你經歷過地震嗎?你遭受過地震時那種山崩地裂、天旋地轉的感受嗎?你見到過鄉親們在經受了房屋倒塌親人死傷的痛苦後對地震工作者所發出的殷切的目光嗎?地震工作者除了愧疚外也暗下決心要提高地震研究水平,向地震這個世界性的難題發起進攻。??
首先思考的是為什麼我們對一些地震曾做過不同程度的預測,而對另一些地震的來臨又感到突然呢?就拿1966~1976年間在我國西南地區發生過的5次破壞性地震來說吧,1970年通海地震發生在平行紅河斷裂帶的一條曲江斷層上,1973年爐霍地震發生在與之近於平行的鮮水河斷裂帶上。這兩次地震事先沒有覺察就發生了。1976年先後發生了龍陵地震、松潘地震與鹽源-寧浪地震,這三次地震事先都發生了一些異常現像,引起了警覺,且做了不同程度的預報。進一步分析,發現這五次地震發生的構造條件不同。前面兩個地震發生在大型的斷裂帶上,後面三個地震發生在規模要小得多的斷層上。同樣,發生在華北的兩次大地震,情況也不同。海城地震前有大量的異常而且有豐富的前震,而唐山地震前半年內鄰近震中的較大範圍內連2級地震都沒有發生。由此,人們不能不考慮到地震存在不同的類型。??
國內外學者對地震機理的認識也有一個過程。最早人們認識到地震與岩石的破裂有關。1967年美國學者Brace和Byerlee在實驗室觀察到含平整切口的岩石在高壓下的摩擦滑動中出現規則的粘滑現像。這是一種准周期發生的失穩錯動,他們認為地震的發生取決於斷層穩定性,而不是取決於岩石的強度。中國學者也在實驗中提出失穩的前提是勻阻,即斷層上的摩擦阻力趨於一致後發生失穩。一些學者用岩石破壞過程中聲發射的分布證明了失穩前的勻阻過程,而最終的大地震與勻阻後的失穩有關。??
中國地震局地質研究所構造物理實驗室根據實驗結果把地震失穩歸納為三種類型:主要由岩石破裂引起的失穩,稱之為破裂型地震;由斷層不穩定滑動而形成的地震,稱之為粘滑型地震;由不連續斷層貫通後粘滑失穩而形成的地震,稱之為混合型地震。實驗證明這三類地震的機制不同,發生前可能的異常現像也不同。第一種地震即破裂型地震,這種地震應變能往往消耗在一定範圍內岩石的破裂中,因此震級往往不大,但發生前可以觀測到大量的異常。有人很形像地說這種地震是“雷聲大,雨點斜,易於高估未來地震的震級,造成虛報;第二種粘滑型地震,其應變能集中於斷層的失穩錯動,因此往往震級大,地震前雖也有異常,但是可覺察的異常很弱,而且異常出現得較晚,目前的技術水平難以把握這種前兆,容易造成漏報;第三種混合型地震在其發生過程中既包括了斷層貫通過程中岩石的破裂,也包括沿已貫通了的斷層發生失穩錯動。此類地震震級大,且有前兆,是既有預報意義,又有預報可能性的地震。但想預報這類地震也有很大的難度,最大的困難是發震地點不好判斷。??
說到這裡,我們只提到地震前有無異常,還未涉及到異常出現在哪裡以及它們與未來地震發生地點的空間關系問題。1976年唐山7.8級地震給了我們嚴重的教訓。地震發生前北京地區曾發現有8大異常,唐山附近的現像卻不那麼顯著。當人們把注意力集中到北京附近時,卻在唐山發生了強烈地震。一些地震工作者不得不感嘆地震也會“聲東擊西”。後來大量震例中也經常出現此種現像,給未來地震的地點預測帶來了困難,如1976年松潘地震前大量異常出現在龍門山斷裂帶,大震卻發生在北部山區;1996年麗江地震的異常分布範圍也很廣,不易判斷震中將在何處。這種地震前出現明顯異常的地區與未來震中區明顯偏離的現像被稱為前兆偏離,於是研究異常與未來震中的位置關系成為擺在地震工作者面前的一個新任務。??
研究中發現,一個區域在變形過程中,所有的相關部位,包括震中區與外圍區均參加變形,但是,由於不同構造部位在變形中所起的作用不同,變形形式不同,因而,異常表現也就不同。一些異常類型是易於察覺的,如地震活動性增強,斷層位移加劇,以及水位變化等;另一些也是異常,如地震活動平靜、斷層閉鎖等,但它們是不易察覺的。??
由於地震發生在地下深處,地下的構造情況有很多地方並不十分清楚。觀測點稀疏、台站建立時間短、震例資料少等等都給這方面的研究工作帶來困難,使我們對這些震例的了解,不論在時間上還是在空間上均是殘缺的。為了克服野外觀測中遇到的上述困難,了解地震的孕育過程及周圍異常點的時空演化過程,找出未來震中與異常空間分布上的規律,中國地震局構造物理開放實驗室結合野外地震觀測的項目,在實驗室建立了一套多通道、高分辨率、寬頻域、數字化的動態觀測記錄系統。該系統可聯結多種傳感器,用於多參數物理場的同步動態觀測。其中包括低頻連續信號觀測系統及高頻瞬態信號觀測系統。前者可以測量應變嘗沿斷層帶的位移分布、軸向載荷、軸向位移以及橫向載荷等物理量;後者可以測量聲發射與波動常這個系統能夠記錄並以圖像方式重現物理場的動態過程,從中獲得前兆信息。與此同時,實驗室還研制了雙向、三向伺服壓機,以便研究含不同構造組合的標本的變形破壞過程。這些設備大大拓寬了利用實驗室手段研究地震的能力。於是實驗室內外的專家紛紛設計各種構造組合模型,利用這套實驗系統來研究自己想要解決的問題,結合前兆偏離就曾做過一系列的模型。??
例如,一個含5°拐折斷層模型就分布了幾個起不同作用的構造單元:制動(閉鎖)單元是斷層上正應力大的段落,在變形中承擔了阻礙斷層運動和協助積累應力的作用;讓位單元是斷層上正應力小的段落,起著協調變形的作用;錯動單元是斷層上較平直的段落,該處能產生快速錯動,往往是大地震發生的部位;閥單元是最大剪應力積累區,該處積累的應變能促進錯動單元的快速錯動;敏感單元為對斷層錯動反應靈敏的部位,區域變形情況往往通過這個單元表現出來。??
敏感單元往往位於應力狀態變化復雜的構造部位,如拐折部位、雁列部位和交彙部位。研究表明,組合雁列中的壓性雁列等部位,它是一個對應變變化和錯動情況反映靈敏的部位;錯動單元往往位於應力易於釋放的部位,如平直斷層段、組合雁列中張性雁列部位等。它們可以相互重疊,也可以不重疊,破裂型地震中兩者往往重疊,粘滑型地震中兩者則往往不重疊。在後一種情況下,就出現前兆偏離現像。換句話說,前兆出現在高應力單元,而地震失穩發生在易錯動的單元。上述這些起不同作用的單元空間分布不相同,敏感單元與發震構造的關系也不相同。因此,結合具體地區的構造地質條件,分析不同條件下不同單元的空間分布是做好地震發生地點預報的一項切實工作。??
多少年來人類一直在與自然災害抗爭,地震事業就是其中一項非常崇高而又異常艱難的事業,意義非常重大,希望有越來越多的有志青年一起來參加這項艱苦的攀登。