中国是个多地震国家。远在3000多年前,《竹书纪年》中就有:“夏帝发七年(公元前1831年)泰山震”的记载。最早描述的是周幽王二年(公元前780年)的陕西西周地震。中国又是最早发明地震仪,并用地震仪观测地震的国家。东汉时(公元132年)张衡创制候风地动仪,设于京师(今洛阳),用于观测地震。近代中国于1930年在北京西山鹫峰设立了第1个地震台,次年又于南京北极阁设立了第2个地震台,出版了地震观测报告。几千年来积累的丰富地震资料,为地震研究工作提供了宝贵的科学依据。20世纪50年代以来,中国地震科学发展迅速。中国地震科学工作者成功地预报了1975年辽宁省海城地震和1976年的四川省松潘地震,还有20世纪80年代的新疆乌恰地震,为中国地震科学做出了贡献。
地震预报是对破坏性地震发生的时间、地点、震级以及地震影响的预测,就是预知在何时何地发生多大震级的地震。地震预报的三要素是指所预测地震发生的时间、地点、震级。我国国家地震局通常将其分为:① 地震长期预报,是指对未来10年内可能发生破坏地震的地域的预报;② 地震中期预报,是指对未来一二年内可能发生破坏性地震的地域和强度的预报;③ 地震短期预报,是指对3个月内将要发生地震的时间、地点、震级的预报;④ 临震预报,是指对10日内将要发生地震的时间、地点、震级的预报;⑤ 年度地震趋势预测,是由中国地震局每年组织专家对下一个年度国内可能发生破坏地震的地点所做的趋势性预测。
从纯地震学的观点来看,地震预报是可能的。但更重要的是,还得考虑到某个地震的发生和当地人们生活的关系,也就是说,还必须说明何处发生多大地震时,在何处会产生多大的震害。基于这种观点,对于在任何地方都不会引起震害的小震,一般不作为预报对象。不过,由于地震群会引起居民精神不安,也可作为预报对象,当然不是着眼于震群中每个小地震,而是研究整个地震群的震情趋势。
一般说来,震级愈小的地震,震害区也愈狭窄,因而也就必须提高震中位置的预报精度。因此,从预报的角度来说震级愈小的地震,预报愈困难。
(一)地震前兆
地震前,在自然界发生的与地震有关的异常现象,我们称之为地震前兆,它包括微观前兆和宏观前兆两大类。常见的地震前兆现象有:① 地震活动异常;② 地震波速度变化;③ 地壳变形;④ 地下水异常变化;⑤ 地下水中氡气含量或其他化学成分的变化;⑥ 地应力变化;⑦ 地电变化;⑧ 地磁变化;⑨ 重力异常;⑩ 动物异常;⑪ 地声;⑫ 地光;⑬ 地温异常等。上述这些异常变化都是很复杂的,往往并不一定是由地震引起的。例如地下水位的升降就与降雨、干旱、人为抽水和灌溉有关。再如动物异常往往与天气变化、饲养条件的改变、生存条件的变化以及动物本身的生理状态变化等有关。因此,我们必须在首先识别出这些变化原因的基础上,再来考虑是否与地震有关。
(二)地震区划和地震活动图像
对于什么样的地方会出现什么样的烈度(震害)分布这一问题,近年来引起了地震工程界的极大注意。对于烈度区划或区域划分来说,历史地震资料是重要的,如果再知道地下构造,即可做出某种程度的推测。由于大地震的震害区面积大,所以预报的震中位置会有一些误差。
地震区划是按地震危险性的程度将国土划分若干区,对不同的区规定不同的抗震设防标准。《中国地震烈度区划图(1990)》是用基本烈度表征地震危险性,将全国划分为<6°、6°、7°、8°、≥9°五类地区。鉴于该区划图采用的是四百万分之一的小比例尺,因此它只能提供较大地区范围内地震危险性的平均估计,即设计基准期为50年的时期内,在一般场地条件下,可能遭遇超越概率为 10%的地震烈度值。它可作为丙类建筑抗震设防的依据和国土利用规划的基础资料,但不能用来预测地震破坏作用的小范围内和特定场地条件下的地震烈度变化。
地震小区划是为显示地震破坏作用在小范围内的变化情况,采用一万分之一至五万分之一比例尺编制的用于预测某一城市或厂矿范围内可能遭遇的地震破坏作用的分布情况(地震破坏的分布和设计地震参数的分布),它可作为乙类建筑抗震设防的依据。
地震活动图像是地壳深部构造应力场的一种反映,随着强震孕育过程中构造应力的变化,地震活动图像必然会出现相应的演变。自20世纪80年代以来,地震活动图像的概念也已从狭义的地震时间、空间、强度分布,扩展到地震所能提供的多种信息,同时也包括寻找那些有预报意义的特殊地震。
(三)各种地震预报理论与实例分析
在充分了解地震发生的机制,并确立确切掌握地震发生过程的方法以后,想必能做出正式的地震预报。从这种意义上来说,如果大地震是由板块论者所说的那种机制引起的,那么似乎地震预报就很困难。这是因为要正确了解离开陆地200~300 km远,深达数千米的海底地壳中所发生的现象还不可能。
在肖尔茨的地震预报理论中,假设地面受力产生裂隙,P波速度下降,而S波速度没有变化。不过S波速度为什么没有变化还不太清楚。此后,当地下水逐渐渗入裂缝并充满空隙,于是P波速度就回升,不久便产生断层,并导致地震发生。因此,有人认为只要观测到P波速度下降和回升的过程,就能预报地震。在这种情况下,地壳中必须有游离水存在。但是,由于在地表下10 km深处大约有3 000个大气压的静压作用,所以是否有足够的游离水存在还不清楚。即使肖尔茨理论是成立的,但对于发生在地下20~30 km的大地震,恐怕也不适用。
近年来,我国的地震研究或地震预报研究已初露锋芒,特别是对1975年2月4日19时36分,辽东半岛的鞍山、海城、营口一带7.3级破坏性地震做了预测预报。预测这次地震的一种方法是根据大地震震源逐步迁移的规律。其一是1966年3月8日和22日在北京南西约300 km的邢台附近发生的两次引起很大震害的6.8和7.2级大地震。其二是1969年7月18日发生在渤海中的7.3级大地震,若按这样的顺序往东北方向迁移,这次地震附近的地区将成为候补震区。在辽东半岛,原来就有与半岛延伸方向大致平行的活动断裂(活断层)和地震带,但是上述地震并不一定都发生在同一条活断层上,而可能对应于走向大致平行的其他断层。为了证实这种预测,开展了许多大规模的正面突破的研究。这些方法也就是设置地形变、地震观测、地磁、地电等观测网,开展地下水和水氧变化乃至动物异常的研究,几乎涉及各个方面。
该区地震观测点成三角网分布,每边长50 km左右,余震区呈卵形,长约70 km,宽约30 km,正好有两个观测点大致在余震区周围。主震震中靠近余震区东南角,震源深度定为 12 km,震源较浅,所以许多前兆现象容易出现。在上述两个观测点全都显示大约5.5 mm的沉降,各边都有一些延伸,但二角网中心附近的升降不清楚。(www.daowen.com)
该地震有极为明显的前震群,其震中似乎向主震以北扩展了 10 km左右。这个前震群的出现对下决心作临震预报似乎是一个重要的因素。据说主震是在前震群平静时发生的。
与辽东半岛平行,有一条穿过锦州向北东方向延伸的活断层,总的说来,这次地震可能与这条断层有关,但震中向东偏离了约20 km。随地震出现了长约5.5 km的断层,与锦州断层走向大致垂直。在震中西南约180 km的金县,测量了大致垂直横穿断层,相距580 m的两点的垂直相对位移。据说在地震前9个月期间,东面有2.5 mm的上升,以前每年的变化是±0.11 mm。
在沈阳的地倾斜连续观测中,到地震前一年的年底,倾斜矢量一直指向北西,以后指向急速倒转,直到临震前才开始指向南西。
地震前,很多地方地下水涌出量增加,据说,其中有的地方还冲破冻土层而喷出水来。
关于电磁变化的情况,据说在往北20 km的海城观测点,地电位差逐渐减小,地震前有的电位差急速减小趋近于零。
我国对这次地震的震级也做了预报,预测方法是根据关于地震带中存在空白区的观点,并考虑了空白区的大小,但在估计其大小方面,似乎存在着很多不确定因素。
关于地震前动物的异常,有报告谈到,在离震中区100 km的范围内,约有20种动物异常,主要是鼠、鸟、家畜类,其中有的异常已摄入影片之中。总之,动物异常不仅是极局部的现象,而且有许多报告着重谈到大范围内的动物异常。地震前动物感觉到什么,从而表现出异常行为,看来都是今后地震预报研究的课题。
(四)地震预报的统计要素和手段
如果说地震是具有复杂构造的地下岩层的一种破坏现象,那么其发生地点和时间都一定会受到统计因子的支配。随着各种可靠的地震资料的增多,确定地震发生的概率就会增大。回顾一下地震预报的情况,目前还是处于收集种种地震情报,不断积累经验的阶段。
现行的预报方法中,最早出现的是陆地地面升降、水平位移、地倾斜和地伸缩的测量。如果地震是地壳产生应变引起破裂的结果,那么这种利用地表观测预报地震的手段,就是基于震前在地表会出现若干前兆这种想法提出来的。大地震发生后,上述有些变化连肉眼也能观测到,但是要发现震前的变化就相当困难。
地壳形变测量是大地测量的一部分,它是研究地震过程的重要手段。近年来,在震区反复进行了水准测量和三角测量,有些地方还进行了地倾斜、地伸缩的连续观测,同时也发现了一些可能是前兆的变化实例。但这些一般都是在大地震发生以后对观测所做的解释,不一定预报了地震。当然,对于积累经验来说还是很重要的资料。地壳形变与地震关系的研究,是地震预报的一项重要基础研究。
研究地下水动态异常与地震的关系,是探索地震预报的重要课题之一。地下水动态是指地下水物理性质与化学性质随时间的变化情况。中国地下水位与地震研究,也就是第一代地下水观测井网的建立与研究开始于1996年邢台地震后。在邢台地震现场,震前征兆最明显,如井内冒气、发响等。通过强余震的检验,地震工作者取得了地震前地下水异常变化的大量资料,并从中看到了地震预报的希望。于是,研究地下水与地震关系的科学实践从此起步。经过实践检验,已经建成的深井水网观测效果良好,对监视区内发生的多次强震均观测到地下水异常,其中一些地震前还做了一定程度的预报。
但是,地震预报难度还是很大的,一是地震现象本身的复杂性;二是地震多发生在地下深处,目前的科学技术水平难以直接探测震源深处的情况;三是强地震(尤其7级以上大地震)发生较少,因此预报实践机会少。
由上所述,为了更可靠地判断发震地点和时间,预测大地震这种周期很长的事件的侵袭,就要搞清楚与大地震相对应的区域应力的发展或力源的扩大过程。
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