论文部分内容阅读
彭华至今仍对5年前发生的那一幕历历在目。2008年5月12日下午3时许，北京地质力学研究所办公楼，长期从事地应力监测研究的他在获悉四川汶川发生地震时，立刻冲向楼下的地应力监测实验室。
打开服务器，彭华屏住了呼吸。
几乎在地震发生的同时，电脑屏幕上的地应力监测曲线发生突跳，连续多日保持在164万个应变单位附近的固体潮曲线突然在地震发生时在1分零8秒大幅探底至50万个应变单位，又在12秒内瞬间又升至167万个应变单位，曲线图上这一突跳显得突兀与剧烈。此后经过四五个小时，曲线才趋于恢复正常。
而且此前一天也出现多次应变突跳，不过没有12日当天的变化幅度那么明显。
这是在距离汶川840多公里的甘肃酒泉设立的地应力监测站捕获到的异常数据，监测站每隔3秒能够自动获取一组地应力监测等数据，并实时传回到北京实验室的服务器上。
根据彭华的观察，5月13日凌晨至上午10时，仍然能够观察到多次余震引起的地应力突变现象。
地震与地应力到底有何关系？
力对物体运动的影响
在接受《科学时报》记者采访时，彭华对汶川地震后获取的地应力突变数据这一事实发表看法，“虽然前一天到地震前数小时观察到这一地应力变化异常，但仍不足以判定其说明此次汶川地震的能力。毕竟这是在距离汶川800多公里以外的酒泉，而且是仅此一个监测站点获得的数据。”
对获得的这一监测成果，中国工程院院士、地球物理学家赵文津也表示进一步作出结论还需要谨慎。
时间回溯到2001年11月14日，昆仑山发生了中国大陆上最强的8.1级地震。负责青藏铁路沿线地应力监测的中国地质科学院地质力学所研究员廖椿庭，获得了人类有地震记录以来第一组震前震后的地应力数据。
2002年，当廖椿庭再次对同一地点的地应力进行测量，发现震后地应力值只有震前的1/3，同时方向也发生了偏离。根据这次监测获得的数据，廖椿庭在国际一流学术期刊《地球物理通讯》上发表了《昆仑山断裂里氏8.1级地震前后地应力的变化》，通过理论分析和模拟实验表明，地震过程与应力变化存在动力学成因联系。这项观测成果对解释昆仑山大地震机理具有重要意义，引起了国际同行专家的高度关注。
赵文津表示，昆仑山地震前后地应力变化的监测和研究成果在原地获得，更具有参考价值。但他同时认为，这两次地应力监测研究的成果表明，加强地应力监测对于发现地震前兆、预测预报地震具有重要科学意义。
监测鼻祖李四光
由中科院主管的《科学时报》首席评论员王中宇曾专门撰文解读地应力，他介绍说，地下岩层突然发生断裂，在极短时间内释放出大量的能量，产生了地面位移和错动并辐射出地震波，构造地震就是这样产生的，这叫做地震的断层成因论。多数地震学专家对此都无异议，差不多已成定论。至于断层的产生，一般都假设是由于构造运动使地球内部的切应力慢慢积累并在某些地区集中。当积累的应力超过一定的限度时，便产生了断裂。
“可见地应力是地震孕育过程中的重要因素，全面而连续地监测地应力的变化，是探讨、检验各种理论假说的基础条件，也是地震预测的基础条件。”王中宇认为。
李四光是中国地应力测量的创始人。早在20世纪40年代的时候就提出地壳以水平运动为主，水平应力起主导作用。他提出，地壳内的应力活动是以往和现今使地壳克服阻力，不断运动发展的原因；地壳各部分所发生的一切变形，包括破裂，都是地应力作用的反映；剧烈的地应力活动会引起地震。因此，“地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面，是值得予以重视的”。
1966年邢台大地震后，李四光更加重视地应力测量工作。他提出，地应力测量是实现地震预报的重要途径，主要有两个方面，一是调查研究地下发震层以上地层岩层的力学性质及破裂强度；二是抓住地应力场及其变化，并研究两者的关系。当时，将近八十高龄的李四光还亲自参加野外地应力解除试验工作，亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地应力变化曲线。
原地质部地质力学研究所在李四光指导下，立即在河北隆尧县尧山建立了压磁地应力观测站。据了解，到1976年唐山地震前后，我国共建立110个地应力观测站。这些地应力观测站，大部分是在1971年李四光逝世前所建，其余较多是在1976年唐山地震前后所建。
遗憾的是，到2006年，仅存5个还在进行地应力观测。
谜团解开走向何方
事实上，在李四光去世的很长一段时间里，地应力监测被边缘化了。
然而人们为什么放弃了李四光的研究思路？一个重要的原因是地壳的“不可入性”。中国科学院地理科学与资源研究所马廷分析说，“人们尚无法取得震源区的岩石介质的性质、破裂强度、应力状态和积累速度，以及其随时间的区域演化状态。再者，整个地壳都在运动，应力存在于地壳的每一点上，目前尚不能取得一个地区的应力图像及其随时间的变化，更无法取得更多地区的应力图像和变化，以及它们可能破裂发生地震的顺序，以及震后应力调整、重新分配的过程与状态。”
对如此大范围、大纵深的地壳，监测其内部应力变化，难度可想而知。具有破坏性的地震都发生在十几至几十公里深度的地壳内，而全球最深的钻井在前苏联的科拉半岛上，深仅12.869公里，钻了15年多。至于我国，最深的科研钻井在5～7公里间，汶川地震后正在打的科学钻井，计划深度在800米至3000米之间。至于深井的成本，世界第二深井，德国大陆超深钻井计划耗资5.28亿马克。显然，靠钻井来建立足够密集和广泛的地应力监测网，存在难以逾越的障碍。
“5·12”汶川地震后，王中宇在寻找与地震预报相关文献时发现了中国地质大学副教授、政府特殊津贴获得者游永雄的工作，被其巨大的潜力打动。游永雄提出的观点是，面对幅员辽阔而“不可入”的地壳，如果用卫星轨道摄动数据能够计算绘制其应力场和密度分布图，就等于提供了连续、大范围监测地壳深部动态的技术手段。
这一技术手段的可行性在于，卫星不受地形、气候的影响，以前很难获得数据的荒漠高山及海洋地区，均可一体监测，而且卫星观测资料空间分布均匀，观测结果具有同一性，能迅速成图，使分析人员能实时应用。此外，与其他监测方案相比，成本低廉是它极大的优势，它无需建设监测站网，无需人员值守，也无需设计、发射专用卫星。
更多的主流专家学者还是建议，希望能在更多的地方建立地应力监测站。如中国科学院院士李廷栋认为，地震会引发其他地质块体的不平衡，我们应采用地应力的手段密切监测其他重点地区，当前我国的地应力监测台站还很少，希望能在更多的地方建立地应力监测站，最终形成网络。另一位中国科学院院士肖序常提出，地应力只是地震研究中诸多方法中的一项，还需要与其他手段相结合；当前已有的各个台站的监测资料还比较分散，应加强数据的共享和集成，进行系统分析，最终形成科学的判断。
（本刊记者彭小云根据《科学时报》、《中国国土资源报》、《地理科学进展》杂志等整理）
打开服务器，彭华屏住了呼吸。
几乎在地震发生的同时，电脑屏幕上的地应力监测曲线发生突跳，连续多日保持在164万个应变单位附近的固体潮曲线突然在地震发生时在1分零8秒大幅探底至50万个应变单位，又在12秒内瞬间又升至167万个应变单位，曲线图上这一突跳显得突兀与剧烈。此后经过四五个小时，曲线才趋于恢复正常。
而且此前一天也出现多次应变突跳，不过没有12日当天的变化幅度那么明显。
这是在距离汶川840多公里的甘肃酒泉设立的地应力监测站捕获到的异常数据，监测站每隔3秒能够自动获取一组地应力监测等数据，并实时传回到北京实验室的服务器上。
根据彭华的观察，5月13日凌晨至上午10时，仍然能够观察到多次余震引起的地应力突变现象。
地震与地应力到底有何关系？
力对物体运动的影响
在接受《科学时报》记者采访时，彭华对汶川地震后获取的地应力突变数据这一事实发表看法，“虽然前一天到地震前数小时观察到这一地应力变化异常，但仍不足以判定其说明此次汶川地震的能力。毕竟这是在距离汶川800多公里以外的酒泉，而且是仅此一个监测站点获得的数据。”
对获得的这一监测成果，中国工程院院士、地球物理学家赵文津也表示进一步作出结论还需要谨慎。
时间回溯到2001年11月14日，昆仑山发生了中国大陆上最强的8.1级地震。负责青藏铁路沿线地应力监测的中国地质科学院地质力学所研究员廖椿庭，获得了人类有地震记录以来第一组震前震后的地应力数据。
2002年，当廖椿庭再次对同一地点的地应力进行测量，发现震后地应力值只有震前的1/3，同时方向也发生了偏离。根据这次监测获得的数据，廖椿庭在国际一流学术期刊《地球物理通讯》上发表了《昆仑山断裂里氏8.1级地震前后地应力的变化》，通过理论分析和模拟实验表明，地震过程与应力变化存在动力学成因联系。这项观测成果对解释昆仑山大地震机理具有重要意义，引起了国际同行专家的高度关注。
赵文津表示，昆仑山地震前后地应力变化的监测和研究成果在原地获得，更具有参考价值。但他同时认为，这两次地应力监测研究的成果表明，加强地应力监测对于发现地震前兆、预测预报地震具有重要科学意义。
监测鼻祖李四光
由中科院主管的《科学时报》首席评论员王中宇曾专门撰文解读地应力，他介绍说，地下岩层突然发生断裂，在极短时间内释放出大量的能量，产生了地面位移和错动并辐射出地震波，构造地震就是这样产生的，这叫做地震的断层成因论。多数地震学专家对此都无异议，差不多已成定论。至于断层的产生，一般都假设是由于构造运动使地球内部的切应力慢慢积累并在某些地区集中。当积累的应力超过一定的限度时，便产生了断裂。
“可见地应力是地震孕育过程中的重要因素，全面而连续地监测地应力的变化，是探讨、检验各种理论假说的基础条件，也是地震预测的基础条件。”王中宇认为。
李四光是中国地应力测量的创始人。早在20世纪40年代的时候就提出地壳以水平运动为主，水平应力起主导作用。他提出，地壳内的应力活动是以往和现今使地壳克服阻力，不断运动发展的原因；地壳各部分所发生的一切变形，包括破裂，都是地应力作用的反映；剧烈的地应力活动会引起地震。因此，“地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面，是值得予以重视的”。
1966年邢台大地震后，李四光更加重视地应力测量工作。他提出，地应力测量是实现地震预报的重要途径，主要有两个方面，一是调查研究地下发震层以上地层岩层的力学性质及破裂强度；二是抓住地应力场及其变化，并研究两者的关系。当时，将近八十高龄的李四光还亲自参加野外地应力解除试验工作，亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地应力变化曲线。
原地质部地质力学研究所在李四光指导下，立即在河北隆尧县尧山建立了压磁地应力观测站。据了解，到1976年唐山地震前后，我国共建立110个地应力观测站。这些地应力观测站，大部分是在1971年李四光逝世前所建，其余较多是在1976年唐山地震前后所建。
遗憾的是，到2006年，仅存5个还在进行地应力观测。
谜团解开走向何方
事实上，在李四光去世的很长一段时间里，地应力监测被边缘化了。
然而人们为什么放弃了李四光的研究思路？一个重要的原因是地壳的“不可入性”。中国科学院地理科学与资源研究所马廷分析说，“人们尚无法取得震源区的岩石介质的性质、破裂强度、应力状态和积累速度，以及其随时间的区域演化状态。再者，整个地壳都在运动，应力存在于地壳的每一点上，目前尚不能取得一个地区的应力图像及其随时间的变化，更无法取得更多地区的应力图像和变化，以及它们可能破裂发生地震的顺序，以及震后应力调整、重新分配的过程与状态。”
对如此大范围、大纵深的地壳，监测其内部应力变化，难度可想而知。具有破坏性的地震都发生在十几至几十公里深度的地壳内，而全球最深的钻井在前苏联的科拉半岛上，深仅12.869公里，钻了15年多。至于我国，最深的科研钻井在5～7公里间，汶川地震后正在打的科学钻井，计划深度在800米至3000米之间。至于深井的成本，世界第二深井，德国大陆超深钻井计划耗资5.28亿马克。显然，靠钻井来建立足够密集和广泛的地应力监测网，存在难以逾越的障碍。
“5·12”汶川地震后，王中宇在寻找与地震预报相关文献时发现了中国地质大学副教授、政府特殊津贴获得者游永雄的工作，被其巨大的潜力打动。游永雄提出的观点是，面对幅员辽阔而“不可入”的地壳，如果用卫星轨道摄动数据能够计算绘制其应力场和密度分布图，就等于提供了连续、大范围监测地壳深部动态的技术手段。
这一技术手段的可行性在于，卫星不受地形、气候的影响，以前很难获得数据的荒漠高山及海洋地区，均可一体监测，而且卫星观测资料空间分布均匀，观测结果具有同一性，能迅速成图，使分析人员能实时应用。此外，与其他监测方案相比，成本低廉是它极大的优势，它无需建设监测站网，无需人员值守，也无需设计、发射专用卫星。
更多的主流专家学者还是建议，希望能在更多的地方建立地应力监测站。如中国科学院院士李廷栋认为，地震会引发其他地质块体的不平衡，我们应采用地应力的手段密切监测其他重点地区，当前我国的地应力监测台站还很少，希望能在更多的地方建立地应力监测站，最终形成网络。另一位中国科学院院士肖序常提出，地应力只是地震研究中诸多方法中的一项，还需要与其他手段相结合；当前已有的各个台站的监测资料还比较分散，应加强数据的共享和集成，进行系统分析，最终形成科学的判断。
（本刊记者彭小云根据《科学时报》、《中国国土资源报》、《地理科学进展》杂志等整理）