地震预测

地震预测

地震预测从时间尺度来说可分为长期预测和短期预测。在我国的地震预测工作中又分为长期、中期、短期和临震四个层次。从强度来说，则可分为特大地震预测（8～8.5级）、大震预测（7～8级）、强震预测（6～7级）和中等地震预测（5～6级）四个层次。就预测的方法、思路来分，有确定性地震预测和概率性地震预测。前者认为按成因观点去预测更具有物理意义，后者认为在成因不明情况下用概率预测更现实。

图13.3.3 中国地震带分布（指发生7级以上地震的地震带）

图13.3.3 中国地震带分布（指发生7级以上地震的地震带）

13.3.2.1 在工程抗震意义上的地震预测——长期预测

这个预测主要是指地震烈度区划工作。即把国土上今后某时段内可能遇到不同强度的地震区域划分出来，以供建设单位参考进行设计抗震。在大震后重建家园时也要考虑较长时间可能遇到的地震及强度，这也是长期地震预测。关于中国的地震烈度区划工作，建国以来曾进行过四次。下面我们从科学思路上加以介绍。1955～1957年，在苏联专家帮助下，由李善邦先生领导完成了中国第一代地震烈度区划图。该图的区划原则是“重演类比原则”，即历史上某地遭遇过多大地震，将来还会重演；已知在什么地质构造条件下发生了某种强度的地震，别处类似地质构造条件的地方将来可能也会发生类似强度的地震。第二代中国地震烈度区划图是1977年编制出版的。它的区划原则没有关键词表达，我们按其实质称其为“缺震找主原则”，即在一个地震带和地震区内统计它们已经发生的不同震级地震的数目比例和活动水平，即所谓的b值曲线；然后按此曲线去外推未来一定时段内可能还会发生不同震级的地震多少次；再按地震活动的指标和发震构造的指标去找这个缺的地震可能在哪个具体地段发生，这就是“找主”。一旦认定，即把该强度的地震安放在这个具体地段，然后按它们发生时的波及情况去区划其影响范围内的地震烈度。以上两代地震烈度区划图，都是具有一定成因背景来做未来地震烈度区划的。

第三代地震烈度区划图是1990年问世的。考虑到现时地震成因还不很清楚，因之把地震发生的事件当作随机性事件来考虑，并借鉴美国学者Cornell提出的地震危险性概率方法加以改进和充实编制了中国第三代地震烈度区划图。具体做法是通过区域地震活动性、地球物理场和地震地质条件的认识，划分出能反映地震活动特征和地震活动水平的统计单元，即地震区和带（共得出27个带）。再以地震带为基础，统计大小地震的震级-频度关系，分析未来100年内该带的地震活动趋势，由此确定该地震带的地震年平均发生率。在地震带中以强震发生的地质标志和地震活动图像为依据，进一步划分出具有不同震级上限的潜在震源区（共得733个潜在震源区）。对于这些潜在震源区，考虑各种预测因素，按震级间隔分档，分配地震年平均发生率于每个潜在震源区内。以上是从发震的震源来讲的。对于某地点上遭遇的地震烈度来说，则当地发生的地震与外来地震的波及烈度都要考虑，这就涉及到等震线衰减的研究。在进一步预测未来各潜在震源区地震发生时强调了地震发生的随机性，此时如知道某种震级地震的年平均发生率，则可用分段的泊松过程来求未来一定时段内不同震级地震发生的概率。对某一点上的地震烈度来说，凡影响到该点达6度破坏的地震，包括当地和周围地震带和潜在震源区发生的地震概率都要考虑。这就要把各概率迭加起来，即所谓该点上的全概率。在全国3万个控制点上都求全概率，最后把超越概率达10%的那个烈度定为该点上今后50年内的烈度，并把同样烈度的点连起来即得到全国地震烈度区划图。这个图上的烈度与第一代、第二代烈度区划图上的定义不同。第一代和第二代为今后一定时段内的最高烈度，而第三代图上的烈度是概率性的，其中还包含有10%的概率可能超过此烈度。在地震烈度区划中有用烈度表示的，还有用振动三参数（最大振动的加速度值，最大振动的持时，和最大震动的周期）表示的。这两个表示是有关联性的，但也各有其优缺点。烈度值的优点是综合性的，它可包括振动、地裂、地陷、崩塌等，但物理意义含混。三参数物理思路明确，但却不能包括大量其他现象。因之前者可称为综合烈度，后者可称为物理烈度。

第四代地震烈度区划图的编图思路是与第三代相似的，但不再用烈度表示了，而是用加速度峰值A和地震反应谱特征周期Tg来表示。这些值是与烈度有一定关系的。概率的规定仍是采用50年超越概率为10%来考虑，即某地点所定的A和Tg在今后50年内超过它们的概率为10%。由于不同的场地其地震波的反应谱不一样，所以规定这个图上所标的加速度峰值A和Tg是在平均场地上，即中硬场地上的数值。另外，由于我国缺乏全国各地点上实际观测到的A和Tg值，烈度值是有的；于是把美国的不同烈度下的A和Tg值经过转换而成为中国不同烈度所相应的A和Tg值。鉴于中国东部和西部同样震级的地震其烈度衰减不同，所以又分别对中国东西部定出了不同A和Tg的衰减关系，以用于中国地震动参数区划图。这个中国地震动参数区划图与以前三次区划图不同的地方是，它作为中华人民共和国国家标准，从2001年2月2日起强制执行。这个图公布后不久，2001年11月14日昆仑山口西发生的8.1级地震和2003年2月24日新疆巴楚伽师发生的6.8级地震都超过了该图上的标准。因此，我们认为，地震烈度区划或地震动参数区划工作还需进一步深入研究。

我国海域也有强地震活动，有关人员也在1987年作了一个较概括的海域地震烈度区划图。海域区划图与陆地区划图的最大不同处是海区内有的地方组成岩石圈上层的花岗岩层很薄或缺失，称为海洋型地壳，那里不发生大震。

13.3.2.2 监测、预测意义上的地震预测

这是指中期（数年尺度）、短期（数月尺度）和临震（数天尺度）三个时间尺度的地震预测。现在人们习惯于把这三个时间段的预测称为地震预测。下面我们分别作些讨论。

预测的物理基础有以下几个方面。

a.大震前震源区有微裂缝出现。这个现象是人们从岩石模拟实验中得出的，即岩石加压后快接近岩石大破坏时，岩石中先有小破裂发生，并伴有声发射现象。这相当于地壳中完整岩石破裂错动发生大地震前，震源地方先有小破裂发生。这种小破裂包括剪切型小破裂，引张型小破裂和扩容型小破裂。所谓扩容型小破裂是裂缝面走向平行于压力方向的破裂。以上几种类型的小破裂发生则会伴有波速异常、前震、地声以及电磁波前兆等。另外，也可能伴有重力异常前兆。

b.大震前的预滑（或称预位移）出现。在地质上老断层因受构造力的正压力分量作用粘住的情况下，当构造力的剪切应力促使断层大错动前，断层面上就先有慢慢的小幅滑动，这就是预滑或称预位移。预位移的发育程度与作用在断层面上的构造压力大小有关，压力太小了，预位移和大错动就重合在一起同时发生了。另外预位移大小也与后面主震震级大小有关。震级大时预位移的幅度也越大。根据实验和天然地震可知，预位移的幅度约为后面大震时错动幅度的2%～5%。预位移的发生可引起地形变、地倾斜、地应力、地下水位变化以及长周期地震波等前兆。

c.大震前的让位运动。大震发生前与震源相关联的周围构造环境要发生变动，特别是在大震断层盘欲错动的方向上构造运动产生的让位更为重要，它使断层盘体缓慢向前运动最后发生大错动。这种让位运动也是大震发生的前兆基础之一，它可在GPS测量、基线测量、地下流体逸出等方面表现出前兆。一般让位的范围越大，后面的地震也就越大。这就导致了前兆范围越大，后面地震越大的关系。它是震级预报的基础之一。1976年唐山大震前，在其震源断层东南盘欲错动的方向上有大范围地裂缝发生，这可能就是构造让位的表现。

d.预测地震的外因条件。在大量前兆现象出现的情况下，估计可能要发生地震了，但哪一天或哪几天发生还是不知道的。于是人们就参考可能触发地震的外因（如引潮力大的初一和十五，易于发生气象过程变化的节气以及可能触发地震的磁暴等）出现的时间，来预测这个地震可能出现的时间。以上这种预测是把前兆和外因单独考虑的。如果认为临震前震源地方已经很不稳定了，平时不起作用的微小外因此时可激励震源过程从而表现出与外因同步的较明显的前兆，则可认为大震快要发生了，并用外因再出现的时间预测大震发生的时间，这就是“调制模式”预测地震的思想。

e.关于地震的地点预测。地震预测必须是时间、地点和强度的三要素预测。其中地点预测更难。对于这个问题，一般认为地点可能会在地震带交会区、以往震中迁移所至地区、能量未释放的地震空区、前震发生地区和能圈定应力积累单元的震源孕育模式所代表的地区。另外，大震平静期中发生过6级地震的地方在下一个大震高潮来临时该地方也是大震预测的选择区之一。

f.关于特大震和大震的预测。这里谈的是7级到8.5级大地震的预测问题。我们认为对如此大的地震必须专门研究，其规律不宜与中小型地震预测指标和思路混在一起。对于这种特大震和大震的预测首先要用历史上的震例建立起预测模式，例如三性法，即周期性、倍周期性和黄金分割性组合的方法是可用的，它在预测实践中曾取得了较好的效果。

预测地震的战略有以下几个方面。

a.块、带、源、兆、场、触、报的预测思路。即块体与块体之间有相对运动，遂成为地震带，而带中有积累应力的地段和调整应力的地段，因之就有若干个震源。找到源后，再研究它孕育和发生时牵动的地区范围多大，这就是场。在震源地方有预滑或其附近有让位时就会出现前兆，这就是兆，然后考虑外因的触发，最后预测和预报地震。

b.关于渐近式预测与跨越式预测。所谓渐近式预测就是在中期预测有可能发震的地区，不断加强监测和追踪以实现地震预测。所谓跨越式预测就是根据地震活动周期和外因调制触发地震的周期跨越式地预测何时可能发生地震。在这里要讨论一下混沌问题。现代物理学中发现了事物确定性演变过程中会出现混沌，有混沌就不易作早期预测了。对于地震来说，混沌的原因是因为震源演变过程中出现了原来不知道的变化（涨落），它改变了以前按确定性演化所作的预测。这就是早期不可预测的混沌。渐近式预测是不断追踪的，如有原来不知道的变化就可监测到，从而在新的条件下作预测仍是可能的。另外震源地方在临震前有外因在震源区和其周围大范围作用，它可协同震源地方各个不稳定处共同进入剧烈不稳定而发震，这样亦可用外因再出现的时间作跨越式地震预测。

c.关于短临地震预测的战略。这个战略是：抓短期、捕临震、以场求源、以源求源、源场结合求强度，因地制宜、不断拦截、综合分析。所谓以源求源就是大震震源区的预测或前震都属于源的前兆，研究它就可圈定震源所在地段。所谓不断拦截就是前兆可能几起几落，我们不知道哪一次发震，所以我们要每出现一次就作三要素的考虑。可能虚报，但一旦报准，就能减少损失。