地震前兆的探索:地震波激發與地震波檢驗

2021-01-21 手機鳳凰網

據2008年1月3日美國《自然》雜誌報導,由地震波誘導產生的小應力可在幾千公裡之外觸發地震,而斷裂經常是在地震波過後很長時間才出現的。這種動態地震觸發現象背後的機制尚不知道。關於顆粒摩擦的實驗室研究已經成為研究斷層區過程的一個

有用工具,正如對顆粒介質(玻璃珠子)中所發生的粘—滑現象進行跟蹤的新的實驗所表明的那樣(研究人員將實驗分成兩種情況:一種是不用聲波刺激地震的觸發,另一種是用聲波刺激地震的觸發)。結果表明,與觸發的餘震相應的小幅度斷裂事件是在所施加聲波幅度足夠大時出現的[1]。

美國地球物理學家的發現,餘震的主要成因是由地震引起的更加「活躍」的地震波衝擊,而不是此前認為由於地震引發的當地破碎巖層,由於相對靜態的自身壓力導致的附近地殼重組。據2003年的《科學美國人》(Science American)雜誌3月號文章報導,美國地質勘探局的菲爾澤和加州大學的布羅德斯基教授,分析了近20年發生在南加州的數以千計的地震中餘震的數據後,得出了這一結論。他們的研究可能改變了關於以前餘震發生原因的預測。

根據英國《自然—地球科學》期刊5月號公布的研究,說類似於5月12日的汶川強震,可能會在半個地球之外引發地震,機率高達95%。美國地質學家發現,1990年以來,15次7級以上的大地震中,12個產生表面波(即地震波沿地表或地球內部界面迅速向遠方傳遞),在其他大洲的斷層系統上引發了較小型地震。美國地質勘探局的專家帕森斯解釋說,科學家早就知道強震的表面波會迅速向遠方傳遞,不過他們此前認為這些所謂的表面波移動引發地震只是特例,但讓人驚訝的是,這種地震一直在發生。

舉例來說,2004年12月發生在印尼蘇門答臘外海的強震,就在遙遠的阿拉斯加、加州與厄瓜多引發了地震。雖然遠處地震引發的規模都較小,約在芮氏3到5級之間,但也沒有理由認為,它們的威力不可能與原發地震同級或更強。帕森斯與合作者為了評估強震在地球其他地方的影響,分析了500多個地震觀測站的寬頻地震儀。他們偵測出大量因大地震引發的遠方地震,即便這兩個地區的地殼構造彼此獨立。帕森斯解釋說,地震波向外散播的惟一原因是動力刺激,這些地震波沿著地表或地球內部界面,經過遙遠的距離後也未縮小[2]。

研究表明,這些沿著地表或地球內部界面遊走的地震波被稱為面波,經過遙遠的距離後也未縮小的原因在於地球表面是球面:在震中同一半球傳播時是擴散,在另一半球是集中。

地震波在傳播過程中的能量密度變化,與單位時間擴散的大圓周長C成反比。設地震的總能量為Q,能量密度為δ,穿過的面積為S=Cl = 2πRlsinφ,l為單位弧長,R為地球半徑,則有

δ= Q/S = Q/(Cl) = Q/(2πRlsinφ) (1)

其中,圓心角φ為震中和地心連線與大圓上任一點和地心連線的夾角。

由(1)式可知,在φ= 0和φ= π時,能量密度δ為無窮大,在φ= π/2時,即經過地表最大圓時,能量密度δ最小。這就是說,假定地震波能量在傳播中無損耗,震中的地心對稱點處的能量密度最大。該公式表明,能量密度δ在震中同一半球中隨震中與地心連線的長度增加而減少;在震中的另一半球,能量密度δ在震中的另一半球中隨震中與地心連線延長線的長度增加而增加。

舉例來說,2004年12月發生在印尼蘇門答臘外海的強震,就在遙遠的阿拉斯加、加州與厄瓜多引發了地震。厄瓜多(西經80,南緯0)恰恰就是印尼蘇門答臘(東經100,南緯0)的地心對稱點。這是一個很有說服力的解釋[3]。

根據動量守恆定律,如果地塊不存在斷裂,地震波的起伏可以在地塊內相互抵消,不會影起劇烈的震動,反之,震動就會非常強烈,裂縫就是地震波起伏的分界線。設被斷裂分割的小地塊質量為M,運動速度為V,C為常數,根據動量守恆,則有

MV = C (2)

顯然,小地塊質量愈小,與地球整體運動速度的差異就愈大,相對地球的震動就愈強烈。這是地震波對已經孕育成熟的地震有激發作用的原因。

對孕育尚不成熟的地震,地震波會起到擴大裂隙,增加裂縫,分割塊體規模的作用。伴隨塊體的分割變小,地震波的激發作用也不斷加強,對異地強震波的激發作用也越來越敏感。這可能就是地震爆發的前兆。

南方網訊 中國重慶市地震局昨日(2004年12月26日)證實,26日早晨8點56分,印尼發生8.9級地震後,其震波也推了重慶一下。據來自地震局、市長公開電話以及本報熱線的統計顯示,僅昨天上午,17個區縣的50處水庫、塘坎、公路出現異常。

重慶市政府公開電話辦公室透露,昨上午10時左右,重慶市公安局

指揮中心向市政府匯報了部分區縣水庫、水塘無風起浪的異常情況。隨後,渝北、璧山、開縣、銅梁、萬州等區縣相繼發來傳真,緊急匯報情況。

據了解,出現異常的17個區縣裡,除璧山丁家鎮村級道路和水塘塘坎出現3至4釐米下沉外,其他均是水面異常,莫名起伏的水庫水塘等在50處以上。

重慶地震臺測出印尼大地震 振幅超出地震儀記錄範圍

昨日早上8:58分,位於南泉的重慶市地震臺,一切正常。值班室裡,戴應洪站長正忙著整理一些地震方面的相關數據。

9:04分,突然鈴聲大作,戴站長一下跳起來。「嗡嗡」作響的是安裝在模擬地震儀上的「地震預測警鈴」,不達到一定震級和震動頻率它是不會報警的。而此時模擬地震儀出現的情況讓戴站長驚出一身冷汗。象心電圖一樣記錄地脈震動的機器已經不能完全顯示出這次震動的大小——振幅已經達到極限,超過可記錄範圍,無法記錄。

戴站長馬上觀測臺裡的另一臺數位化地震儀。這臺可以自動調節振幅的顯示儀已經顯示出高達200多毫米的曲線。戴判定,有罕見的大地震發生,至少7級以上。但具體發生地點,只有等待下一步觀察。

專業人士都知道,要看地震距離觀測點遠近,必須要看第一波P波(縱波)後緊接著來的S波(橫波)。S波來得越快,離觀測點距離就越近。

觀測室裡的空氣一瞬間凝固,所有人都默默地注視著地震儀。如發生在我市,比如榮昌,十幾秒後就應該測到S波。但是一分一秒過去了,卻不見S波。4分鐘後,S波回來了。經過數據分析,不在我國境內——震源印尼,時間記錄9:08分,直到這一刻,戴站長的一顆心才落了地。

9點12分,地震臺接到第一個電話,是巴南區地震局打來詢問:南彭水庫發生異常,水面無風起波,是不是有地震發生?

9點25分,正處地震對地面產生破壞最大的時候。地震臺電話不斷,來自重慶市綦江、南川、萬盛、涪陵、江津、永川、大足等十幾個區縣的部門和政府不斷打來電話詢問。

10點,接到南川市市民電話,發現電燈搖晃……

到下午6點30分記者發稿時為止,地震臺已接到30多個電話前來諮詢。

同時,該臺還記錄到大大小小的餘震二十多次。最大的一次餘震發生在18:30分,震級為7.1級。

地震波推了重慶一下

「我們重慶也被這次地震傳過來的地震波推了一下。」 昨日,重慶市地震局地震預報中心主任朱麗霞告訴記者。

據介紹,昨日印尼發生的8.9級大地震,重慶市部分區縣確實產生了同震效應。重慶距離印尼有2800多公裡,為什麼也有反應?朱解釋:昨日的印尼大地震震級太大,影響甚至會波及全球。

傳到重慶的地震波為何對水面影響比人們的感覺明顯得多?她解釋,在具有彈性的地殼表面,水體比固體更為敏感,也是最容易受到地震波影響的一種物質。因此通過地震波的傳播,我市一些水庫和池塘水體受到波動,出現異常情況,如水面產生巨大波動,水面突然上升幾十釐米。她認為:發生在重慶市的只是同震效應,屬於正常情況,市民不必驚慌。目前重慶沒有地震活動增加的情況,水體變化也未觸發地質災害。

同時,重慶市地震局監測預報處相關人士透露:總體上分析,這次地震對我國西南地區影響相對於全國較大,因為此次地震的區域是位於在我國西面的歐亞地震帶上。雖然離我國較遠,但據初步了解,在地理上更靠近地震帶的雲南、四川,受到的影響則比重慶市要大一些[4]。

據中國臺網測定,2004年12月26日,15時30分12.2秒,在雲南楚雄、雙柏間(北緯24.7,東經101.5) 發生5.0級地震[5]。

三年過後,2008年5月12日,中國四川汶川發生8級地震。2004年12月26日印尼強烈地震波及我國導致重慶出現多處異常,這可能是汶川地震正在孕育發展並即將爆發的前兆。利用強震的地震波檢驗不同孕震地區的地震異常反應,可能得到當地地殼穩定性的有用信息,為近一步加強監測提供可靠的實驗依據。地震專家已經注意到這一現象。

參考文獻

1. 聲波觸發地震的實驗研究。2008-06-26 14:54:55.0原文見:2008年1月3日美國《自然》雜誌。http://www.csi.ac.cn/manage/html/4028861611c5c2ba0111c5c558b00001/_content/08_

2. 趙剛。餘震發生原因有新說法:或跨半個地球。來源:青年參考 發布時間:2008-6-4 10:20:1科學網。http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2008/6/207495.html

3. 楊學祥,楊冬紅. 面波在球面上傳播時的能量密度變化:由逐漸變小到逐漸變大. 發表於2008-6-19 科學網。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=29687

4. 趙倩,張一葉,等。印尼強烈地震波及我國 重慶出現多處異常。2004-12-27重慶晚報網絡版。http://www.southcn.com/news/international/zhuanti/ie/casualty/200412270405.htm

5. 12月26日 雲南楚雄、雙柏間發生5.0級地震。2004年12月27日 08:16:22來源:CCTV 。http://www.tonghai.gov.cn/pubnews/doc/read/snxx1/372313213.125828182/index.asp

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