Exploración de métodos de predicción de terremotos

En el pronóstico estadístico, los terremotos se consideran eventos aleatorios. Es decir, la distribución de probabilidad de terremotos por unidad de tiempo requiere independencia, secuencia, estacionariedad y distribución de Poisson:

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Donde: f(n) es la unidad de tiempo La probabilidad de ocurrencia n veces; λ es el número promedio de terremotos por unidad de tiempo. Por ejemplo, ya en 1937, Wenner contó los terremotos globales ocurridos entre 1925 y 1930. Para garantizar la independencia, se eliminan las réplicas dentro del mes siguiente a un terremoto. Hay 2585 terremotos independientes dentro del rango 2191d, y el número promedio de terremotos por día es λ = 2585/2191 = 1,65438 (veces/día). Sustituyendo en la ecuación (6-8), podemos obtener

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Multiplicar el f(n) obtenido por el número total de días, 2191, para obtener el número de días en los que ocurren n ocurrencias en un día. Este es el número de días calculado que figura en la Tabla 6-1, que también proporciona los resultados estadísticos de los datos observados. Esta tabla muestra que los terremotos pueden considerarse eventos aleatorios.

Tabla 6-1 Tabla de distribución de frecuencia de terremotos (1925 ~ 1930)

Debido a que las series temporales de terremotos pueden tratarse como eventos aleatorios, se pueden utilizar algunas leyes estadísticas para predecir el futuro. Por ejemplo, la teoría de los valores extremos se utiliza para predecir terremotos a mediano y largo plazo en China, y el análisis de correlación entre los terremotos globales y los de China continental se utiliza para estudiar el período de retorno y la distribución de magnitud de los terremotos en el continente.

Las previsiones estadísticas sólo pueden proporcionar estimaciones aproximadas para grandes áreas y largos períodos de tiempo. Debido a que tales predicciones se dan en un sentido probabilístico y no con certeza, no es raro que los terremotos no ocurran a pesar de la alta probabilidad.

(B) Predicción del valor B que refleja el desequilibrio de la escala del terremoto

Gutenberg y Richter descubrieron por primera vez el índice entre la magnitud del terremoto M y el número de terremotos n (M) Relación de atenuación;

lgn(M)=a—bM

No es difícil escribir la expresión del valor b:

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b representa el valor de magnitud de la relación entre el número de terremotos de cierta magnitud y el número de terremotos de mayor magnitud, comúnmente conocido como relación proporcional entre terremotos grandes y pequeños. Si el valor B se desvía seriamente del valor normal, es decir, la relación de tamaño está desequilibrada, cuando el valor B es bajo, puede ocurrir un terremoto importante.

Los sismólogos chinos han investigado mucho y recopilado datos sobre el valor B. La Figura 6-1 muestra los cambios en los valores de B cerca del epicentro antes de los cuatro terremotos en Haicheng, Longling, Tangshan y Songpan. Este es un gráfico de cambios mensuales que indica el valor b para cada mes.

Figura 6-1 Curva de cambio año tras año del valor B antes de varios terremotos importantes

El cambio en el valor B, que refleja la relación proporcional entre terremotos grandes y pequeños en el tiempo y el espacio, es un cambio en la distribución de la energía. Mantener una determinada distribución de energía es un requisito inherente y una propiedad de los medios sólidos. El monitoreo del valor B es un medio eficaz para rastrear si la distribución de energía está desequilibrada.

(3) Predicción del valor H que refleja la atenuación de la frecuencia de los terremotos

Un grupo de terremotos ocurrió en un área pequeña en un corto período de tiempo. Tomando el terremoto más grande como punto de partida, el cambio en la frecuencia de los terremotos con el tiempo después del terremoto más grande generalmente se puede escribir como

n()t=n1t—h (6-10)

La fórmula de Maugham (6-10) es la fórmula de atenuación de las réplicas. Liu Zhengrong utilizó esta fórmula para analizar los datos del terremoto de Yunnan de 1979 y concluyó que: h ≤ 1, el enjambre sísmico es del tipo precursor; H ≥ 1, el enjambre sísmico es del tipo réplica; Y predecirlo en función del tamaño del valor B. La Figura 6-2 es un diagrama H-B para predecir futuros terremotos basándose en los valores H y B de un conjunto de terremotos. Si cae en el área A, ocurrirá un sismo principal mayor que el terremoto más grande de este grupo; si cae en el área B, ocurrirán réplicas fuertes más pequeñas que el terremoto más grande de este grupo; si cae en el área C y D, ocurrirá; es relativamente seguro... Por supuesto, la atenuación de las réplicas en diferentes regiones varía mucho y no puede considerarse igual.

Figura 6-2 Mapa espacial h-b

(4) Refleja la predicción del valor σ del área total del plano de falla de la fuente del terremoto.

Aunque la frecuencia de los terremotos y la energía sísmica se pueden utilizar para representar la intensidad de la actividad sísmica respectivamente, dado que el número de terremotos pequeños es mucho mayor que el de los terremotos grandes, los cambios en la frecuencia en realidad reflejan la actividad de los terremotos pequeños. . Dado que la energía de un gran terremoto es mucho mayor que la de un pequeño terremoto o varios pequeños terremotos, los cambios de energía en realidad reflejan la actividad de un gran terremoto. Por lo tanto, la frecuencia y la energía por sí solas no son suficientes para representar toda la actividad sísmica, introduciendo así. una cantidad que tenga en cuenta ambas ∑, definida como

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donde N(K) es el tiempo de t a t+? El número de terremotos con nivel de energía K que ocurren dentro del intervalo T, K=lgE (por supuesto, el llamado nivel de energía K se refiere a un rango de K- a K+). Según el tamaño de l, se puede dividir en tres situaciones:

(1)L=1, degenera en frecuencia;

(2)L=10, degenera en energía ;

p>

(3)L=4.5, que representa la suma de áreas del plano de falla sísmica de diferentes niveles de energía.

Para ilustrar la tercera situación, se puede hacer el siguiente análisis: Dado que la energía de la onda sísmica E es proporcional a la energía de liberación del terremoto E0, es decir, E∞E0, y E0 es proporcional a la El volumen de la fuente V, o al plano de falla de la fuente S es proporcional a la potencia 3/2, es decir, E0∞S3/2, y tiene la siguiente relación:

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En otras palabras, si la fórmula (6- Si LK en 11) se reemplaza por 4.5K, entonces

∑(t)=∑ N(K)S(K) (6-12 )

Significa que ∑(t) es La suma de las áreas del plano de falla en diferentes niveles de energía es el significado físico de Σ(t).

El trabajo práctico muestra que el valor máximo de la curva Σ(t) en una determinada zona sísmica a menudo tiene cierta correspondencia con los fuertes terremotos posteriores. Cuanto mayor sea el valor máximo, mayor será el intervalo de tiempo desde el valor máximo hasta el terremoto fuerte y mayor será la magnitud del terremoto. relación. En términos generales, ∑(t)

(5) predice basándose en cambios en la velocidad de la onda.

Cuando las ondas sísmicas locales pasan a través del área de la futura fuente, su velocidad de propagación debería cambiar debido a cambios en las estructuras (distribución de fallas, etc.). ) y el estado físico (módulo elástico, etc.) del área de origen. Por lo general, se utilizan los siguientes métodos para la investigación:

1. Método de mapeo de terremotos recientes de Wadashiyo

Supongamos que K=vP/vS, entonces tenemos

Sólido. Introducción a la Física de la Tierra

Donde:, se refiere a la llegada de ondas P directas y o es el momento de ocurrencia. Para el mismo terremoto, k y o se pueden calcular a partir de la suma de datos registrados en varias estaciones.

2. Método de la velocidad aparente de dos estaciones telesísmicas

De manera similar, usando K=vP/vS, podemos obtener

(S—P)2 —(S). —P)1 =(K—1)(P2—P 1)(6-14)

Donde 1 y 2 son los números de serie de las dos estaciones de trabajo. La condición es que las dos estaciones estén en la misma dirección del epicentro, y que P y S sean ondas P y S directas.

3. Método residual telesísmico

Al determinar los parámetros básicos de los terremotos, siempre obtenemos un valor residual promedio del tiempo de viaje de la onda P:

Tierra Sólida Introducción a Física

Entre ellos, Ri es el residual de la I-ésima estación, y ri = p 'i-Pi (p 'i es el valor observado, Pi es el valor calculado) es el valor normal del residual.

4. Método de voladura de punto fijo

El punto de voladura y el punto de recepción se fijan a intervalos regulares para obtener un tiempo de viaje confiable entre el punto de voladura y el punto de recepción. la distancia por tiempo de viaje, obtenga la velocidad de viaje.

Los dos primeros se basan en la relación de velocidad de onda K, y los dos últimos se basan en la velocidad de onda vP. En algunas zonas, el valor K se ha utilizado en intentos de predicción post-terremoto o para analizar posibles precursores. La figura 6-3 es una curva típica del valor K de Beijing: primero cae, alcanza el punto más bajo y luego vuelve a subir. Este tiempo se llama duración de la anomalía (t), y el tiempo desde el final de la anomalía hasta que ocurre el terremoto se llama tiempo de retraso de ocurrencia (?t). Generalmente se cree que la duración de la anomalía está relacionada con. la magnitud del terremoto.

Figura 6-3 Diagrama esquemático de la curva del valor K

Utilizar cambios en la velocidad de las olas para predecir terremotos ha traído esperanza a la gente. Sin embargo, con el aumento de los casos de terremotos, este método ya no es totalmente comprobable. ¿Es un problema con la precisión de la observación, el modelo físico o ambos? Aún no se puede llegar a una conclusión clara.

(6) Predicción basada en la deformación del terreno.

Japón es el primer país en estudiar la relación entre la deformación del suelo y los terremotos. Generalmente se cree que hay tres etapas de deformación sísmica desde la acumulación inicial hasta la liberación final, a saber, α, β y γ. α: se produce una anomalía en la corteza en la zona de peligro debido a una deformación lenta a largo plazo. β: la velocidad de deformación de la corteza en la zona de peligro aumenta bruscamente y cambia de dirección γ: finalmente se rompe, liberando una gran cantidad de energía; forma de rebote elástico, con mayor amplitud y dirección opuesta. La Figura 6-4 es un diagrama esquemático de sus cambios anormales de terreno.

Figura 6-4 Diagrama esquemático de cambios anormales del terreno

La medición de la deformación topográfica generalmente utiliza geodesia, incluida la triangulación y la nivelación. Sin embargo, la geodesia sólo puede detectar la deformación α y no es adecuada para monitorear la deformación β. El tiempo de deformación β es corto y cambia rápidamente, por lo que sólo el registro continuo puede ser efectivo. Debido a que la deformación β es una etapa anormal inminente de un terremoto en la que la acumulación de deformación elástica cambia de un proceso estable a un proceso inestable, es particularmente llamativo.

Ejemplos internacionalmente reconocidos del uso de cambios de terreno para la predicción de terremotos o precursores de terremotos incluyen el terremoto de Niigata de 1964 en Japón (M=7,5) y el terremoto de Tashkent en la Unión Soviética (M=6). Algunas personas creen que antes del terremoto de Haicheng, los datos de deformación de nivel corto de la Plataforma Jinxian lo mostraban hasta cierto punto.

(7) Pronóstico basado en cambios geomagnéticos y geoeléctricos.

La predicción geomagnética ha atraído a muchos geofísicos y profesionales de la predicción de terremotos porque tiene una base científica confiable (efecto piezomagnético) e instrumentos de medición precisos (teóricamente un campo magnético adicional generado por la compresión de la roca en el área de origen hasta 5 nT). mientras que el instrumento puede medir 10-1 ~ 10-3 nt). Durante un tiempo hubo muchos investigadores, pero no se obtuvieron los resultados esperados. La más famosa es la medición geomagnética con una precisión de 10-3 nt realizada por Branna en los Estados Unidos en una base experimental de 120 kilómetros de largo en la falla de San Andrés. Durante la prueba, se produjeron muchos terremotos (máximo M = 4) dentro y alrededor del área de prueba, pero no se encontraron cambios esperados en el campo geomagnético.

En 1980, basándose en cálculos de modelos y algunos ejemplos de terremotos, Qi, mi país, propuso el concepto de que la medición de componentes es equivalente a puntos de medición espacialmente densos, y propuso y demostró la eficacia de la medición de la intensidad total en observaciones sismomagnéticas. Bajo la dirección de esta idea, se ha desplegado una red de medición móvil centrada en la observación de la intensidad total en zonas clave de terremotos en mi país.

Porque el efecto piezoeléctrico y el efecto piezomagnético de las rocas son igualmente evidentes. Para medir los cambios de resistividad de las rocas subterráneas, muchos países han establecido una gran cantidad de estaciones de observación geoeléctrica y han obtenido algunos datos. Algunas personas piensan que la luz del suelo también es causada por el efecto piezoeléctrico. Las luces terrestres son llamas inusuales que aparecen en el cielo local durante los terremotos. Existen muchos registros históricos y observaciones actuales sobre la luz de la Tierra. Por ejemplo, antes del terremoto de 1975 en Haicheng, Liaoning, los residentes locales generalmente veían luces en el suelo de varios colores en una amplia gama. Dado que la relación intrínseca entre geoluminiscencia y sismoelectricidad aún no está clara, actualmente resulta difícil introducir prácticas de previsión.

(8) Previsión basada en cambios en los niveles freáticos y radón en las aguas subterráneas.

Como se mencionó anteriormente, el contenido de agua en la fuente del terremoto es una condición material importante para la ocurrencia de terremotos, y el radón radiactivo en el agua es un indicador importante para distinguir el área de la fuente media del área general. medio.

Para la predicción de terremotos, mi país ha llevado a cabo observaciones e investigaciones sistemáticas sobre los niveles de agua subterránea, que es una parte importante de la red grupal de medición y prevención para monitorear anomalías sísmicas inminentes. Generalmente se piensa que los cambios en los niveles de las aguas subterráneas son causados ​​por la deformación de la corteza terrestre. Sin embargo, las estaciones, el clima, el riego, etc. También provoca cambios en el nivel del agua, por lo que todavía es difícil distinguir la interferencia de la información sísmica. En algunas zonas, se seleccionan algunos pozos especiales sensibles a los terremotos como "ventanas sísmicas" para un registro automático continuo.

La medición e investigación del radón de las aguas subterráneas en China se lleva a cabo como parte de la hidrogeoquímica. Además del radón radiactivo, también hay una variedad de iones (iones nitrato, iones cloruro, etc.) que pueden usarse como precursores de terremotos para participar en la predicción. Y se descubrió que para los grandes terremotos con una magnitud superior a 7 (como el terremoto de Tangshan), estas reacciones precursoras de hidratación no se mueven hacia afuera desde el epicentro, sino que tienen la característica de moverse desde la periferia hacia el epicentro. La Unión Soviética realizó un debate detallado sobre la relación entre el radón de las aguas subterráneas (especialmente el radón de los manantiales de pozos profundos) y los terremotos. La Figura 6-5 es el registro del contenido de radón del agua de manantial obtenido por el Sanatorio de Tashkent (unidad: Bq/m3). Los cambios en componentes químicos como el radón en el agua son causados ​​por la migración de gases en los acuíferos provocada por la deformación de la corteza terrestre.

Figura 6-5 Curva variable en el tiempo del contenido de radón del agua subterránea en el sanatorio de Tashkent en la Unión Soviética

(9) Predicción integral

Los elementos anteriores son individuales predicciones, y cuando se combinan son más favorables. La Tabla 6-2 proporciona una tabla completa de anomalías precursoras de terremotos inminentes. Con base en la escala de tiempo y el rango de control de varias reacciones precursoras, la confiabilidad de los datos y su desarrollo en el proceso físico de origen, generalmente se llevan a cabo pronósticos integrales de terremotos inminentes y de mediano a largo plazo, como se muestra en la Figura 6. 6. Entre ellos, el análisis de la situación sísmica se basa en la actividad sísmica obtenida por el sistema de medición sísmica, que puede dar la tendencia general del cambio. Inspirándose en este signo maestro, se llevó a cabo una comparación en profundidad de los campos geofísicos en zonas y períodos de peligro. Cuando un terremoto no es inminente, utilice una gama más amplia de datos de deformación del terreno y datos de antecedentes estructurales geológicos para analizar áreas peligrosas y estimar magnitudes. Cuando se acerca un terremoto, es necesario no sólo seguir monitoreando los precursores del terremoto y los cambios del campo geofísico en puntos de observación profesionales, sino también prestar atención a los fenómenos macroscópicos (como anomalías animales, niveles de agua de pozos y cambios de radón en el agua, etc.) En los puntos de observación grupal, los fenómenos macroscópicos son más evidentes en este momento y la concentración para determinar la zona de peligro del epicentro. En todo el análisis de pronóstico también se debe considerar la influencia de factores astronómicos y meteorológicos.

Tabla 6-2 Tabla completa de varias anomalías precursoras

Cabe enfatizar que la predicción de terremotos es una predicción de desastres probabilística, empírica e integral. Lo opuesto a la probabilidad es la certeza. Debido a que la ocurrencia de terremotos es un evento probabilístico determinado por múltiples factores, es imposible dar una predicción única y cierta como ocurre con los fenómenos astronómicos (como los eclipses solares y lunares), sólo la posibilidad de que se produzcan terremotos. Es una predicción teórica o modelada a diferencia de la experiencia. El éxito de la predicción del terremoto de Haicheng en China depende en gran medida de la experiencia del terremoto de Xingtai, mientras que el éxito de la predicción del terremoto de Sichuan Songpan depende en cierta medida de la experiencia del terremoto de Haicheng. Debido a que el tipo de terremoto en Tangshan es diferente al de Xingtai y Haicheng, no hay experiencia de la que sacar provecho, por lo que no se informó lo suficiente. En este caso, la gente tiende a llegar al extremo de ignorar la experiencia y confiar unilateralmente en la teoría. Esto también causará un grave impacto social. Un contraejemplo es que en 1980, Brady en los Estados Unidos proporcionó una relación proporcional entre las microrupturas experimentales y las fallas reales basándose en la ley de similitud basada en fotografías infrarrojas continuas del proceso de fractura de la roca en el laboratorio, y la aplicó a los terremotos. predicciones en Perú y otras partes de América del Sur. Se prevé un terremoto de magnitud 8 para agosto de 1981. El terremoto no se produjo, pero provocó "pánico público y caos social". Por lo tanto, ser demasiado simple en teoría y demasiado unilateral en la experiencia tendrá graves consecuencias sociales. En este caso, los principios de previsión adoptados deben ser integrales. La síntesis mencionada aquí incluye no sólo la síntesis de varios medios, sino también la síntesis de la experiencia y la teoría.

Figura 6-6 Diagrama de flujo de predicción completo

Solo hay dos predicciones exitosas de importancia científica reconocidas internacionalmente: el terremoto de Haicheng en China M = 1975 y el terremoto de Pamir en la Unión Soviética M=1981. Obviamente, la tasa actual de éxito de la predicción de terremotos en el mundo es muy baja, y estas dos predicciones exitosas fueron todas accidentales. En otras palabras, no ha habido avances sustanciales en la comprensión de la naturaleza de los terremotos y todavía estamos en la etapa de desarrollo de acumulación de datos y experiencia.