0 引言

近年来，中国与周边国家及地区多次发生7级以上破坏性大震，造成重大财产损失和人员伤亡。如:1976年7月28日中国唐山7.8级大地震，罹难者人数超过24万人；2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生9.3级巨震并引发海啸，波及多个国家，造成20多万人死亡或失踪；2008年5月12日中国汶川8.0级大地震，伤亡人数达12万，直接经济损失超8 400亿元；2011年3月11日日本宫城县以东太平洋海域发生8.8级大地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失，近2万人遇难。强烈地震及巨震造成的社会影响较大，为此需做好地震预报及防震减灾工作，然而准确预报地震在世界范围内都具有相当难度。

据统计，地球上80%的地震发生在环太平洋地震带、欧亚地震带和海岭地震带，全球大地震相对集中在欧亚板块东南部及边缘地带（滕吉文，2009）。中国位于欧亚地震带与环太平洋地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块挤压，板块运动不断发展，断裂带发育完全，地震活动频发，自1900年以来，中国6级以上地震已发生800余次。进入21世纪以来，强震及巨震频发，表明全球已经进入强震活跃期。由于地球内部介质不同，其结构非均匀性，地震的非频发性以及孕育过程各不相同，其震源区介质以及周边在应力作用下破裂过程复杂多变，呈现出的信息复杂多样且地震前兆信息不具有显著性，成功提取有效的地震前兆信息比较困难，难以对地震进行准确预测。由于震源区的介质和结构不均匀，物质能量相互转换，物质结构和组成重新调整和变异，具有不均匀性和各向异性。采用精确观测，保证信息的高分辨率，提取有效信息，对地壳介质和结构的环境进行预测具有必要性。

1 震源区介质破裂

地震按震源深度分为浅源地震、中源地震和深源地震。一般震源深度小于60 km的地震为浅源地震。相同震级的地震，浅源地震发生的破坏力一般较大。由于震源区的介质和结构不均匀，物质能量相互转换，受到应力作用，物质结构重新调整，具有不均匀性和各向异性。采用精确观测，保证信息高分辨率，提取有效信息，对地壳介质和结构的环境进行预测具有必要性。

1.1 多普勒效应

多普勒效应指出，观测者和波源两者相对运动时, 波在波源移向观察者时频率变高, 而在波源远离观察者时频率变低，观测者接受到的波的频率会发生变化和波源发来的频率不同。多普勒效应被广泛应用于多个学科，虽然地震的多普勒效应结果改变的只是地震波频率，但由于地震波的传播是以弹性波的形式从震源向四周传播，因地球内部物质不均一，地震波传播途径复杂，导致传播速度非均速。地震波在介质中传播和震源周边区域的地点相对于介质运动，由于介质非均匀性，破裂速度非匀速，地震产生的破裂是面破裂，当地震波的振动方向与地震波传播速度的方向一致时，地震波之间的距离被压缩，造成地震波频率高、振幅加大、能量集中释放。这就是为什么“5·12”汶川8级大地震发生时，距汶川映秀镇震中约130 km的北川遭受的破坏大于距震中约46 km的都江堰市以及距震中约90 km的成都市（图 1）。以汶川地震为例，解释多普勒效应，具体原理如下:地震发生时，因为地震破裂的方向性，与破裂传播方向一致的台站所接到的波形被压缩，频率升高，振幅加强，在破裂的反方向，波形被拉张并且频率降低、振幅减小（滕吉文等，2009）。地震破裂具有一定多普勒效应，受震源周边介质结构的影响，在地震破裂走向上的地震记录分辨率高，波形清晰。

1.2 震源破裂过程

国内外比较重视地震破裂理论，由震源区介质开始破裂到地震发生到破裂结束是地震发生和发展的整体过程（陆远忠等，1980）。介质破裂是因质点振动产生波动把能量向周围转移，且其经过的介质和结构较为复杂，而这种复杂性进而导致破裂传递的时序和速度不一致。提取初始模型并进行一定假设具有重要意义，如果震源时间函数由梯形函数构成，那么震源时间函数可以得到子事件的破裂性质。有人用非线性遗传算法进行搜索，以求得到地震发生和发展的破裂过程和方向，然而该方法过于依赖假设条件。应用非线性反演方法能够对断层的震源时间函数形状进行假定，可以得到子断层的破裂时间和滑动量（王海军等，1998）。在给定一破裂范围条件下，应用单侧破裂或双侧破裂进行反演，计算结果具有一定差异，如果破裂长度不够大，那么会限制破裂过程沿断层不同方向的延伸，对破裂外侧难以取得相关信息，给未来余震的认识和预测带来影响；如果破裂长度符合标准，不仅能够得到破裂响应，还能对外侧信息进行提取。

1.3 震源破裂反演

震源破裂反演的约束条件包括地壳的精细结构、天然地震记录资料的可信度、地震资料、震源区和周围介质的物理属性。另外，必须充分认识:①地震孕育、发生和发展的物理过程，包括震源区和周围地域的介质属性和结构；②地震发生是震源深处介质的破裂响应，其时序、速度、方向和辐射空间与地震发生的强度和空间环境相关；③地震震源破裂的反演结果还不具备精确性，只是一个近似值。

2 强烈地震破裂响应

地震在孕育、发生和发展过程中，受到震源局部区域应力作用和应力增强集中的影响，产生破裂，并随着时间推移随之增强，直至地震发生。

在全球范围内，由于地壳内部受到应力作用，岩石层快速破裂、错动、震动，地震波沿着地下或地表产生一定方向性的巨型断裂延伸，破裂长度可能会波及很长一段距离。在垂直方向上可能把能量冲向地面，向四周蔓延，导致房屋、建筑损坏。具有代表性的强烈地震有:1997年新疆伽师强震震群、2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震、2001年印度古杰拉特7.8级地震、2003年中俄蒙边界7.9级地震、2004年12月26日苏门答腊岛西近海8.9级大地震、2005年10月巴基斯坦克什米尔7.6级地震、2008年5月12日中国四川汶川8.0级地震。

2001年11月14日发生在昆仑山口西的8.1级地震，是1950年以来中国内陆发生的第2大震级地震(1950年8月15日西藏墨脱8.6级地震震级最大），震中区域海拔约6 866 m。地震造成地表破裂带全长约426 km，宽数米至数百米，总体走向90°—110°，具有明显的破裂分段特征（陈杰等，2003；陈学忠，2005）。由于震中位于高海拔区域，人迹罕至，未造成人员伤亡，地震造成的各种地表破裂现象保存完整，为研究地震成因及青藏高原板块运动提供了珍贵资料。

2008年汶川地震发生后，经众多科学家研究证实，对汶川地震破裂及过程和时序具有共同认识，即:汶川地震主震源沿龙门山断裂进行破裂，长度300 km，破裂产生的能量向四周波及，沿破裂带具有空区；震源机制走向约200°，呈WN向；主要从主震震中EW方向破裂，能量释放时间70 s，破裂持续时间120 s（何宏林等，2008；徐锡伟等，2008；李勇等，2009）。

3 地震破裂及预测可能途径

地震在震源处形成微小破裂后形成破裂链，之后传至地表，形成连接地下和地表的破裂体系。因为震源与由震源到达地表的介质和结构存在速度各向异性，导致地震波能量积累、破裂速度和破裂方向有一定制约。

3.1 介质破裂效应

1959年后中国对四川威远开展系统的地质和地震调查工作，1975年在威远油气田地球物理测井工作中，发现井下仪器受到干扰，测井工作不能正常进行，排除当地人为干扰源后，井下仪器干扰依然存在，后来附近地区发生小型地震，震后井下仪器干扰消失，测井工作正常进行。井下观测仪器遭受的自然干扰现象，表明人们有可能在井下对震源区介质的微破裂进行预测。在2008年汶川8.0级地震发生前3天，西南石油公司进行油气勘察发现，地震检波器零点均向西漂移，调“零”困难。基于此，通过捕捉震源区介质破裂过程引发的地震前兆信息，人们对1975年海城7.6级强震进行了准确预报。

3.2 地震预测途径探索

微破裂和破裂链的形成，强烈地震的发生、发展必须有一个适宜的深部介质和构造环境，如果在该环境下通过力源作用对深部物质进行重新分异，那么震源区介质在受力作用后可以让物质和能量进行强烈交换，促使介质在开始破裂过程中形成一套破裂链，若破裂效应不断辐射或扩散，就会有强烈地震发生。地震预测是地震学家的天职，通过地质学方法、统计学方法、地震前兆预测方法、测震学预测方法等手段，一起对已发生的地震进行研究，发现其中相关规律，触摸震源区介质与结构的物理力学属性脉搏，通过深井破裂观测，捕捉震源区介质破裂效应，可以作为地震预测的一个重要途径。

4 结束语

由于强烈地震在孕育、发生和发展进程中必须经过时间积累和能量堆积，震源处形成微小破裂，形成破裂链传导至地表，在地表造成强烈破裂。通过了解强震震源区的破裂过程，提取初始模型并进行推算反演，加入必要约束条件，可得到较为精确的结果。对震源区与周围介质的破裂效应进行深入了解，提取有效的震前信息，可对地震进行有效预报。