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地震预测为什么这么难
信息来源: 发布时间:2010年12月28日 【 】 【打印】 【关闭

地震学是研究地震震源性质,地震发生原因和机理,以及利用地震波来了解地下结构的一门科学。地球自诞生之日起,就有了内部运动。开始时(大约50亿年前),地球在一团星云中逐渐聚集,收缩,变成了一个行星,此时的地球温度很高,物质由于密度的不同,出现了分异,密度小的上升,大的下降,就和我们看到的水中的泥沙和悬浮物上下分异一样。经过了漫长的分异和收缩,地球产生了不同的圈层构造。

最外表的是一层较为脆性的固体,叫地壳,厚度为10-70多公里。目前的研究发现,地壳不是一个完整的固体,而是有众多的块体拼合而成的。目前地球上主要有6大主要板块组成,分别为欧亚板块、印度洋板块,北美板块、南美板块、太平洋板块以及南极洲板块,其中包含多个小的板块。这些板块之间存在着相对运动,板块内部变形相对较少,板间则存在着较大的运动,因此在这些板块的交界带上,就成了构造性质复杂,地震活跃的区域。地震就是由板块之间的相互运动产生的。

地壳下面是地幔,厚度为2800km左右,直至2900km的深度,此层物质主要由橄榄岩、钙钛矿、后钙钛矿等矿物组成,密度从3.3g/cm3增加到地幔底部的5.8 g/cm3左右。科学家们通过地球动力学研究和地震学分析,发现地幔可以在结构上分成上地幔和下地幔,上地幔从地壳和地幔交界的Moho面开始,到660km深度的间断面,该层地幔与地壳的关系相对密切,物质成分在水平方向的组成上有较大差异。下地幔从660km向下,直至地核和地幔的交界处,此处的地幔物质组成较为均匀,但是在核幔交界处出现相当复杂的结构,该区域被称为D''层,由于该处为固体(地幔)和液体(外核)的交界带,因此无论在水平方向上还是在垂直方向上都有很大的变化,是目前国际上地震学研究的热点问题。

地幔部分有一个非常有意义的自然现象,就是地幔对流。地幔的物质在漫长的地质年代中,会出现类似水加热对流的流动现象,尽管这种现象非常缓慢,每年才运动几个厘米,但是这几个厘米却是造成地表板块运动的根本动力。由于地幔对流的拖曳作用,如果把欧亚板块视为静止的话,目前印度板块以每年5厘米左右的速度向欧亚板块挤压,这种挤压作用自从6500万年前就开始了。在那时,青藏高原区域还是多个比海平面高不了多少的几个独立的构造块体,这些块体和印度板块之间有特提斯海相隔。在印度板块的持续挤压下,特提斯海闭合,青藏高原内部的几个独立块体相互拼合,并且被抬升,形成了雄伟的青藏高原。中国古代伟大的科学家沈括在《梦溪笔谈》里谈到的在山上发现的贝壳,很可能就是古特提斯海生物留下的化石。沧海桑田,就是由这些地质运动作用形成的。

在青藏高原形成的过程中,印度板块和欧亚板块不断的挤压和缩短,至今,印度板块和欧亚板块之间已经缩短了2500km左右,这么巨大的缩短,必然带来物质的变化。一部分物质被挤压到了青藏高原的地壳下面,使得青藏高原的地壳非常厚,大部分地区在60km以上,有些区域(如羌塘块体)高达70km以上,是目前地球上地壳最厚的区域。另一部分物质在沿着青藏高原的边缘逃逸掉了。我们知道,青藏高原周边分布着几个坚硬的盆地构造,包括四川盆地、塔里木盆地和柴达木盆地。这些盆地地壳强度大,非常坚硬,物质向从这些区域朝外逃逸相当困难,因此就在青藏高原和这些盆地之间形成了走滑的断层,物质就沿着这些断层朝外逃逸了。

不过,尽管大部分物质沿着断层逃逸或者被挤压到青藏高原下部,仍有一部分物质在青藏高原和盆地之间积累起来,这些物质的积累,就形成了一系列山脉,包括阿尔金山、昆仑山和龙门山。特别是在龙门山地区,青藏高原的物质主要沿龙门山两端的几个活断层,如南部的咸水河-小江断裂和北部的祈连山向外流出,在龙门山中间地区向外流动的可能性较小,就形成了青藏高原向四川盆地挤压逆冲的构造形态。这正是汶川地震发生的根本原因。

那么,既然我们了解了地震发生的基本构造机理,为什么预测地震还那么难?这主要由以下几点构成:1.地质的构造机理涉及的时间尺度很大,通常几万年甚至几十个百万年,这对于目前的地震预报没有太大的作用。2.尽管从长期上看地震的发生有规律,但是就某一个单一地震事件来说却近乎是随机的,因为我们很难判断哪个时刻岩石无法承受应力积累发生破裂。3. 地震发生的位置常常在地下10几公里甚至几十公里,在这个深度上,目前人类还无法直接了解其构造状况。目前世界上最深的钻井也不过10km的样子,何况只有一个孔。4. 地震的破裂过程是不确定的,有可能本来要发生一个大地震的,可由于某种未知的原因,突然终止,只产生一个很小的地震;也有可能本来没有大地震的,结果在触发作用下,产生了大地震。正是由于这么多不确定的因素,目前人类对于地震的短期和临震预报还处于摸索阶段,主要依靠统计学方法和监测前兆等手段来进行。然而统计学的本质就是不确定的,对于大量样本可能有一个很好的规律,对于单一事件则是一个概率数字。前兆手段虽然有一定的意义,但是造成前兆异常的因素太多太多,主要还是地表活动造成的。更不靠谱的还有生物的异常活动,有人说此次地震之前有很多蛤蟆上街,这种现象可能和地震有关,但是没有本质的联系,不然,为什么随后在深圳发生的蛤蟆过街怎么没有地震的发生?如果光靠生物异常来预测地震,那天天都有地震了。

总之,地震预测研究是一个非常困难的工作,它涉及到地球动力学、断裂力学、构造学、孔隙介质、地球化学、流体力学、电磁场等多学科,是一个庞大的系统工程。目前全世界都处于起步阶段,就这点而言,中国的水平还是比较高的,因为世界上公认的一次成功的预报,就是中国的海城地震。

(郑勇供稿)

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