“中國大陸現(xiàn)今地殼運動—變形動力系統(tǒng)”——演化與地震災(zāi)變行為

1、1“中國大陸現(xiàn)今地殼運動中國大陸現(xiàn)今地殼運動—變形動力系統(tǒng)變形動力系統(tǒng)”——演化與地震災(zāi)變行為演化與地震災(zāi)變行為周碩愚?中國地震局地震研究所（地震大地測量重點實驗室），武漢，430071【摘要】回顧多種地震模式學(xué)術(shù)思想的演化及其踐行效果。在地球系統(tǒng)科學(xué)框架下，以近五十年地震大地測量學(xué)觀測結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、復(fù)雜動力系統(tǒng)理論等相關(guān)學(xué)科新進展、追尋了由地球誕生至大陸現(xiàn)今地殼運動的自組織演化進程；提出了“中國大陸巖石

2、圈現(xiàn)今地殼運動變形動力系統(tǒng)”的基本概念，它可望成為連結(jié)多種觀測手段和模型方法，促進學(xué)科交叉研究的框架。地震是動力系統(tǒng)演化多種行為中的一種突變暫態(tài)行為。在動力系統(tǒng)吸引子（attracts）主宰下的現(xiàn)今地殼運動的基本動力學(xué)狀態(tài)是自組織穩(wěn)定態(tài)（SelfganizedStableState），而非自組織臨界態(tài)（Self－ganizedCriticality）。地震孕發(fā)過程是系統(tǒng)演化進程中局部空時域偏離常態(tài)后為保持自身穩(wěn)定的一種自調(diào)節(jié)行為。地震具

3、有可預(yù)測性和預(yù)測的不完全確定性。提出幾種研究動力系統(tǒng)演化和地震監(jiān)測預(yù)測的科學(xué)途徑，包括尋覓中國大陸地震預(yù)測之道；發(fā)展揭示動力系統(tǒng)演化的整體動態(tài)組合觀測理論與技術(shù)；觀測模擬預(yù)測正常動態(tài)（穩(wěn)態(tài)）以識別異常；地震地殼形變循回模式及其動力學(xué)過程；地震大地測量圖像動力學(xué)預(yù)測─一種介于現(xiàn)象學(xué)與動力學(xué)之間的“斑圖動力學(xué)”（PatternDynamics）；大地震破裂臨界與短臨預(yù)測；對地震、地震預(yù)測和地震預(yù)報的再思考等。1地震模式學(xué)術(shù)思想的演化與啟示地

4、震模式學(xué)術(shù)思想的演化與啟示模式是科學(xué)認(rèn)知征途中不可缺失的一個承前啟后的必要環(huán)節(jié)。地震模式是地震預(yù)測中歸納與演繹的必須（傅承義，1993），觀測與模式的結(jié)合才是通向地震預(yù)測之路（KeiitiAki，2003）。地震大地測量學(xué)不僅能有效監(jiān)測地殼脆性層中應(yīng)變的積累與釋放，還能監(jiān)測包括地球深部的物質(zhì)運移與密度變化；因此地震大地測量學(xué)與地震模式具有天然密切的相互倚重關(guān)系。地震模式是在實踐結(jié)果（野外觀測、震例分析、室內(nèi)實驗）啟發(fā)下，經(jīng)過科學(xué)思維凝練

5、升華后，提出的對地震成因和孕發(fā)過程的一種理解與解釋。但由于自然過程的復(fù)雜性、觀測信息的不充分（特別是對地球內(nèi)部）、大地震樣本的稀少等；迄今為止，已提的出各種地震模式都仍具有不同程度的“相對性”和科學(xué)假說的性質(zhì)，有待進一步檢驗與完善。?作者簡介：周碩愚，男，1937年生，研究員、博導(dǎo)，長期從事大地測量與地球動力學(xué)、地殼形變與地震預(yù)報研究。EMail:cwhezsyw2007@3韌性部分和脆性部分的相互作用，在地震發(fā)生和火山爆發(fā)的前兆現(xiàn)象中

6、發(fā)揮了重要作用。1.21.2僅考慮了震源區(qū)（或發(fā)震斷層段）的模式僅考慮了震源區(qū)（或發(fā)震斷層段）的模式彈性回跳模式來源于對1906年圣安德烈斯斷層大地震的水平形變觀測。擴容模式（DD）和裂隙串通模式（IEP）主要源于對小樣本巖石破裂實驗結(jié)果的類比。它們都是孤立地只考慮了震源區(qū)本身，而實際上震源區(qū)只是大自然孕震系統(tǒng)中的一個部分，它是無法同周圍的、深部的構(gòu)造環(huán)境和動力作用分割開來的。DD“濕模式”和IEP“干模式”對多種前兆手段（波速比、形變

7、、電阻率、微裂面積、水流速、氡含量、b值、地震次數(shù)等）的異常時變過程曾有過明確的規(guī)定，“它們都導(dǎo)出多種前兆應(yīng)發(fā)生的次序。但兩個模式后來都被證明是失敗的”（傅承義，1993）。由于其本身的缺陷－基于孤立的，簡單化的，完全確定論的還原論推理，難以符合大自然復(fù)雜系統(tǒng)的實況，因而經(jīng)受不住實踐的檢測。但這三種模式在科學(xué)認(rèn)知上都有其不可否認(rèn)的貢獻。尤其是彈性回跳模式，它抓住了地震發(fā)生在上地殼脆性層中，彈性變形（應(yīng)變）由逐漸累積到突然釋放又回歸常態(tài)這

8、一本質(zhì)，故有其生命力，至今仍被不斷拓展和改進，使之逐漸逼近于大自然的真實。DD“濕模式”中的流體進入裂隙，孔隙壓力增大摩擦力降低的機理在水庫誘發(fā)地震中得到驗證。IEP“干模式”中的不穩(wěn)定變形窄帶內(nèi)，裂隙雪崩式串通高速擴展，其實質(zhì)正是系統(tǒng)演化至一定條件下所涌現(xiàn)的“正反饋”機理，對探索大地震的成核過程與短臨前兆是有益的。1.31.3震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境作為一個系統(tǒng)整體考慮的模式震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境作為一個系統(tǒng)整體考慮的模式隨著觀測技術(shù)的進步

9、，廣域信息的獲取，對大陸強震前兆的定量研究以及系統(tǒng)科學(xué)理論的啟示，科學(xué)家們意識到必須將震源區(qū)和周圍構(gòu)造環(huán)境作為一個整體來研究；否則既不能解釋為什么震源要出現(xiàn)于此地而非彼地，也不能解釋廣域內(nèi)多種震前異常的時空關(guān)系。傅承義指出“許多地震預(yù)報工作者由于受地震斷層成因假說的束縛，只將注意力集中在斷層所在的地點，這樣就大大限制了觀測的范圍。其實，地震時能量的釋放固然集中在斷層錯動的地方，但能量積累所影響的范圍卻大得多”，“臨震之前，相當(dāng)大的一部分

10、地球介質(zhì)已經(jīng)處于應(yīng)力加速積累的狀態(tài)。這部分介質(zhì)可以叫孕震區(qū)（以前筆者曾稱它為紅腫區(qū)）”，“孕震區(qū)不等于由余震所劃出的震源區(qū)，前者比后者要大得多”（傅承義，1976）。看似寥寥數(shù)語，卻道出了一個超越當(dāng)時國際時尚認(rèn)知的更先進的地震思維模式－“紅腫模式”，其實質(zhì)是具有重要開拓意義的孕震系統(tǒng)概念模式。組合模式（郭增建，1979）發(fā)展和豐富了彈性回跳模式。闡明了斷層的應(yīng)力積累單元與其兩端的應(yīng)力調(diào)整單元之間關(guān)系及其在地震孕發(fā)過程中的作用。在斷層的特