地震原理新论——兼述地震预测的科学基础

地震是给人类造成巨大损失的自然灾害,地震预测是社会广泛关注的重大的科学问题。然而,地震机理还远未认识清楚,当前国际地震界的主流观点认为地震是不可预测的。本文以物理学的新观念为基础, 从新的视角研究地震孕育和发生过程, 提出了对地震原理的新认识, 剖析了地震不可预测论的错误。地震不可预测论产生的根源在于对地震原理的不正确认识以及对自组织临界性的误解。地震具有自组织临界性的特征, 表明不可能对地震作中长期预测, 但短期预测应是可能的。成功预测的前提包括：对地震原理的正确认识, 获得足够的特征前兆信息, 并且掌握相关的地质资料。传统地震学基于固体连续介质理论, 认为地震是地壳岩石的脆性破裂造成, 用所谓“弹性回跳”来表述地震发生机制。此观点与实际观测严重不符, 无法解释诸多地震现象, 自然也不能正确地获取和理解地震前兆信息, 因而得出地震不可预测的结论。作者根据地壳由岩石层块和其间断层泥组成这一基本事实, 将地壳作为离散态体系处理, 用颗粒物理原理认识地震孕育过程。获得的认识是：构造力以力链的方式传播, 岩块以滞滑移动的方式运动。另一方面, 在认真分析地壳岩石强度和构造作用力随深度分布规律基础上,提出地震发生的物理机制是岩石的塑性滑移和岩块运动的堵塞—解堵塞转变。对地震原理这些新认识, 可解释传统地震学无法理解的很多地震学现象, 例如, 消解了传统的“弹性回跳”原理所遭遇的“热流佯谬”, 解释了深源地震的成因等。基于对地震原理的新认识, 提出了如何正确获取地震前兆信息, 实现地震短期预测的途径。     

寂静地震与地震预测的物理问题

寂静地震是指发生了缓慢的位错、但几乎不辐射地震波的“地震” .在目前的地震预测的物理学研究中 ,通常是通过计算历史上曾经发生过的地震所引起的应力变化 ,或者通过研究地震活动的统计性质或“图像动力学” ,来推测一个断层带上发生地震的危险性 .寂静地震的信息的缺失 ,形成了地震预测的物理学研究中的一个很大的“盲区” ,而在相当程度上 ,解决地震预测的物理问题的主要困难和可能的突破的希望 ,也许就在于此 .寂静地震的研究目前还很不深入 .关于寂静地震的性质 ,文章作者提出两个猜想 :(1)寂静地震的频度 ,满足类似于GR定律的幂律分布 ;(2 )最大的寂静地震的地震矩 ,与“可见”的最大地震的地震矩相当 .     

层状材料褶皱对几种地质活动机理研究的启示

从制备层状材料褶皱得到启示,给出了地球地质活动的一些可能的机理性解释.层状晶体的褶皱可以通过在柔性基底上施加的单轴或双轴应力实现,这与地球的层状结构及地球表面的山体褶皱形成机理有许多相似之处.由于地球质量分布不均匀且存在自转,因此各个板块的转动惯量是不一样的,本文指出南北半球之间存在自转角速度差异,对赤道附近的地形地貌及地质活动可能产生重要影响.本文给出了地震、火山以及大陆漂移等地质活动新的机理解释.针对中国特殊的地形地貌,提出了物质流假说并详细论述了物质流的流动趋势,指出中国大陆地质活动和板块交界处的地质活动的机理存在明显差别.物质流假说可以较好地解释中国的地震灾害、矿藏资源分布及中东地区石油丰富的可能成因,为中国未来预测地震灾害及矿藏资源开发提供了新的理论参考.该工作为人类更好地避免自然灾害、理解地球上的自然现象及合理利用自然资源提供了新的启示.     

减轻地震灾害的物理学问题

减轻地震灾害的研究通常包括地震危险性评估、地震危害预测、地震灾害的减轻三个环节．物理学在减轻地震灾害的研究与应用中具有重要意义．文章从强地面运动与地震的工程灾害、复杂系统与地震的社会灾害、地球应力场的变化与地震预测等三个不同的侧面，介绍了在减轻地震灾害的实际工作中提出的一些重要的物理问题．这些问题既是目前地震学家、工程地震学家和地震工程师普遍关注的基础科学问题，也同时与当代物理学研究的一些前沿领域紧密地联系在一起．     

减轻地震灾害的物理学问题

减轻地震灾害的研究通常包括地震危险性评估、地震危害预测、地震灾害的减轻三个环节.物理学在减轻地震灾害的研究与应用中具有重要意义.文章从强地面运动与地震的工程灾害、复杂系统与地震的社会灾害、地球应力场的变化与地震预测等三个不同的侧面,介绍了在减轻地震灾害的实际工作中提出的一些重要的物理问题.这些问题既是目前地震学家、工程地震学家和地震工程师普遍关注的基础科学问题,也同时与当代物理学研究的一些前沿领域紧密地联系在一起.     

传声器次声段灵敏度校准的误差机理研究*

次声波广泛存在于自然界与人类活动中,由于次声波具有穿透能力强、衰减小等特点,隔离和消除十分困难,对次声的监测防护与利用成为人们关注的焦点。次声波的定量研究依托传声器的测量实现,对传声器的灵敏度原级校准是保证测量精度的前提。该文基于活塞发生器校准原理下的压力泄漏与热传导耦合衰减模型,在COMSOL多物理场仿真软件中对校准腔和传声器后腔内的声场特征进行了数值仿真。创新性地提出了模型比较法,准确量化了次声段校准核心的泄漏、热传导独立与耦合修正量,验证并揭示了声压泄漏与热传导损失的幅值与相位变化机理。进一步地对传声器的次声段灵敏度校准过程进行了联合数值模拟,仿真结果表明,内外均压校准声场下传声器灵敏度的幅相频响应存在明显差异,但与校准腔内的泄漏与热传导效应无关。基于搭建的活塞发生器原级校准平台对传声器系统进行了原级校准,通过实验手段初步揭示了内外均压校准机制下传声器幅值灵敏度与相位灵敏度的显著差异。     

数值地震预测的关键物理问题

数值地震预测是地震物理研究中的一个重要课题,具有基础性的科学意义和潜在的应用价值。文章介绍了数值地震预测的三个关键物理问题——地震发生率与应力变化的关系、地震断层的摩擦函数、地球中应力的传递问题,讨论了这些问题的意义、研究现状和发展趋势。     

数值地震预测的关键物理问题*

数值地震预测是地震物理研究中的一个重要课题,具有基础性的科学意义和潜在的应用价值.文章介绍了数值地震预测的三个关键物理问题——地震发生率与应力变化的关系、地震断层的摩擦函数、地球中应力的传递问题,讨论了这些问题的意义、研究现状和发展趋势.     

从临界转变的角度理解地震预测技术

侦测重大地震前相关的地震活动度异常,以此作为地震预测基础理论的研究,在近十年内常被提出讨论。其中有两个典型的算法,包括美国加州Rundle教授的“震模信息学”算法和北京尹祥础教授的“加卸载响应比值”算法。前者旨在揭示地震活动度的高异常变异性;后者则藉助于日、月引力的响应,来研究地壳块体的受损程度。文章从“临界转变理论”出发,认为不管是高异常地震活动度变异,或是象征地壳材料已严重受损的高加卸载响应比值,都是地壳即将出现临界转变（亦即重大地震）的早期征兆。也就是说,原由两个独立研究群体提出的地震活动度算法,实为临界转变的前兆信号的一体两面,可以在临界转变理论下统一起来。     

地球深部流体的状态及其在震源物理中的意义

许多地震前兆的机理与地球深部流体相关. 文章介绍了与此有关的地球深部流体状态的研究进展. 通过间接的证据和从若干超深井钻孔探测得到的直接证据,着重介绍了深部水的数量、存在状态和性质,估计地球深部流体孔隙压力和连通性. 研究表明,地球深部高温高压状态下的水处于超临界状态,超临界水具有许多特殊性质,这些特殊性质使得流体不仅成为强震前兆的传播媒介和震源破裂过程的影响因素,而且成为直接参与震源动力过程的介质.