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作者:comic(地球物理学博士),感谢松鼠空错的协助。

2010年2月27日智利8.8级大地震之后,同样的灾难接二连三又在各地上演了多场,很多网友对这个阶段密集来临的地震群表示担忧,他们认为地震间可能产生了有如“蝴蝶效应”的连锁反应,太平洋火圈已经被点燃了!联系到此前在国内产生不小轰动的灾难电影大片《2012》,不少人“心有惴惴”。

东太平洋海岸一只普通的蝴蝶,不经意间扇了扇翅膀,导致其身边的气流发生了微小的变化,但这股气流随之破坏了更远的气场,由此发生一系列连锁反应,最终引发了西太平洋的一场风暴。这就是著名的蝴蝶效应,大意是指微小的扰动可以导致结果的极大差异。很多人会立刻表示质疑:一只蝴蝶怎么可能会引起飓风呢?蝴蝶才多少重量?但这种研究令无数科学家着迷,地球物理学家们也希望能从中得到启示,为此还专门召开国际会议探讨这种非线性的混沌理论。

蝴蝶真能引起飓风吗?如果我们把7.3级的海地地震释放的能量作为1,那么8.8级智利地震的能量算下来就有178,能量相差很是悬殊。如此看来,海地地震看起来倒是像一场小挠痒痒?

则两者到底有无关联?这个问题,要从地震触发谈起。

不容易不等于不可能

地震之间的关联性问题又叫做地震触发,也就是说一次地震发生后,会引起一定距离范围内的某个地方或者多个地方发生新的地震。如果用中国人擅长的系统论思维研究地震触发问题,当然很容易理解。因为地球是一个系统,所谓牵一发而动全身,地震与地震之间应该存在关系。但若要科学论证他们之间的关系,就不那么容易了。

不容易并不等于不可能,科学家们正在努力寻求找到这种关联的理论与原理。

1992年6月28日,美国南加州的Landers发生了7.3级地震,而在之前的4月23日,Joshua Tree发生过6.1级地震,而Landers地震之后的3个小时又发生了Big Bear的6.5级地震。随后美国科学家根据相关理论计算了地震发生引起的应力/应变变化结果,认为Landers地震对Big Bear地震具有触发作用。因此,关于地震触发的这种现象得到了观测事实的肯定。在随后的数年时间里,与地震触发现象有关的科学问题成为地震学界的一个研究热点问题。如果这个现象普遍存在,那么,它将为地震预报提供一种新的思路。这无疑为地震预报科学难题提供了一个可能的突破方向。

静可动,动亦可动

实际上事情往往没有那么简单。有些地震后产生了新的地震现象,而有的地震发生后没有产生任何新的地震现象。这里还涉及了地震发生的临界现象问题。临界状态的意思好比:一头不堪重负的骆驼,再增加一根稻草就能压垮它,同理,一个地方本来就处于快要发生地震的边缘了,也就很容易被激发。

在Landers地震之后,善于建立模型和寻找理论的西方科学家,根据日本研究者提供的不同断层面特征,设计了相应的模型和计算程序来模拟地震后所产生的应力/应变变化。向程序提供地震的震源机制解和地震发生造成的破裂面形态与规模,以及地震所在地区的介质特征参数,就可以得到地震破裂直接产生的应力/应变变化(被叫做静态应力/应变变化)。

根据弹性半空间下的断层模型和理论,可以发现这种地震直接引起的应力或应变的大小随着距离的增加而衰减,与距离的3次方成正比,也就是说,如果当位置从震中变到震中距为x的某处,作用在x处的应力变化就减小为震中附近应力/应变的1/x3。由此可见,如果不是一个地区的能量积累到临近发生地震的状态(即临界状态),单凭发生了一个地震,所能引起的另一个地震的范围非常有限。通过各个专家计算的结果总结,认为能够触发地震的应力最小值是0.02MPa。由这类静态应力/应变引起的地震触发叫做静态触发。而且通常是大地震触发小地震。按照这个说法,海地地震是不可能触发智利地震的,因为能量差别太悬殊了。

这并非唯一的解释,有人又发现,地震发生后被人们感受到的地震波是一个不应该忽视的因素。Gomberg等计算出地震波作用所能产生的瞬间应力大小,可达到比上面计算出的静态应力高数倍的水平。那么,很显然,一个地震后在很短时间内就有可能通过地震波作用而使另一个地震波可以到达的地区发生地震。这类地震触发现象叫做动态触发。这也是国际上公认的地震触发现象。这类触发可以是很远的地区,只要地震波到达得了的任何地区都是有可能的。但是,动态触发的地震之间时间间隔不能太长,太长了就不能被叫做直接的动态触发。最近的例子是2004年苏门答腊地震后,远在1万多公里外美国的一个火山区的地震活动却突然增强了。如果这些遥远火山区的地震活动是由苏门答腊地震直接作用触发的(静态触发),那么这个距离就太远了。但距科学杂志报道,苏门答腊地震产生的地震波围绕地球跑了几圈,而且还激发了地球的自由振荡现象。显然,科学家们支持苏门答腊对这个火山地区的地震产生了动态触发。

以上的静态触发现象和动态触发现象各自只解释了部分的地震触发问题。静态触发给出了地震触发所需要的最小应力值,但不能解释远距离的触发问题;而动态触发可以解释远距离触发问题,但不能解释远距离内地震发生数日或数月后才发生的新地震。

美国的科学家纽凤林博士及其小组在圣安德烈斯断层的超深钻孔内进行试验,他计算了地震发生导致断层应力增强的过程,同时发现了在这个增强过程中断层带孔隙和裂隙中存在的流体流动起了很大的作用。

但是,这些理论现在还属于比较前沿的领域,没有被大多数的主流科学家所接受。观测事实表明,现象是客观存在的。如何能够被广泛接受需要一定的时间和积累更多的观测资料。尤其在那些观测台站很少的地区,建立更多的观测台站就是首当其冲的任务了。

按照这个观点,智利地震可能还受到了琉球地震的动态触发。这一点需要智利科学家提供观测结果予以检验。但是,如何理解海地地震与智利地震的关联呢?按照单一断层理论,智利地震距离海地地震那么远,而且在海地地震发生很多天后的那么长时间,海地地震与智利地震之间没有直接可以作用的断层关系,海地地震怎么能作用到智利的那个位置?

单一断层模式VS块体动力学

回过头来,再看此次对海地地震和智利地震的关系的有关言论。主流科学家认为,海地地震和智利地震的发生无关。比如,墨西哥国立自治大学地质物理学院主任卡洛斯・巴尔德斯接受新华社记者专访时说,这两次地震并不存在任何关联,原因是“海地地震是加勒比板块同北美洲板块碰撞造成的,而智利位于环太平洋火山地震带,这次地震是由纳兹卡板块同南美洲板块碰撞摩擦造成的。”(连接)。

上述观点其实是源于地震孕育发生的单一断层理论。

虽然这种说法目前被大多数西方科学家所接受,但并非无懈可击。有了挑战,就有了机遇。

中国科学家在板块动力学理论的基础上,结合中国大陆的地震活动性特点,正式提出了“地震孕育的块体动力学思想”,这个理论认为,几条断层边围成了一个构造地块(好比三条线圈成的一个三角形块块,4条线圈成的一个四边形块块,这个小的块块儿就犹如一个小的构造板块)。一个构造地块在大陆漂移过程中是作为一个整体在运动着,地震不是某一条断层的单独作用问题,而是与该断层有关的多个地块之间的相互作用问题,地块的某一边(一条断层或断层带)发生地震后,可能引起这个构造地块产生一个整体的运动,从而导致地块的其它边(其它几条断层或断层带)发生地震。这种思想使人们对地震孕育过程的理解变得更加符合实际,似乎也可以用来更好地解释地震触发问题。

回到此次智利地震。尽管海地地震是加勒比板块和北美板块之间的事情,智利地震是纳兹卡板块和南美板块之间的事情,但块体动力学思想告诉我们,南美板块和北美板块之间通过加勒比板块相联系,它们之间存在相互作用关系,至于作用力多大,取决于板块之间相对运动的速度。于是又落到需要根据观测资料来说话。最直接的观测证据可能来自GPS给出的地表位移场和震源机制解,或者来自智利这边的钻孔应力/应变变化的实际观测结果(目前还不知道智利这边是否有这些观测,有待将来更多数据的获取和分析)。

如此一来,有人会问:如果海地地震能够引发智利这个更大的地震,那岂不是智利地震会引发更大的某个地震吗?

这一点就有必要再回到观测资料上来。

根据前面的静态触发和动态触发的特点以及断层带上流体压力的大小等观测资料,可以诊断智利地震可能引发未来哪些地区的地震活动。这些工作相关部门正在进行。

完备观测系统,可解后顾之忧

既然地震之间可以通过各种内在的因素存在关联,那么是不是所有大地震之后就可能导致新的大地震发生呢?从前面的论述已经可以知道,当然不是!这里面还涉及到一个地震触发的条件,即临界状态。

有很多地球物理手段可以观测到这种临界状态,例如地表断层的跨断层形变,钻孔应变/应力,全球定位系统GPS给出的板块或块体的地表位移,大地电磁,地下水,一个区域的小地震活动特征等。

目前,全世界有不少的国家和地区在开展以上的观测,比较广泛开展的观测是GPS和地震活动性观测。中国是唯一在全国范围内开展上述全部观测方法的国家。我们有关的科学家正在加紧处理这些观测资料。如果真的存在可能的临界状态的地区,应该可以有所察觉。至少在中国大陆有观测能力的地区是可以的。但是比较遗憾的是,一些观测效果好的台站也往往是地热资源丰富的地区,这些台站正受到地热资源和地下水资源开发的强烈影响。这为准确判断临界状态的区域带来了很大的难度,也是地震预报面临的瓶颈之一。

地震触发问题是极具有挑战的课题,目前现象被肯定,但触发的原理还正在探索中。虽然主流观点认为发生在不同断裂上的地震很难触发,但在块体动力学思想的框架下,也不能排除海地地震与智利地震之间的关系。同时,静态的触发不能解释,但动态的触发导致海地地震附近的流体流动增强也很难排除,而且智利地震发生还可能受了琉球地震的动态触发,以及地球、太阳、月亮及火星的特殊关系得影响。这需要未来密集的观测资料,需要雄厚的资金支持。所以路还很长。

文字编辑:小庄

本文已被《上海壹周》预定

延伸阅读:

地震变得越来越频繁? by kongcuo

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12 Responses to “海地地震与智利地震真的没有关联吗?”

  1. 伊藤博文说道:

    沙花!!

  2. 玮玮吧说道:

    地球物理科学还有很长路要走...不成熟更容易带来误解

  3. 刘冲说道:

    东太平洋海岸一只普通的蝴蝶,不经意间...
    这语气应该去写小说,而不是科学的态度.

    • 猛犸说道:

      哈哈哈哈,您真可爱。

      • 刘冲说道:

        有什没好哈哈的.
        不就是蝴蝶效应吗?语气说成文中那种绝对不是个好态度,这不是搞文学,写童话故事.
        应该说是混沌理论如果成立,(...)的一只蝴蝶扇动翅膀可能会引起(***)的一场风暴.
        总是想模仿别人即准确又优美的写作风格,却又用的方法地方都不对,那最好就不要用.
        当然,人家根本不会听咱的.

        • 伊藤博文说道:

          科普在满足准确性要求的同时,尽量做到语言生动优美,展示科学的艺术性吸引读者,但不能过分谦卑向读者献媚,也不能居高临下鞭打读者的价值观,按这个标准,我个人觉得这个表述还是过得去的。科普不是精英主义的宣讲,语句中附加过多条件,限制的影响不会比多加一个公式丢掉一半读者差,这个平衡确实难以把握

          另,优美不优美是由大家说了算,善意提醒下,请不要过快断言,或者强行推销个人观点

        • 郭玮说道:

          哈哈哈哈,刘冲你别冒充精英了

    • 什么是科学说道:

      这只是一个比喻.
      这是说在非线性动力系统中, 施加一个微小的扰动可能会引起巨大的变化.
      在预测科学中, 一般的预测是根据现有的和历史的检测数据, 然而无论多精确的数据都会有误差, 而微小的误差足以使预测的结果天差地别.
      为形象地说明这个现象, 蝴蝶效应的比喻很恰当.

  4. pingshan说道:

    很学术,没看完,个人认为有关联,说不定真有2012

  5. 海天说道:

    我不是地震学专业的,所以对于“地震孕育的块体动力学思想”不是很熟悉。但按照文中的表述,实际上可以认为在大陆板块内部的次级板块间同样存在跨断层引发新地震的可能。凡新构造活动活跃地区,大多有多条规模不同走向不同的断层发育,组成一个大的断裂带(例如龙门山断裂)。在不同走向的断层交汇处及其附近,一般认为其发生大型地震的可能性较周围地区为高,这是否就是块体动力学理论的一个佐证?但是我觉得在实践中,还是存在一个尺度的问题,即每条断裂带实际上由几条断层组成,每个断层又往往可以划分为次一级的断层,究竟如何判断它们的归属。简单来说,如何知道海地地震、智利地震的发震断层在地壳深部没有联系?它们同样是南美板块和加勒比板块的边界的一部分。

  6. 理论有点专业,个人没太看懂,不过有关联的话也有可能,板块问题吗,你抖一抖,我也来摇一摇了,呵呵。

  7. versugw www.kuaipu.com.cn说道:

    企业OA系统