汶川地震的启示-大地震前兆的大时空观初探

e-Science 2008年 第二期 9 PERSPECTIVE 论坛e-Science TECHNOLOGY e-Science 技术 Revelation of Wenchuan Earthquake ——A panorama of precursors with large spatio-temporal scale before great earthquake Xiangchu Yin 1、2 Langping Zhang 2 1、Institute of Earthquake Science China Earthquake Administration，Beijing， 100036，China. 2、LNM，Institute of Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Beijing， 100080，China. The peak value of Load/Unload Response Ratio is prior to the occurrence of earthquakes. The surpassed time T2 is related to the magnitude of the earthquake. As to large earthquakes, T2 can reach as long as some years and the scale of the seismogenic zone can be close to a thousand kilometers. So, panoramic eyeshot with large spatio-temporal scale is very necessary in predicting large earthquakes. 加卸载响应比（LURR）的峰值点超前于地震发生。超前时间T2与震级有关。 对于大地震（M>7）, T2长达几年，孕震区尺度近千公里。所以预测大地震须 用大视野，即大的时空观。 汶川地震 地震预报 加卸载响应比 大视野 Wenchuan earthquake, earthquake prediction, Load/Unload Response Ration, panoramic eyeshot with large spatio-temporal scale 摘 要： 关键词： Abstract: Keywords: 汶川地震的启示 ——大地震前兆的大时空观初探 尹祥础 1，2 ，张浪平 2 1、中国地震局地震预测所 北京 100036 2、中国科学院力学研究所LNM 北京 100036 10 TECHNOLOGYe-Science 技术 e-Science 2008年 第二期 近 年 来 ， 加 卸 载 响 应 比 （ 以 下 简 称 LURR）研究的成 果之一是它的时空标度律，尤其 是LURR的随时间的变化规律。 它使我们能更加科学、系统地观 察某一地区的孕震过程，提高了 预测的可靠性和精度。从以年为 时间尺度，提高到以月为时间尺 度。其中，特别值得提出的是峰 值点的研究结果。 图 1 不 同 研 究 手 段 得 到 的 LURR峰值点，即LURR峰值点超 前地震发生的现象：从左至右， 分别是地震资料、岩石声发射实 验及损伤力学分析的结果。 从图1可知：地震或岩石力 学实验时试件的大破裂，并不发 生在LURR的峰值点，LURR的峰 值点超前于地震的发生。令超前 的时间为T2，根据［1－4］的研究， T2与震级有关，如下式（单位为 月） 而整个的异常期为T T=T1+T2 T, T1和T2的意义示于图2 为方便起见，表1中列出了不 同震级时的T2。由表1可知：T2是 一个相当长的时间，例如，对于 8级地震，T2长达28±8个月（即 20－36个月，36个月即3年）。 1 1 (1 ) Y dD D d)D d) N NN N m mm m i ii i i 1 i 1 Y E EE Em mE Em mm mE Em mi iE Ei ii iE Ei i AE 0 20 20 20 40 40 40 60 60 60 80 80 8000 000 555 101010 151515 202020 TiTiTimememe LURRLURRLURR TTT TTT222 TTTPPPTTTB2B2B2TTTF1F1F1 TTTF2F2F2F2 TTTTB1B1B1 Loma Preita 地震（Ms 7.1, 1989/10/17, in California, USA）前的 LURR 变化。 Benioff应变的LURR曲线 以D为响应的LURR曲线 图1 不同研究手段得到的LURR峰值点 0.08 2 60(1 2.3 10 ) MT −= − × 0.0980(1 2.5 10 )MT −= − × LURR达到峰值后快速下降，到 地震发生前，LURR的异常反而 很微弱，甚至完全消失。在地震 预测实践中，遇到这种情况，很 容易发生误判。因为异常持续了 几年，预测的地震迟迟不来，异 常的程度又逐渐减弱，以至于消 失，很容易认为事情已经过去。 殊不知这时大地震却非常迫近我 们。这次汶川大地震的情况，正 是如此。 2 0 0 6 年 底 ， 在 参 考 文 献 [ 5 ] 的93页表2中，我们预测:四川在 “未来的18个月内（从2006年8月 起算）可能发生M5-6”，根据是 “该条带（从LURR扫描图中可 以看出就是龙门山断裂带）长期 图2 T、T1和T2 的意义 11 TECHNOLOGY e-Science 技术 e-Science 2008年 第二期 LURR异常”。 按照上述预测：从2006年8月 起算，加上18个月，已是2008年2 月份了。再过2个多月，就发生了 汶川8级大地震。虽然汶川地震前 我们的确已经长期观察到这个地 震孕育的信息，但是由于缺乏用 大视野（大时间尺度-几年，大空 间尺度-几百公里）对汶川地震的 孕育和发生进程进行审视，我们 当时没有认识到一个8级大地震正 在该处孕育，一场巨大的灾难即 将降临。 现在我们再回头去审视以往 的结果。图3是用半径为300km的 空间窗，对中国大陆进行LURR 扫描的结果，每月一次，从左到 右，从上至下，一共48个月，即 4年。第1张 （左上角）是2002 年 5 月 至 2 0 0 4 年 4 月 （ 时 间 窗 为 2年，以下都只提时间窗的终点 时间），最后一张（第48张）是 2008年3月。在2004年4月龙门 山断裂带尚未出现LURR异常。 从2005年1月才开始出现轻微的 LURR异常(值得指出，这恰恰在 2006年12月26日印尼9级大地震 之后，我们认为这不只是一种时 间上的巧合，但其间的关系有待 进一步研究)。至2006年2月达到 峰值点。按表1，对于8级地震T2 ＝28±8个月，据此推算，地震 应该在2008年6月前后发生。地 震实际再2008年5月12日发生。 图3 12 TECHNOLOGYe-Science 技术 e-Science 2008年 第二期 也 就 是 说 ， L U R R 异 常 持 续 了 3 年多（40个月），LURR峰值点 超 前 地 震 发 生 2 7 个 月 ， 即 在 地 震发生前27个月时LURR异常的 程度最显著，而在地震发生前夕 （2008年3月）LURR异常的程度 反而接近消失。 所 以 预 测 大 地 震 须 用 大 视 野，即大的时空观。对LURR来 说 ， 空 间 窗 的 尺 度 必 须 足 够 大 （表1），而时间上更要注意： LURR异常的峰值点后，要过很长 的时间(见表1)，大地震才发生。 在大地震前夕，LURR常常降得很 低，很容易被忽视，而放松了监 测。对LURR如此，对其他地震前 兆是否也如此？与有关专家讨论 时，多有同感。更详细的研究将 另文探讨。 汶川地震使我们对大地震的孕 震规律有了更深入的认识。为今后 大地震的预测提供了科学基础。 图3 不同时段(2004-2008.3)以300km为半径的空间窗对中国大陆的LURR空间扫描 表 1 不 同 震 级 对 应 的 空 间 扫 描 半 径 （R），LURR异常持续时间（T）和 LURR峰值点超前地震发生的时间（T2） Magnitude R (km) T(mon) T2(mon) 5 100 9 5±2 6 200 22 14±4 7 300 33 22±6 8 600 38 28±8 9 1400 49 34±10 13 TECHNOLOGY e-Science 技术 e-Science 2008年 第二期 图3 不同时段(2004-2008.3)以300km为半径的空间窗对中国大陆的LURR空间扫描 参考文献 [1]张晖辉，尹祥础， 梁乃刚. 中国大陆地区中 强地震前加卸载响应比异常时间尺度的统计研究. 中 国地震. 2005，21（4）：486-495. [2]张晖辉. 非均匀脆性介质的灾变预测－ 加卸 载响应比理论的研究与实践. 中国科学院研究生院博 士学位论文. 2006,6,1 [3]Xiang-Chu Yin, Lang-Ping Zhang, Yongxian Zhang, Keyin Peng, Haitao Wang, Zhiping Song, Huaizhong Yu, Hui-Hui Zhang, Can Yin, And Yucang Wang, The Newest Developments Of Load-Unload 尹祥础： 1958年毕业于清华大学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 力学研究班,现为中国地震局地震预测研究所研究 员，博士生导师，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室特邀客座 研究员。研究方向为：地震力学、地震预测。 张浪平： 2004年毕业于山西省太原理工大学工程力学专业。现为中国科学院力学研究所 博士研究生，主要从事固体力学与地震力学方向的研究。 作者信息 致 谢 本文得到国家重点基础研究发展规划项目（2004 CB418406），国家自然科学基金委员会创新研究群体项 目(NSFC10721202)，国家地震网络计算应用节点建设项目004DKA50740与中国科学院知识创新工程信息化重大 专项“超级计算环境建设与应用”（INF105-SCE-2-02）的资助。本项目的计算是在中国科学院超级计算中 心和IBM公司完成的。 Response Ratio (Lurr),Pageoph, 165, 711-722, 2008. [4]Yin Et Al.,The Peak Point Of Lurr And Its Significance, 6th Aces Workshop May 11-16, 2008, Cairns, Australia. [5]尹祥础，张浪平,等. 从加卸载响应比的时空 演化预测中国大陆2007年地震趋势的初步研究. 中国 大陆强震趋势预测研究（2007年度）.中国地震局地 震预测研究所. 地震出版社. 2006:90-94.