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辉山兰狐:对汶川地震余震的力学探讨
2008-06-01 16:47:17.0
现在看汶川地震为一主震-余震型的地震,汶川8级地震按里氏通用公式(logE=11.8+1.5M)估算出的能量为6.30957*I023尔格,一般认为,主震释放出的能量为孕震积蓄能量的90%,其余10%的能量将通过余震的方式释放出来,按这一经验说法,余震的总能量约为6.30957*I022,这相当于一次7.3级地震。由于余震能量分布在整个断裂带及其周围地区,所以不可能一次释放出来,所以辉山兰狐敢说,汶川地震的余震的震级不可能超过7级。根据断裂带和四川盆地的震后位移,也看不出还有7级以上地震发生的孕震条件,所以也不可能按群震的经验推测,还可能发生7级以上的破坏性地震。
根据中国地震局网站公布的资料,到5月28日为止,共发生4级以上的地震187次,释放出的总能量约为7.56759*I021尔格,只相当于主震能量的1%多一点,若包括众多的4级以下的余震释放出的能量在内,余震释放出的总能量还未超出主震能量的2%,而目前距离主震发生的时间已经过了半月以上,余震的频度呈明显下降的趋势,虽然未来仍可能发生6级以上的余震,但余震将逐渐衰减的趋势是很明显的了。
这次汶川地震的余震的震中位置基本集中在断裂带处,少数余震发生在断裂带两端的延伸部位,这是合乎力学规律的。主震使断裂带两边发生了强烈错动,但断裂界面不是一个平滑面,而是犬牙交错的曲折界面,其中有很多阻挡错动的障碍岩块,这种大大小小的岩块逐渐被强大的地壳力挤断,其挤断部位就是一次余震发生的部位,另外,300多公里长的断裂带,势必改变断裂带两端的应力场分布,当应力超过岩石的强度时,自然要发生破坏,这也是余震发生的一个原因,所以余震的震中都集中在断裂带处和断裂带两端的延伸部位。
地壳在孕震区所积累的弹性能不可能都释放干净,那些应力远小于岩石强度的地带,其积累的弹性能将不会释放出来。试想一下,中国大陆东边受太平洋板块的挤压,南部受印度洋板块的挤压,整个大陆地壳都发生应变并积累弹性能,但发生地震的只是少数地方,那些地方是边界条件复杂和应力集中的部位,只有地壳岩石所受应力超过其强度时才能发生破坏,而大多数地方不具备岩石所受应力超过其强度的条件,所以多数地方是安全的。另外,一次汶川级别的地震发生,不但使周围的应力场发生调整,边远地带的应力场也将发生改变,甚至在应力高度紧张的部位成为诱发地震的原因。当然由于地壳中的物理、几何和化学条件都很复杂,这种一般力学规律只能作定性的说明,还不能进行定量的研究,这也是地震无法作出临震预报的根本原因。
基于如上原因,仅仅根据能量的推算来估计未来余震的发生时间和规模是不现实的,目前还只能根据统计规律进行模糊的预测,由于中国地震记录比世界任何国家都丰富,所以统计样本比美国、日本都丰富,因此根据经验统计来预测余震的相关性要相对好一些。
根据最新公布的数据,汶川地震后,地震断裂带东部的四川盆地地壳出现了明显的下沉,而盆地东部的重庆地区则有明显的隆起。如此大面积的地壳变形和位移,是地震中龙门山断裂带的错位解除了对四川盆地以东的地壳运动束缚的结果,从而将平缓地释放大量弹性能。随着地壳弹性应变的减小,使这些地区在未来一段时间中应该是安全地带,当然也不排斥在地壳变形调整的过程中,会遇到阻碍,从而发生小地震,发生破坏性地震的可能性微乎其微,这是可以预期的。
由于辉山兰狐不过为辉山地区的一个种菜专业户,并非地球物理学方面的专门人才,所以辉山兰狐只能根据弹性力学的一般规律来讨论汶川地震的余震问题,所以没有使用地球物理学的专用术语,目的是让更多的人能了解地震不过是地壳的力学效应,完全可以根据弹性力学的知识去尽量加以理解,毕竟在接受高等教育的人群中,懂普通弹性力学的人很多(包括材料力学),而专门学习地质力学和地球物理学的人相对要少许多。辉山兰狐在这里提请读者注意,物理学的分支静力学是一门基础科学,其基本理论在所有理工专业中是相通的,请读者在理解地震现象时不要被某些专业名词迷惑。
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