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强震孕育过程的自然属性与人类的预测能力: 热度 2 qsqhopeiggcas 2012-11-23 09:56; 俺这人整天“天马行空”般乱想，俺虽然不搞物理，但像吕喆老师一样，喜欢“悟理”。例如，在长期和朋友们喝酒的 PK 中，俺悟出了一个道理“少喝酒、多吃菜，够不着站起来，对身体挺好。”呵呵，估计各位童鞋们都悟出来了这样的“道理”。打住，开玩笑的话就不说了，言归正传，下面谈谈俺“玩地震”悟出的道理吧。人们经常会问这样的问题：（ 1 ）强震可以预测吗？（ 2 ）人类的预测极限能力有多大？（ 3 ）预测精度可以达到多高？为科学地回答以上问题，我们将从强震演化过程的自然属性出发进行分析，试图对以上问题给出清晰的答案。一、现状要阐述清楚上述问题，必须从目前地震预测的现状出发。过去，科学界认为强震不能预测或难以预测，主要问题是未找到强震孕育的普适规律和科学的预测方法。需强调的是，科学的强震预测方法，必须满足以下两点： (1) 以活动构造分析为地质基础，以岩石破裂过程力学为研究手段，以长期可靠的监测数据为依据，建立失稳力学模型进行预测； (2) 预测模型及方法得经得起“可重复性检验”，即在划定的地震区，所有的强震或巨震都能被预测或判断。举个例子，如果你的方法预测了汶川地震，而不能预测玉树地震，那么你的方法就不可能是科学方法，多属于“乱蒙”、“猜测”、“算命”的方法，这样的方法既没有意义，也不可能有人敢用。有人说“海城地震不是被成功预报了吗？”确实如此，但问题是海城地震是依靠“小震闹大震到及显著性动物异常”这种不靠谱的东东做出的，经验性的东东不能外推，没人敢靠这种东东用于大震的预报。一说到“地震预报”，就必然要涉及到三要素（时间、地点、震级）的问题。其实，过去地震学界连某地有没有“震”都不知道，何谈三要素？无情的事实是连一个要素都不能用科学的方法确定，更不用谈预测精度问题了。二、强震孕育过程的自然属性经过我们不懈地努力，强震能否预测的问题，已经基本解决。我们建立的孕震断层多锁固段脆性破裂理论及相关预测方法，阐明了孕震机制，找到了唯一的地震活动性前兆，通过对世界范围内强震震例验证、 2011 年云南盈江与缅甸地震及 2012 年云南昭通地震的前瞻性预测验证、对各地震区 preshock 事件的超前判断，表明：强震孕育过程遵循着确定性的规律，完全可以预测。前瞻性预测表明，在地点及震级的预测精度上，可以满意，而在时间预测精度方面，则有一定的误差。对发震时间的预测，到底可以达到何种精度呢？这得从强震孕育过程的自然属性谈起。强震孕育过程有两个典型的属性：（ 1 ）断层运动速率的缓慢性及伴随的破裂过程的缓慢性；（ 2 ）剪切破裂的粘滞性。对这两个属性对预测时间精度影响较大，我们将分别予以讨论。 1 、断层运动速率及破裂过程的缓慢性对预测时间精度的影响除板块边界断层外（据地质学家估计，大板块每年移动 1-6cm ），板内断层的滑动速率较低。例如，王伟等指出，主要断层滑动速率在青藏高原及周边为 6~18mm/a ，在中国东部地区为 1~4mm/a ，与地质长期速率比较一致。断层运动速率的缓慢性，直接导致了断层中锁固体破裂的速率极慢，因此强震、巨震的孕育时间一般为数百年或数千年。预测时间精度与孕育时间尺度是密切相关的。孕育时间越长，则人类的预测能力越低。若一个大震按 1000 年的孕育时间尺度考虑，预测时间尺度按 1% 一或 0.1% 的孕育时间尺度计算，则预测时间尺度为 1-10 年。为便于理解，举一个形象的例子。若我们预测某天从上海到北京的航班何时到北京？即使考虑航班延误、技术故障等因素，预测能力可以达到“小时”或“天”，误差不会太大；若预测某只蜗牛从上海出发何时到北京，预测时间尺度恐怕得以“年”为单位，因为蜗牛走的太慢，且时走时停。大震的孕育过程亦是如此，人类想在数小时或数天内将其“拍死”，谈何容易！除对板块边界的大震有可能精确到“天”或“月”外，板内大震的预测时间范围应是以“月”和“年”为单位。 2 、锁固体剪切破裂的粘滞性对预测时间精度的影响断层中锁固体破裂形式以压剪破坏为主。由岩石力学试验知，在蠕变加载下，剪切破坏是非连续的，具有典型的间断性特征，破裂速率极不均匀。即有时长时间不动，表现为“粘”性。即使达到了峰值强度，也不是立即发生宏观破坏，即宏观破坏（大震）会滞后发生，影响滞后的因素极其复杂，有岩性、加载方式的影响，也有触发因素的影响。剪切破裂的滞后性，决定了准确预测发震时间是非常困难的。为便于理解，以得荣地震区为例说明之。根据我们的预测分析，未来在该地震区会有一个 7.3-7.6 级的大震发生，在大震发生前，预计将发生多次 3.0-6.2 级左右的 preshock 事件。在我们发表博文后不久， 2012 年 6 月 4 日，果然发生了 Ms5.7 级地震。该地震区自 2002 年 8 月 16 日至 2012 年 4 月 14 日间，处于沉默状态（长时间基本不动，表现为“粘”性），未发生过 M s 3.5 级的地震事件。这说明，未来有大震的地震区，尽管地震会经常发生，但其活动性极不均匀，有时长时间不活动，有时突然向前“迈一大步”，其特征具有高度的随机性。这种“粘性”特征，即使能够判断某地震区离临界状态很近时，准确的时间预测确实也难以实现。从对 2011 年云南盈江与缅甸地震的前瞻性预测结果看，对盈江地震的预测时间可做到 3 个月内，缅甸地震可做到 1 个月内。而从 2012 年云南昭通彝良地震的前瞻性预测结果看，预测的 Benioff 应变临界值为 6.3E+07 ，实际发震的应变值 6.6E+07 ，尽管应变值相差较小，但达到预测值的时间距实际发震时间，滞后近一年。即使预测值与实际值完全相同，实际发震也滞后 4 个月的时间。由于监测数据误差的原因，预测值与实际值肯定有差距。再者，每个地震区的情况又各不相同。因此，对大部分地震区，有把握地实现短临预测非常困难。呵呵，好多人对 Benioff 应变不太明白，知道“应力”和“强度”的人士较多。换句话说，即使我们知道了锁固体的强度，通过应力监测也知道锁固体的应力恰好达到了其强度值（理想情况），对昭通地震，也不能做到短期预报（小于 3 个月）的时间要求。三、展望综上所述，对大部分地震区，目前阶段想实现短临预测非常困难，这是由强震演化的自然属性决定的，这或许已超越了人类科学认知水平的极限，不是“不想为”，而确实是“不能也”。目前，通过我们的预测实践来看，科学界能做到的是实现强震在未来 1-2 年的预测，这是相当“靠谱的”。人类不能实现超越科学认知的梦想，美好的愿望应与自然对象的演化特性和人类的认知能力“接轨”，自然对象固有的演化特性决定了人类的预测能力。那么，人类是否永远不能实现“短临预测”了呢？也不是。至少未来还有两种途径： (1) 当一个地震区接近临界状态（现在可以判断），宏观异常现象（如动物异常等）显著，可做出短临预报；（ 2 ）另一位天才级的大师出现。科研具有阶段性，不能“一口吃个胖子”，仗要一个一个地去打，饭要一口一口地吃。从强震孕育过程之前没有发现规律到找到确定性规律，从孕育机制搞不明白到清晰，从不知道唯一性前兆到发现震群事件是唯一性前兆，从不能预测到能预测，这每一项进展都是强震预测科学研究的重要进步。我原来说过，强震预测分三个阶段。第一阶段，能否预测的问题，已经基本解决；第二阶段，总结提升预测精度，完善预测理论和方法。我们计划到 2014 年底前，通过前瞻性预测验证，分析各地震区的特点，总结我们预测方法的不足并完善之，努力做到：地点预测，经纬度 ± 0.8 度；震级预测， ± 0.4 ；时间预测， ± 1 年。第三阶段，达到实用化程度，实现：地点预测，经纬度 ± 0.5 度；震级预测， ± 0.2 ；时间预测， ± 半年。备注：有人会说，老秦啊，你为什么只说你的方法，对别人的方法只字不提。因为俺认真学习过别人的方法，这些方法与强震孕育机制无关，非物理预测，属于经验或统计的东东，确实预测不了强震。俺再强调一次，对强震预测，只能用科学的方法去研究、去预测，除此别无它途。某些人士不要误入歧途，少做“事后诸葛亮，事前猪一样”的事儿。参考秦四清，徐锡伟，胡平 , 等 . 孕震断层的多锁固段脆性破裂机制与地震预测新方法的探索．地球物理学报， 2010, 53(4):1001-1014. 秦四清，薛雷，王媛媛 , 等 . 对孕震断层多锁固段脆性破裂理论的进一步验证及有关科学问题的讨论 . 地球物理学进展， 2010,25 （ 3 ） :749-758. 秦四清，薛雷，黄鑫 , 等 . 青海、甘肃与宁夏地区未来大地震预测分析 . 地球物理学进展， 2010,25 （ 4 ） :1168-1174. 秦四清，薛雷，黄鑫 , 等 . 山东、河北、河南、山西、辽宁海城与京津地区未来中强地震预测 . 地球物理学进展， 2010,25 （ 5 ）， 1539-1549. 秦四清 , 薛雷 , 徐锡伟 , 等 . 川滇地区未来强震预测与汶川 M w 7.9 级地震孕震过程分析 . 地球物理学报， 2010, 53(11):2639-2650. 秦四清，薛雷，黄鑫 , 等 . 中国未来强震预测文集 . 中国科学院地质与地球物理研究所， 2010.9 。秦四清，薛雷，黄鑫 , 等 . 西藏地区未来强震预测 . 地球物理学进展， 2010,25 （ 6 ） :1879-1886. 秦四清，薛雷，黄鑫 , 等．新疆与其边境地区、内蒙古地区及华东、华南与台湾部分地区未来强震预测．地球物理学进展， 2011,26(1):21-31. 秦四清 , 薛雷 . 云南盈江 M s5.8 级地震和缅甸 M s7.2 级地震预测总结及震后趋势分析 . 地球物理学进展 , 2011,26(2): 462-468. 秦四清，泮晓华 . 地壳岩石剪切失稳的应力与应变准则 . 地球物理学报 , 2011,54(7): 1767-1771. 秦四清 , 李国梁 , 薛雷 . 锁固体破裂标志性地震震级与峰值强度点地震震级的统计关系 . 地球物理学进展 , 2012,(5): 1841-1844. 秦四清 , 薛雷 , 李国梁 . 泮晓华 . 云南昭通 “9·7 地震 ” 的前瞻性预测验证 . 地球物理学进展 , 2012,(5): 1837-1840. 王伟等 . GPS 观测约束下的中国大陆活动地块运动学模型，大地测量与地球动力学， 2008 ， Vol. 28 （ 4 ）秦四清，发生在云南省 - 四川省交界的 Ms5.7 级地震证实了我们的判断， http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-585406.html; 个人分类: 科研随想|4050 次阅读|3 个评论

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