主要工作部署

总纲已经叙述了主要工作内容,下面将选择重点问题,加以较为详细的分析讨论。

(一)地震地质与地震预报试验基地的建设

其主要目标为了突破地震预报难关。计划首先在中国大陆西部,包括中部南北向地震构造带,先建6个地震预报试验基地;若干年后东部大陆进入地震活跃期,再增建相关试验基地,在大陆大震预报取得突破以后,再到台湾开展大震预报研究和综合监测。

1.大震预测预报的基本研究思路

李四光教授在地震地质研究地震预测预报工作中,明确指出主要回答两个问题6[]:

(1)哪里有活构造带?它是怎样活动的?

其内容包括:查明活动构造带的所在;追索它伸展的方向和范围;测定活动构造带活动程度和频度;鉴定活动构造带的性质;尽可能找出和一个活动带有密切联系的其他构造带。

(2)构造带的活动是怎样引起地震的?

震源在活动构造带中“流窜”,大致在某一点或某几点活动,即把带中某些具有特殊构造形式的部位,专作可以发震的危险地点看待。

结合李四光晚年在1966年邢台地震以后,抓地震预报的经历,我们回顾总结,可以概括地震地质工作预测预报大地震,应该先找到大震活动的活动构造带;再通过测量的方法手段确定带内的危险地段位置;然后按照岩石力学与构造应力场的研究方法步骤布控监测台站网络,监控构造应力、能量集中的发展演化过程,达到预报大震的目标。大致按照三步走的顺序,实现大震的预报,具体如下:

第一步进行中近期地震地质分析研究,对大震在活动构造带内的迁移发展趋势进行预测。

第二步进行地震地质的构造背景的地质勘探、深部构造的钻探,以及构造现今活动规律研究,在查明发震构造体系与控震构造基础上,确定大震危险地点位置。

第三步按照岩石力学构造应力场的思路方法,以大震危险地点位置为中心,布设构造应力综合监测台站网络,实时监测地应力、能量的积累集中发展全过程,充分掌握发震时机,及时准确地进行地震危险性三要素(地点、震级、时间)的会商讨论,及时向上级汇报,由国家相关部门发布大震预报。

2.大地震的构造应力场是附加区域性构造应力场

这里讨论大地震的构造应力场是一个独立的完整的区域性构造应力场,它可叠加(或附加)在全球构造应力场之上,它本身有其独立完整性,有着自己的发展形成过程,即在地壳运动过程中,在活动构造带中某些具有特殊构造形式的部位,由孕震(构造应力和能量集中)开始,到不断积累加速集中到走向成熟(形成),然后达到所在部位(震源)的构造和岩石不能承受的应力强度而突然释放构造应力和能量,即发生大震,引起地壳强烈震动,地动山摇、喷沙冒水等,随后持续多年的继续释放应力和能量,不断出现余震,这时已进入震后调整阶段。可以清楚划分出:震前积累阶段、震时爆发阶段和震后调整阶段,这是一个震前地应力、能量集中积累—发震释放—震后调整的完整过程。也是大震的孕育、形成、发震、调整的全过程和大震附加区域构造应力场发展深化的全过程,是地壳运动过程中发生在局部区域的大震事件(图8-1)^[1-6,18]。

图8-1 构造应力场的附加和叠加关系示意图

3.云南昆明-楚雄大地震近期趋势性预测和分析

(1)近年地震的迁移

2008年四川汶川8级地震发生在中国中部南北向地震带中段,即北东向华夏系龙门山活动断裂带,经过前面章节的论述,判定震后7级大震将沿着南北向地震构造带,分别向南、北两端迁移。

上述大震预测意见,在2008年5月四川汶川大震后,已经在2008年10月北京召开的“李四光地质科学奖基金会,全国地震座谈讨论会”上交流讨论,现在又经过几年多时间的检验,情况如下:

①2008年8月31日,四川攀枝花市仁和区与会理交界处,发生6.1级地震。

②2009年7月9日,云南楚雄州、姚安县发生6级地震,震源深度10km。

③2009年11月3日,云南大理宾川县发生5级地震,震源深10km。

④2010年2月25日,云南楚雄、禄丰与元谋交界发生5.1级地震,震源深16km。

通过两个6级地震依次经四川攀枝花市,往南达云南大理连续迁移,到达云南昆明市西侧,表明中国中部南北向地震构造带,在2008年汶川大震以后,该带南段现今仍在活动,强震迁移直指昆明市附近,且近年来4～5级地震也在该区域活动,这些地震活动迹象均一致表明昆明附近区域,在近期发生7级大震的危险性也增加了。因此选作捕捉大地震预报试验基地场址,也是比较合适的(图8-2)^[23]。

图8-2 中国南北向地震构造带大震迁移趋势分析图及中国大陆≥7级地震中近期主要危险地段

(2)历史地震的基本规律

从云南省历史地震与主要断裂分布关系看(图8-3),南北向(经向)构造控制了许多历史大震,其南部“三江”地区大震主要受北西向弧形主干断裂控制。

现在选择昆明-楚雄附近,部分历史地震考古资料摘录如下^[24]:

①1680年9月9日 云南楚雄地震,震级A震,中烈度Ⅸ(图8-4)。

②1696年7月7日 云南昆明地震,震级A震,中烈度Ⅶ(图8-5)。

③1773年2月26日 云南寻甸地震,震级A震,中烈度Ⅸ(图8-6)。

④1725年1月8日 云南嵩明、宜良地震,震级A,震中烈度Ⅸ(图8-7)。

⑤1733年8月2日 云南会泽西南地震,震级A,震中烈度Ⅹ。

⑥1750年9月15日 云南澄江地震,震级A,震中烈度Ⅷ(图8-8)。

图8-3 云南昆明—楚雄地震预报三个层圈控制范围略图

⑦1763年12月30日 云南江川附近地震,震级A,震中烈度Ⅷ(图8-9)。

⑧1789年6月7日 云南华宁、通海地震,震级7,震中烈度Ⅸ(图8-10)。

⑨1833年9月6日 云南嵩明、杨林地震,震级8,震中烈度Ⅺ。

⑩1887年12月16日 云南石屏东南地震,震级7,震中烈度Ⅸ(图8-11)。

(11)1909年5月11日 云南弥勒西南地震,震级A,震中烈度Ⅷ(图8-12。)

图8-4 云南楚雄历史地震^[24]

图8-5 云南昆明历史地震^[24]

图8-6 云南寻甸州历史地震^[24]

图8-7 云南嵩明、宜良间历史地震^[24]

图8-8 云南澄江历史地震^[24]

图8-9 云南通海、江川历史地震^[24]

图8-10 云南华宁、通海历史地震^[24]

通过上述历史地震资料分析,可以看出:

●云南昆明-楚雄附近是地震多发地区,历史大、中地震连续不断,属于地震危险地区。

●历史地震烈度等震线长轴方向大都近南北向,表明发震构造可能属南北向构造发震。

4.云南昆明-楚雄大震危险区的地震地质调查与勘探研究

(1)主要目标是查明发震活动构造体系,发震构造很可能就是南北向活动构造带(即中部经向构造带);同时查明控震构造。后者往往“锁住”前者,使之不能“自由”移动,导致地应力、能量在“锁住”部位高度集中,也可能就是未来发生大震的震源,投影在地表就是震中位置。因此地震地质调查与勘探的主要目标就是在落实未来可能发生大震的极震区,围绕它进行布控地震预报台站网络。

(2)地震地质勘探不仅要查清地表及隐伏的地质构造,还应该进一步追查深部地质构造,即地壳深处发震的构造背景,就是地震源区附近的地质构造尽可能搞清楚,主要通过地球物理探测与分析,并由深钻进行验证。

图8-11 云南石屏东南历史地震^[24]

图8-12 云南弥勒、西南历史地震^[24]

5.昆明-楚雄大震危险区的现今构造活动体系及岩石力学与构造应力场研究

在布控中部南北地震构造带昆明段的同时,在北部西昌附近、中部攀枝花市附近以及南部通海附近布设东西向监控地应力综合测量台网剖面,监控其现今活动情况,以便与昆明-楚雄东西向剖面台网对比,在为地震预报提供对比信息的基础上,再研究昆明-楚雄附近大震危险区的问题(见图8-3)。

知道发震构造与控震构造以后,关键是它们的现今活动性,如果不活动就可能不发生大震,如果不能尽快形成地应力,能量高度集中,也不可能很快发生大震,因此,研究岩石力学与构造应力场的规律和发展演化就成为首要任务了,同时监测预报地震的台站部署也需要在研究场的基础上,主要是在场的“敏感”和“窗口”地点部署收效更好。

现今构造活动与构造现今应力场的研究,应该分三个层圈进行(见图8-3):

(1)小比例尺研究,地震地质研究与分析,一般是批1:100万省、区大范围的广大区域性现今构造活动轮廓与现今构造应力场的研究,主要收集资料编图为主,目标抓住主要活动构造体系的运动特征和基本规律。

把昆明-楚雄放在图幅中心,编制云南及邻区1:100万现今活动构造体系与地震关系图。分别以昆明-楚雄为圆心,300km为半径的范围内,收集区域地质构造图、构造体系与构造纲要图、历史地震目录及震中分布图、历史大震考古烈度分布图、地震序列变化图、震源机制解、区域地应力测量资料、区域GPS形变资料、区域断层位移测量资料、区域地热温泉目录及分布图、煤瓦斯突出与岩爆目录和分布图等相关资料进行综合编图。收集大地水准测量复测资料,编制区域地壳现今构造形变图(图8-13,图8-14)。

(2)中比例尺(1:20万)区域地震地质研究。范围分别以昆明、楚雄为中心,200km为半径,进行1:20万或1:25万地质构造与构造体系编图,目标查明区域地震地质活动规律及发震构造体系和控震构造的现今活动规律。

在收集资料的基础上,进行实地调查及初步地质勘探工作,查清地质构造主体轮廓特征,结合深部探测,初步查清探部地质构造概况。分析研究历史大震的发震规律。

在收集地应力、地形变、断层位移、震源机制、历史地震与各种内动地质灾害资料的基础上,进行区域性地应力深孔测量,了解地应力在平面及深部变化情况,并部署区域地形变、GPS、断层位移监测基准台站,分析区域主要构造体系的现今活动规律。配合模拟实验,进行构造应力场系列编图。

(3)大比例尺(1:5万)区域地震地质研究。范围分别以昆明、楚雄为中心,100km为半径,编制地震地质图,包括以主要构造体系、发展构造、控震构造均需物探、钻探、槽探等手段进行勘查,查明深部构造。

进行深孔构造应力测量,配合三维构造模拟实验,编制三维构造应力场研究成果图;并运用流动位移测量资料进行现今断层位移场模拟与分析,编制现今构造地形变图;编制三维构造应力场综合图,探讨发震震源地点、位置、深度,评估发震震级及可能影响的地面烈度与分布范围(包括发震构造体系的高烈度分布区),评估大余震位置及烈度分布,评价破坏损害程度,为防灾减灾提供资料。

发震时间成为下一步的研究焦点,关键在于部署监测台站网络,完成大比例尺大地震地质图的系列编图工作。

图8-13 新近区域构造活动综合分析实例

7.地震地质与地震预报会商讨论会的组织机构建立与工作日程制度的制定

8.减灾、防灾机制的建立与群测群防工作的开展,与地方政府的沟通渠道的建立,以及向国家汇报地震预报的渠道建立

9.地震预报试验基地的建设

除了云南昆明-楚雄地震预报试验基地的建设以外,还必须再建几个试验基地:甘肃天水-宁夏银川预选基地、新疆喀什预选基地、青藏反“S”型预选基地。并分别进行中近期大震活动趋势预测论证、地震地质分析讨论、野外现场踏勘、岩石力学与构造应力场初步分析等,落实实验基地的选址工作。

应该提醒大家,地震预报是一项十分艰难的任务,地震构造应力场的发震类型也是多种多样的,取得一次成功以后,要取得共识也是十分艰难的事情。因此必须每次都成功,并有系统充分的科学资料证明实践是成功的,只有这样才有可能取得大家的共识。例如1975年海城大震的预报就是一个实例,用小震报大震很成功;可1976年唐山地震,第二次运用“小震报大震”就不灵了^[18-23]!

(二)对城市群及重要经济区“安全岛”理论实践的应用——区域地壳稳定性综合评研究设想与安排

中国东部大陆三大城市群与重要经济区,即香港-广州珠三角经济区、上海-南京-杭州长三角经济区、京津-沈阳环渤海经济区等,在经济规划合理建设中都需要“安全岛”理论——区域稳定性综合评价研究成果的指导。下面将以长三角经济为例进行探索讨论^[1-6]。

1.指导思想与综合评价思路

过去曾经将“安全岛”理论——区域稳定性综合评价研究称作区域地壳稳定性评价研究,实质是强调构造稳定性评价为主体,重点放在地震灾害问题研究与设防方面,而介质稳定性评价研究(岩体稳定性与土体稳定性评价研究)与地面稳定性评研究实质是处于次要地位。现在采取先进行调查研究,以区内存在问题为研究重点对象,依次在评价研究中解决问题。构造稳定性评价中全面讨论各种内动地质灾害及其相关问题。总之,尽可能扩大研究内容范围,达到既实用又解决问题的原则方针,直到完成合理规划建设为止。

采用地震地质和岩石力学与构造应力场的思路,以解决各种地质灾害为指导思想,经过地质普查、详查和勘探工作程序,按照小、中、大比例尺评价研究顺序,对区内存在的各种主要问题均给出具体结论,直至完成合理规划建设图,并定量化综合评价及编写报告。

洪水灾害与环境问题过去重视不足,以后应予以足够的深化研讨,提出解决问题的确切措施等。

2.地震地质与构造稳定性评价研究

长三角经济区具有Ⅷ度地震烈度背景,但该区房屋建筑一般设防烈度偏低,甚至不设防。因此通过区内地震地质调查和勘探研究,在查清发震构造体系以及历史6级左右发震构造背景的基础上,分析今后可能达到Ⅷ度的烈度区的具体分布范围,对重点工程、人群聚集的城镇、交通要道、工业园区确定地震烈度,同时研究其他内动力灾害活动的可能性,以保证安全建设、安居乐业。

在岩石力学与构造应力场研究的基础上,结合深、新、活的探测研究,实现三维场的模型化,结合历史地震发展序列研究完成四维规律研究,并部署一定数量的地应力、地形变、断层位移综合监测台站网进行连续监测,对中等地震进行监测,以防大地震突然来袭。

3.不同地震地质评价研究比例尺的使用与部署

(1)全区进行1:100万小比例尺地震地质编图。

(2)重点区域进行1:20万中比例尺地震地质调查和勘探验证研究。

(3)关键地区进行1:5万大比例尺地震地质勘探落实研究和定量化评价。编制城市、工业布局、交通、生命线工程、核电工程、环境地质详细规划与合理开发利用土地。

4.环境地质规划研究

区内除内动力地质灾害以外,环境污染,洪水、海水地下倒灌,地面沉降等诸多问题,以及部分地区土体稳定性等都应该作为研究目标,特别是具有危险性的化工基地选址要考虑环境污染等问题。

5.长三角经济区总体合理调整布局

应从长期持续发展与安全并重的思路出发,同时对区内可能的矿产开发,也需要做出具体评价,对相邻海域的研究评价工作也需列入研究日程。总之,全面规划、综合评价研究、实时监测研究等都是长三角经济区研究的重点。

区域地壳稳定性量化评价已经总结积累了一些经验,在此基础上,必须扩大服务范围,全面落实各方面的技术服务。

(三)建立国际交流开放地应力测量研究中心

关于建立国际交流开放地应力测量研究中心的建议,以及地应力测量新仪器的研制和标准化问题,在本书其他相关章节已有叙述,这里就重复了^[23-24]。

(四)深孔地应力测量新的方法技术与超深钻孔(震源深度)的研究开发和实施设想方案

深孔地应力测量新的方法技术与超深钻孔(震源深度)的研究开发和实施设想方案,显然是长远规划的重点,是“入地开发研究”的支柱工程规划,具有地应力研究划时代意义,本书相关章节也作了一些论述^[1-23]。