地震概论课件第7章地震预报.ppt
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1、地震概论第7章地震预报7.1 国内外地震预报经验 7.2 地震预报方法 7.3 帕克菲尔德地震预报实验7.4 云南滇西地震实验场7.5 地震预报的后果7.6 临震措施,2021/7/13,1,地震概论2021/7/131,7.1 国内外地震预报经验,中国和日本的地震预报经验20世纪70年代,中国的地震预报工作因为得到了广泛宣传而为全世界所注目。特别是1975年2月4日的事件被详细报道之后,1975年2月4日,中国东北辽宁省官方发布了一个紧急警告,他们根据这个地区许多小地震的发生,预测在24小时内要有一次强烈地震发生。那天晚上,海城附近发生了里氏7.3级强烈地震,但幸运的是大多数人已经睡在了室外
2、,所以没有受到伤害。,2021/7/13,2,7.1 国内外地震预报经验中国和日本的地震预报经验2021/,1976年7月28日,悲剧性地震几乎夷平了位于北京东部150千米有1百万人口的唐山市。官方报道,极震区约有24万人死亡,在北京也有大约100人由于有些泥墙和老砖房倒塌而丧生。而且据估计还有50万人受伤。除了人员伤亡再加上巨大的工业损失,对整个国家来讲,造成严重的经济后果是必然的。唐山地震对一些迷信的中国人还有哲学含义:中国人的传统观点认为自然灾难是来自上天的旨意。,2021/7/13,3,1976年7月28日,悲剧性地震几乎夷平了位于北京东部150,日本已实施了5个地震预报五年计划,并为
3、计划提供了十分充足的资金,数以百计的在大学或政府研究所工作的地震学家、地球物理学家和大地测量家参与该研究并已经取得进步。这个方案的开始是观测潜在震源区的地质特征的短期变化;绘制活断层地质图;用改进了的大地测量设备和潮汐仪连续监测地壳变形;布设了简单地震仪的密集台网以全面了解即使极小地震的空间分布。,2021/7/13,4,日本已实施了5个地震预报五年计划,并为计划提供了十分充足的资,1982年,日本著名地震学家铃木曾这样评论日本本土以及国外地震预报情况:“地震预报的现状是非常混乱的,到目前为止,报道过的地震前兆真是形形色色,其中一些看来就很奇怪,令人怀疑。很清楚,即使排除这些模棱两可的记录,也
4、仍无法找到一条确定的成功预报地震的道路。”这一公正的评论在二十多年后的今天依然是正确的。激烈的争论引起了有关什么是世界范围地震预报最佳计划的再思考。一个修改计划提出,应该加强震前短期物理变化过程的基础研究,因为这些物理变化过程正是了解大断层滑动前兆的关键,而前兆现象的产生目前对我们仍是个谜。,2021/7/13,5,1982年,日本著名地震学家铃木曾这样评论日本本土以及国外地,7.2 地震预报方法 大震前一些物理参数的可能变化,这些变化可以作为地震前兆,用于地震预报,2021/7/13,6,7.2 地震预报方法 大,7.2.1 预测地震,预测不是预报精度低 基于地震重复返回周期分析而不是基于地
5、震前兆的识别活动断层或断层段破裂不是随机的它们有特征返回周期 (或至少有返回周期包络)这些特征反映了沿断层区域的应变能积累,以及断层或断层段承受应变的能力情况是相当复杂的:破裂不会按照严格的时间表进行,只有重复返回周期包络,而不是具体的日子应变能可能在一次大的地震中释放,也可能分若干次小地震慢慢释放地震危险性分析的含义,2021/7/13,7,7.2.1 预测地震预测不是预报2021/7/137,圣安德烈斯断层例子(San Andreas),1906 的地震(震级 8.25)之前50年内,断层位移了 3.2m地震发生后,断层弹性回跳位移 6.5m累积这些应变(地震中释放的)需要的时间为(6.5
6、/3.2) x 50 100 y下一次重复发生这样大的地震所需要的时间大约 = 100 y假设均匀应变积累地震不会改变断层的性质,2021/7/13,8,圣安德烈斯断层例子(San Andreas) 1906 的,预测的问题,如果可用的地震目录好,预测的效果就好预测只对少数历史地震目录记载较好的地区效果较好,如:中国,日本,欧洲,美国加利福尼亚对地震频度低、震级大的区域效果就差Cascadia 消减带新马德里(New Madrid)牙买加(Jamaica)西欧需要更早时间的地震目录记载; 需要更详细的地质构造研究,Cascadia subd. zone,2021/7/13,9,预测的问题如果可
7、用的地震目录好,预测的效果就好Cascadi,地震空区概念,定义:有地震倾向、地震的能量释放低于平均水平的区域。1989 美国加州Loma Prieta 地震填充了一个空区,该区在1906年以后没有发生过地震别的空区阿留申岛弧 (Alaska)伊斯坦布尔南部日本东京美国南加州,土耳其伊斯坦布尔(Istanbul)地震空区,2021/7/13,10,地震空区概念定义:有地震倾向、地震的能量释放低于平均水平的区,概率预报,利用概率预测将来地震是最有用的方法美国旧金山地区的例子 (Bolt, 1999)震级大于6.75级的地震在155年内发生了5次(1836 1991)如果地震事件是随机的, 下一个
8、 6.75的地震将以很高的概率发生在 155/5 = 31 年前后。问题: 地震不完全是随机的。对于某些特殊的断层系统,地震可能是成群的(由于应力迁移),或者地震具有一定的趋势。另一个概率预测的方法是基于弹性回跳模型基于断层区域的应变积累测评,2021/7/13,11,概率预报利用概率预测将来地震是最有用的方法2021/7/13,预报地震,地震学中高度争议的问题地震预报三要素:地震发生的时间、地点、强度依赖于地震前兆信息可靠的地震预报方法必须具有可重复性,适用于任何破坏性地震,2021/7/13,12,预报地震地震学中高度争议的问题2021/7/1312,已经提出的地震前兆,地震波速度的变化地
9、壳变形地下水变化气体释放大气效应动物异常行为岩石的电磁性质改变希腊地震学家提出的通过地下电磁变化预测地震的方法是现在地震预报的热门话题,2021/7/13,13,已经提出的地震前兆地震波速度的变化2021/7/1313,地震可以预报吗?,地震预报是公认的世界性难题,是地球科学的一个宏伟的科学研究目标。地震预报是科学中的难题地震是高度非线性过程迄今地震学家仍未探索出一种确定性的地震前兆。也就是说,尚未找到任何一种异常现象,可以在所有大地震之前必被无一例外地观测到;并且一旦出现这种异常现象,必无一例外地发生大地震 。,2021/7/13,14,地震可以预报吗?地震预报是公认的世界性难题,是地球科学
10、的一个,地球科学的焦点问题地震预测陈运泰,地震是一种会给人类社会带来巨大损失的自然现象。大地震常突如其来,令人猝不及防,特别具有破坏力。它不像台风和龙卷风人们对台风和龙卷风可以跟踪监测;它也不像火山喷发火山喷发之前在火山活动地区一般都可观测到微震活动、地面倾斜等地壳形变的系统性变化及小规模的前兆性喷发。迄今地震学家仍未探索出一种确定性的地震前兆也就是说,尚未找到任何一种异常现象,可以在所有大地震之前必被无一例外地观测到;并且一旦出现这种异常现象,必无一例外地发生大地震。地震前兆的出现常因地而异,甚而在同一地区的不同地震发生之前,地震前兆现象也有很大差异。地震预测是公认的世界性难题,是地球科学的
11、一个宏伟的科学研究目标。如能同时准确地预测出未来大地震的地点、时间和强度,无疑可以拯救数以万计生活在地震危险区的人民的生命;并且,如果能预先采取适当的防范措施,就有可能最大限度地减轻地震对建筑物等设施的破坏、减少地震造成的经济损失和促进社会的稳定和经济的繁荣。自50年代末、60年代初以来,作为一个极富现实意义的科学问题,地震预测一直是世界各国地震学家深切关注的焦点。早在日、美等国制订地震预测规划前6至8年,即1956年,傅承义和刘恢先在我国12年科学长远规划第33项“天然地震的灾害及其防御”中就已经提出了地震预测问题和解决这一问题的科学途径与具体措施。1963年,傅承义进一步明确指出了实现地震
12、预测的三大类方法,即地震地质方法、地震统计方法、地震前兆方法。30多年来,地震预测研究工作基本上沿用这三大类方法至今,尽管各类方法的内涵有许多发展和变化。,2021/7/13,15,地球科学的焦点问题地震预测陈运泰2021/7/1315,1966年邢台地震是我国地震工作的重要转折点。邢台大地震使灾区人民性命财产蒙受了巨大损失,周恩来总理两次亲临地震现场视察、慰问,并向地震工作者提出了一定要搞好地震预测、预报的号召。从此,我国的地震工作进入了一个以探索地震短临预测方法并进行试验性预报的新阶段。30多年来,在以减轻地震灾害为目的的地震预测、预报实践中,我国的地震工作坚持面向社会、面向国民经济建设,
13、坚持边观测、边研究、边预报,坚持以预防为主、专群结合、多路探索,取得了包括举世瞩目的1975年2月4日的海城7.3级地震预报成功在内的进展,也遇到了对1976年7月28日唐山7.8级地震未能作出短临预报的挫折。我国地震工作者从挫折中得到教训,越来越清楚地认识到地震现象的复杂性和地震预测的艰巨性。19801982年,国家地震局组织对海城、唐山、松潘、龙陵等大地震的震例进行了系统的总结。19831985年,又对地震学、大地形变、地倾斜、重力、水位、水化、地磁、地电、地应力等九种方法和综合预报方法预测地震的理论与观测基础及方法效能进行了清理,深化了对地震前兆的认识。美国在 1964年阿拉斯加8.5级
14、大地震之前并不十分重视地震预测工作。阿拉斯加大地震后,美国开始重视并逐渐加强地震预测研究。1965年普雷斯(Press)等提出了地震预测和防止地震灾害研究10年计划。1977年美国国会通过了“减轻地震灾害法案”,把地震预测工作列为美国政府地震研究的正式目标。特别是在70年代,紧接着前苏联报道了地震波速比在地震之前降低之后,美国也报道在纽约兰山湖地区观测到了震前波速比异常,随之而来的大量有关震前波速异常、波速比异常等前兆现象的报道和膨胀扩散模式、膨胀失稳模式等有关前兆的物理机制的提出,在美国乃至世界范围内掀起了地震预测研究的热潮,一些科学家甚而乐观地认为不久可望对地震进行常规的预报。,2021/
15、7/13,16,1966年邢台地震是我国地震工作的重要转折点。邢台大地震使灾,日本在1962年提出了著名的“地震预知现状及其推进计划”,即“兰图”。在“兰图”中,提出了日本地震学家所认为的实现地震预测的最佳途径,并为以后的地震预测工作定下了指导原则。从1965年开始实施第一个地震预测研究(4年)计划,接着是第二至第六个地震预测(5年)计划(19691994)。现在正在实施第七个(5年)计划(19951999)。需要特别指出的是,从第二个5年计划开始,去掉了“研究”二字,反映了在日本当时已把地震预测视为已达到实用化阶段,其地震预测工作肩负着研究和实用两种使命。前苏联在1948年阿什哈巴德地震之后
16、不久,在中亚细亚的加尔姆地区开始了地震前兆的研究,但从总体上说来,直到60年代,主要侧重对地震活动性本身的研究。1966年塔什干地震后,逐渐演变形成了地震预测计划,在更广阔的范围内进行了地震预测研究,建立了加尔姆-杜尚别、伏龙芝、塔什干、阿什哈巴德、阿拉木图、喀尔巴阡、堪察加等地震预测试验场。这些国家或是在多震区建立地震预测试验场进行地震预测试验研究,如加尔姆等(前苏联)、帕克菲尔德(美)、北安纳托利亚(土耳其-德国合作)、滇西(中),或是在重点地区强化地震监测工作,以期实现短临预测预报地震的实际目的,如东海地区(日)、首都圈(中)。,2021/7/13,17,日本在1962年提出了著名的“地
17、震预知现状及其推进计划”,地震预测的进展和水平世界各国地震专家30多年的努力,积累了大量的前兆震例资料。随着研究工作的深入,愈来愈多的专家与公众认识与了解到地震预测远比原先知道的困难,“发现”了原先没有发现的地震现象的复杂性。和70年代的情况不同,近几年地震预测不再是众多的学术会议的热门议题。尽管如此,它依然是地震学家、公众和政府十分关注的问题。尽管地震预测问题迄今尚未解决,但是30多年来世界范围的努力,仍然取得了不少值得称道的进展。在长期预测方面,一般认为最突出的成果之一是板块边界大地震空区的确认。在环太平洋地震带,几乎所有的大地震都发生在预先确定的空区中。板内地震空区的识别也有较系统的震例
18、总结。在中期预测方面,通过研究区域地震活动性得到的地震前兆如地震“平静”、“增加概率的时间”以及地震活动性迁移等都有一些成功的例子。与中、长期预测的进展形成对照,短期和临震预测进展不大,以至有些专家对短、临预测能否实现极表怀疑。,2021/7/13,18,地震预测的进展和水平2021/7/1318,19891990年间,国际地震学和地球内部物理学协会(IASPEI)下属的地震预测分委员会,组织了一个由13名专家参加的工作小组,对各国专家提名的28种他们认为是有意义的地震前兆进行了较严格的评审。结果这个工作小组只评出三项,即:强余震之前的地震“平静”;中国海城地震的前震;日本伊豆-大岛近海7.0
19、级地震(1978年1月14日)前水氡含量减少。对于地应变、地倾斜、地壳运动(3项)等5项则未能作出决定;而对于尾波(2项)、表征地震波衰减性质的品质因数(Q值)、横波分裂、潮汐应变振幅、震群、自然电位、地电阻率和地磁场、电磁辐射、应变对降水量的响应、高程变化、地面垂直运动、断层蠕动、地壳形变(海平面变化-地震)、干旱-地震等20项(以上只列出15项,属同一地震,同类方法的项已作了归并)则未予以通过认定。未予以通过认定并非说这些前兆方法一定毫无用处,但表明根据评审专家和工作小组的意见,该方法目前尚未成熟、对所提名的“地震前兆”是否真是前兆目前尚不能完全肯定。地震预测不是指像“在某地最近要发生大地
20、震”这类含糊的“预报”。如果不是对地震发生的地点、时间和大小(称为地震预测的三要素)加以适当限定的预测,就几乎没有什么价值。所以,地震学家把地震前兆明确地定义为“地震之前发生的、被认为是与该主震的孕震过程有关联的一种环境参数的、定量的、可测量的变化”,把地震预测明确地定义为“同时给出位置、大小、时间和概率四种参数,每种参数的误差小于、等于下列数值;位置:1/2破裂长度:大小:1/2破裂长度或0.5级;时间:20复发时间;概率:预测正确次数/(预测正确次数预测失误次数)”。,2021/7/13,19,19891990年间,国际地震学和地球内部物理学协会(I,上述情况表明,对于地震的发生及其预测,
21、地震学家可谓知之甚多、不知之处亦甚多。从总体上说,地震预测的水平仍然是不高的。最近,我国对1995年7月12日云南孟连中缅边境7.3级地震取得了长、中、短、临预报成功;但对1996年2月3日云南丽江7.0级地震在有明确的中、短期预报的情况下,却未能做出临震预报。这些情况可以说是当前地震预测水平状况的真实写照。随着经济的发展,社会和公众对于提高地震预测能力、减轻地震灾害的要求愈益迫切。在美国、日本这样的经济实力雄厚、科学技术先进的发达国家的地震危险区内,地震监测台网密布,地震区的地质构造一般认为都研究得相当透彻,但是,在美国,1989年10月17日加州北部洛马普列塔(Loma Prieta) 6
22、.9级地震、1992年6月28日兰德斯(Landers)7.2级地震和1994年1月17日北岭(Northridge) 6.9级地震都不发生在地震学家“安排”好的主断层上,而安排在加州中部帕克菲尔德地震试验场守候6级地震到来的“大限”已过,大震仍沓无踪迹。在日本,等候多年的“东海大地震”至今尚未发生,而在1995年1月17日偏偏在日本地震学家未予关注的兵库县南部发生了7.2级地震。,2021/7/13,20,上述情况表明,对于地震的发生及其预测,地震学家可谓知之甚多、,地震预测的困难和对策地震预测是公认的科学难题。那么,它究竟难在哪里?它的困难在于地震物理过程本身所具有的复杂性和地球内部的“不
23、可入性”人们不能深入到地球内部直接在震源内设置台站、安装观测仪器。迄今最深的钻井是前苏联科拉半岛的超深钻井,达10千米;正在德捷边境附近进行的“德国大陆深钻计划”预定钻探15千米。和地球半径(6371千米)相比,超深钻所达到的深度实在是“皮毛”,况且这还解决不了直接对震源进行观测的问题。大地震的复发时间比人的寿命、比有现代仪器观测以来的时间长得多,也限制了作为一门观测科学的地震学在对现象的观测和对经验规律的认知上的进展。地震学家只能利用在地球表面和距地球表面很浅的地球内部用仍属相当稀疏的观测台网进行观测获取的很不完整、很不充足、有时还是很不精确的资料进行反演。解决这些困难的出路既不能单纯依靠经
24、验性方法,也不能置迫切的社会需要于不顾,把看上去纷繁复杂、实际上丰富的前兆现象一概视为“噪声”,翘首企盼几十年后的某一天基础研究的飞跃进展和重大突破。继续强化对地震前兆现象的监测、拓宽对地震前兆的探索范围,并在可靠的和丰富的前兆现象基础上,构制自由度较小的定量的物理模式进行模拟、反复验证,可望逐渐地、然而实效上可能会是较快地阐明地震前兆与地震发生的内在联系,实现地震预测。,2021/7/13,21,地震预测的困难和对策2021/7/1321,地震是发生在地球内部的自然现象。一个7级大地震释放的应变能其数量级达1015焦耳,很难置信在如此巨大的应变能释放之前不出现任何“讯号”。已知的地震前兆包括
25、直接与地震过程相联系和不十分直接与地震过程相联系的两大类。前者如地震活动性、地震空区、描述大小地震比例关系的b值、表征地震波衰减性质的品质因数(Q值)、地震波速与波速比等地震学前兆;以及通过地倾斜、地应变、地应力、重力变化等形式表现出来的地形变、地应力和重力前兆,后者如地磁、地电、地下水位、地下水化学和动物异常等。它们涉及地球物理、大地测量、地质、地球化学、生物等众多的学科和广阔的领域。高新技术如全球定位系统(GPS)、甚长基线干涉术(VLBI)等空间大地测量技术等的引进和应用、多学科协作配合和相互渗透无疑是寻找发现和可靠地确定地震前兆的必不可少的手段。地震既发生在板块边缘、也发生在板块内部,
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