡相同，最長可達(dá)幾十年至上百年，某些極為特殊的情況下甚至能夠持續(xù)上千年。最短則僅為十幾年，甚至幾年。受到技術(shù)水平及資料短缺的影響，當(dāng)前所使用的地震活動(dòng)周期旋回?cái)?shù)據(jù)尚不完善，并不能真正滿足地震災(zāi)害長期預(yù)測的需要。

2.2?地震災(zāi)害短期預(yù)測及臨震預(yù)測

在地震孕育階段，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的前兆物理場。前兆物理場與震源之間具有較為密切的關(guān)系，我們可借助前兆物理場與震源的變化機(jī)制，從中找出二者關(guān)聯(lián)性的深層次涵義，利用此種變化規(guī)律對地震災(zāi)害進(jìn)行短期預(yù)測及臨震預(yù)測。由此可見，此方法主要通過研究地震災(zāi)害的發(fā)生過程，推斷出同一區(qū)域內(nèi)未來的地震發(fā)生規(guī)律。

2.2.1?短期評價(jià)預(yù)測

由于地應(yīng)力持續(xù)累積，在陸地承受力突破臨界點(diǎn)后，即產(chǎn)生了地震現(xiàn)象。地應(yīng)力累積是一個(gè)緩慢的過程，尤其在初期階段，其變化極為微弱，甚至專業(yè)儀器都無法察覺。在臨近地震發(fā)生階段，此時(shí)的地應(yīng)力已接近巖石所能承受的最大限度。在眾多因素共同作用下，使得地下水變化較為明顯。如借助于震源物理力學(xué)進(jìn)行深入分析，即可明確地應(yīng)力即巖石的變化狀況，同時(shí)利用長期評價(jià)預(yù)測資料，得出當(dāng)前地震的產(chǎn)生機(jī)制、發(fā)作規(guī)律、地震周期、發(fā)震地點(diǎn)、災(zāi)害等級等多項(xiàng)資料數(shù)據(jù)。

2.2.2?臨震預(yù)測

在地震即將全面發(fā)生的階段，巖石自身強(qiáng)度已極為接近極限平衡點(diǎn)。此時(shí)在受到某一外力的作用下，使得巖石的應(yīng)力在極端的時(shí)間內(nèi)集中于某一點(diǎn)位之上，導(dǎo)致此區(qū)域的巖層破裂，從而引發(fā)地震。這些外力作用來源廣泛，如月球潮汐力、環(huán)境變化等因素均會(huì)造成區(qū)域內(nèi)的氣壓改變、地球自轉(zhuǎn)及自震蕩變化。在臨震預(yù)報(bào)時(shí)，要進(jìn)一步明確地震速發(fā)生的時(shí)間及地點(diǎn)，對外部應(yīng)力作用的影響進(jìn)行研究分析，找出其中的對應(yīng)關(guān)系，從而取得良好的臨震預(yù)測效果。由于臨震預(yù)測極為接近于地震發(fā)作時(shí)間，因此要綜合考慮各類影響因素，采用非線性方法可以使預(yù)測結(jié)果更為精確。

3?結(jié)語

地震是一種較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害，要研究其產(chǎn)生、發(fā)展的客觀規(guī)律，達(dá)到防震減災(zāi)的作用。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，首先要做好地震災(zāi)害預(yù)測工作，建立起地震災(zāi)害預(yù)測的基本思維模式。在此過程中，應(yīng)加強(qiáng)對震源的研究，并根據(jù)地震宏觀時(shí)空分布規(guī)律、利用前兆物理場等方式，使地震災(zāi)害預(yù)測更為精確。

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