對地震預測有關問題的看法*

陳學忠

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

對地震預測有關問題的看法*

陳學忠

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

文中對地震預測的一些問題提出了看法，認為影響地震預測的諸多因素中，最為關鍵的問題在于地震成因。利用新的觀測技術，發(fā)展新的地震成因理論，或將成為地震預測研究取得突破性進展的必經之路。

地震預測；地震成因

地震預測一直是大家關注的地震領域的焦點問題之一。2008年5月12日四川汶川8.0級地震后，地震預測再一次吸引了媒體和公眾的眼球。關于地震能不能預測的問題，在業(yè)界也爭論不休。筆者也身不由己地思索著地震預測的某些問題。

1 地震的可預測性

地震能不能預測，各人自有看法，自有道理，目前在地震界仍然沒有取得一致的認識。在醫(yī)學界，對一種疾病，在沒有搞清楚病因的情況下就斷定說這種病能治或不能治，都是輕率的。盡管大家都知道板塊構造學說和彈性回跳理論，而且深信不疑，但實際上地震成因問題并沒有解決。

“汶川地震發(fā)生之后，地質學家給出了這次地震孕育與發(fā)生原因的解釋，認為由于印巴板塊對我國大陸由南向北推擠，引起青藏高原相對華南地塊在南半部向東北，在北半部向南東位移，導致龍門山斷裂帶上應力積累的結果。這種宏觀的解釋遠遠不能回答為什么在2008年5月12日在汶川發(fā)生8.0級地震，更不能明確回答下一個地震將發(fā)生在何處、震級有多大、何時發(fā)生等地震預測的基本要素”［1］。因此這種解釋遠遠不能滿足地震預測的需求。

在地震成因問題沒有解決的情況下，不可能知道地震究竟是可以預測的還是不可以預測的。這里的預測是指物理預測，并非我們現在進行的經驗預測。物理預測是指在地震成因清楚的情況下，根據某個或某些物理量的變化與地震發(fā)生之間的關系，對地震發(fā)生進行的預測。而經驗預測是在地震成因尚不清楚的情況下，根據某些與地震關系不清楚的物理量的不同于正常動態(tài)變化的形態(tài)，與地震發(fā)生之間進行統計對應分析，或根據地震自身的活動規(guī)律進行統計分析而進行的預測。但凡與統計有關的結果，都受到統計樣本的影響，都存在統計上的偏差。根據經驗預測，有時也能成功地預測一些地震，但是成功的少，失敗的多。所以就有人用曾經成功預測過地震的例證來說明地震是可以預測的，也有人用地震預測失敗的例證來辯駁說地震是不可能預測的。實際上他們所指的是統計上的經驗預測，而非前文所指的物理預測。還有人利用某種物理模型，將地震與其類比，來說明地震是不可預測的。具有代表性的恐怕就是將地震孕育系統比作混沌系統、比作“沙堆”了。但是地震系統是混沌系統嗎？是沙堆嗎？這樣類比的前提就可能有問題，所得結論的正確性就很難說了。

一種比較能被接受的觀點是：地震是可預測的，但是很困難?！袄щy主要在以下幾個方面：地球內部的‘不可入性’、大地震的‘非頻發(fā)性’、地震物理過程的‘復雜性’”［2］。由于地球內部的“不可入性”，“我們對地震的孕育與發(fā)生環(huán)境、條件與過程了解很少，目前的地震前兆觀測絕大多數是在地殼表面與地殼表層（幾百米）范圍內進行的”［1］；由于地震物理過程的“復雜性”，我們沒有確切地了解到地震孕育與發(fā)生過程中發(fā)生了什么樣的物理化學變化并將發(fā)出什么樣的前兆異常信息［1］；由于大地震的“非頻發(fā)性”，“使我們經歷的地震太少，對地震活動規(guī)律認識不足”［1］。這些困難也反映了我們還沒有把地震成因弄清楚的事實；這些困難使得我們還有許多不清楚的問題。既然是這樣，怎么就能斷定說地震是可預測的呢？

筆者認為，目前在地震成因還不清楚的情況下，對地震是否能預測不要過早下結論，應當把主要精力用在地震成因的研究上。地震是人類面臨的嚴重自然災害之一，研究地震，進而預測地震的發(fā)生是人類與大自然斗爭的一個方面，是造福于人類的偉大工程，值得我們?yōu)橹?，為之而奮斗，為之而奉獻。盡管我們還不知道地震能否預測，但弄清楚這個問題，本身就是對人類的一大貢獻。

2 地震前兆

嚴格說來，地震前兆必須滿足兩個條件：一個是近源性；另一個是唯一性。前者是指前兆出現在震源區(qū)或其臨近區(qū)域內，后者是指前兆出現與地震發(fā)生之間的關系是唯一的、一一對應的。這樣的前兆目前尚未發(fā)現。我們目前所觀測到的異常是某個觀測量的不同于其正常動態(tài)變化的某種異常變化形態(tài)。觀測發(fā)現，在強震前這種異常變化往往不出現在震源區(qū)，而出現在遠離震源區(qū)的外圍地區(qū)，強震發(fā)生之后往往也會出現這樣的異常。我們一般把出現在震前的異常稱為地震的“場兆”，而把地震之后出現的異常稱為“震后效應”。“場兆”和“震后效應”這樣的名稱背后并沒有什么特別的物理依據，只是它們在時間上出現的遲早不同而已。如果是出現在震前，就具有“場兆”的身份，若出現在震后，就被當成“震后效應”。目前尚難區(qū)分前一次地震的“震后效應”與后一次地震的“場兆”，其原因在于“場兆”與“震后效應”沒有本質的差別，往往是“場兆”與“震后效應”相互混雜在一起，使得異常與地震之間的關系復雜化。我們將異常進行這樣的分類，完全是出于預測地震的目的，只是從時間順序上去考慮地震與異常之間的關系，并未從機理上去考慮異常出現與地震之間的關系。如果換個角度來考慮異常與地震的關系，把異常與地震看作是同一個原因（某種地球動力過程）引起的不同的結果，可能更容易理解異常與地震之間復雜的關系。用同一過程所引起的一個結果去預測另外一個結果的出現，碰巧了也會成功。

綜上所述，目前我們進行地震預測時所用的異常與地震之間可能沒有因果關系，或許是同一種地球動力過程所引起的不同的結果。嚴格來說，這樣的異常對地震是沒有預測能力的。但是，如果某類異常與地震之間的關系經過了嚴格的統計檢驗，這樣的異常對地震具有統計預測意義。否則，只能在碰巧的情況下，才可能成功預測地震。因此，沿襲目前這種地震預測研究和實踐的思路，對地震預測發(fā)展的貢獻是很有限的。

3 一種可能的地震成因

發(fā)展新的地震成因才是突破地震預測的關鍵。在這個過程中，要勇于“揚棄”［3］，“揚棄”在科學發(fā)展進程中起著重要的作用。“揚”指發(fā)揚那些正確的、對地震預測有用的理論或思想；“棄”是指舍棄那些沒用的、甚至是錯誤的東西。對地震預測來說，“棄”可能比“揚”更重要。棄什么、揚什么同樣是很重要的。棄了不該棄的或揚了不該揚的，都可能使地震預測研究走彎路，甚至會阻礙地震預測研究的發(fā)展。

我們對地震成因的認識主要是建立在彈性回跳理論和板塊構造學說的基礎之上。傳統的觀點認為，地震或者是地殼巖石在構造應力的作用下產生破壞或者是已有斷層錯動所致。在地震發(fā)生之前，震源區(qū)應有應力和應變的顯著增加，有應變能積累過程。在這個過程中可能出現某些異常變化，這些異常變化就作為用以預測地震的“前兆”，成為我們捕捉的目標。盡管“斷層錯動或巖石破裂”這種地震成因的認識有許多實驗和理論研究結果作為基礎，但是地震是否就是或唯一地是像我們所認為的那樣是斷層的錯動或巖石的破裂所致呢？數十年來，我們深信不疑地，一直在執(zhí)著地沿著這個線索展開對地震預測的研究，可收效甚微；我們沿著這個線索，發(fā)展了各種地震孕育和地震前兆模式，如硬化模式、擴容模式、包體模式、裂紋串通模式、組合模式、紅腫模式等，企圖解釋或預期一些地震前兆現象，但至今未能找到可靠的前兆，是什么問題呢？是科學技術水平低嗎？現在的科學技術水平與一百年前彈性回跳理論問世時的科學技術水平和板塊構造學說問世時的科學技術水平相比，都已經發(fā)生了天翻地覆的變化。盡管我們入地無門，但人類現在已經可以遨游太空，到月球上去，到火星上去。今天的科學技術已經相當發(fā)達，已經發(fā)展到一個相當高的水平，但地震預測研究所取得的進展卻不甚明顯，發(fā)展卻十分緩慢，甚至是停滯不前。“入地無門”可能是影響地震預測研究的障礙之一，但問題是解決地震預測是否一定要“入地”呢？在地表、在空間所進行的觀測就一定不能解決地震預測問題嗎？筆者認為，百年來地震預測之所以未能取得突破性進展，根本原因不在于科學技術，而是在于我們對地震成因的認識問題上，我們認為的地震發(fā)生的原因或機理可能與地震發(fā)生的真實情況相差很大，甚至存在根本性的差別。巖石力學實驗表明，一塊巖石標本，當給其施加的力達到一定程度時就可能破壞，我們正是把這個破壞當成了地震的發(fā)生。對于靜止的巖石標本，其破壞的發(fā)生只有在力的作用之下才有可能。如果巖石標本是運動的，具有相當的速度，情況就不同了。當一塊運動的巖石標本與另一塊巖石標本相撞時，在兩塊巖石接觸地帶也可以發(fā)生破壞，這樣的破壞同樣可以被當成地震的發(fā)生。地震發(fā)生在地殼內，由于地球自轉，地殼巖石不是靜止的，而是運動的，所以從運動的觀點來考慮地震成因可能更接近真實情況［4］。

4 結束語

地震預測未能取得突破性進展的根本原因可能在于我們對地震成因的認識與地震發(fā)生的真實情況之間尚存在根本性的差別。有跡象表明，地震的發(fā)生可能是由于地球自轉速率變化導致不同質量的巖石圈塊體之間的相互作用所致。如果是這樣，發(fā)展新的觀測技術，在弄清楚各塊體邊界的情況下，研究塊體之間的相對運動與地球自轉速率變化之間的關系，研究塊體之間發(fā)生“預接觸”時引起地震活動異常和一些地球物理異?，F象，可能才是地震預測取得實質性進展的突破口。

板塊構造學說是在大陸漂移學說、海底擴張學說的基礎上發(fā)展起來的。在大陸漂移學說里我們可以找到地球自轉的蹤跡，海底擴張學說卻不能解釋地球表面最長的山脈————大洋中脊為什么是沿經向的。

大陸漂移學說認為：大陸漂移有兩個明顯的方向性：一個是從兩極向赤道的離極運動，是由地球自轉所產生的離心力引起的。東西向的阿爾卑斯山脈、喜馬拉雅山脈等，就是大陸殼受到從兩極向赤道的擠壓的結果。另一個是從東向西的運動，是日月對地球的引力所產生的潮汐（摩擦力）作用引起的。美洲西岸的經向山脈如科迪勒拉山脈和安第斯山脈，就是美洲大陸向西漂移受到硅鎂層阻擋，被擠壓褶皺形成的；亞洲大陸東緣的島弧群、小島，是陸地向西漂移時留下來的殘塊。實際上，第一個方向是由地球自轉引起，第二個方向是由地球自轉速率變化引起，只是在那個時候沒有注意到而已。

大洋中脊，或稱洋脊，指海底縱橫綿延的山脈，總長度可達65000 km，是地球上最長的山脈。其中最典型的為大西洋中脊，它與兩側大陸平行延伸，從北到南沿經向，略呈S形；有些海底山脈并不在大洋的中間，一般稱為海嶺，如東印度海嶺，沿東經90°；又如太平洋東部的海嶺，沒有明顯的中央裂谷，也不甚崎嶇，稱為太平洋中隆，也沿經向。這些沿經向的海底山脈，正如美洲西岸的經向山脈一樣，其形成實際上是與地球自轉速率變化有關的。

（作者電子信箱，陳學忠：cxz8675＠163.com）

［1］車用太，劉成龍.汶川地震后關于地震預測問題的再思考.國際地震動態(tài)，2008（10）：1-6

［2］陳運泰.地震預測要知難而進.求是，2008（15）：58-60

［3］陳章立，李志雄.嚴重的挫折重要的啟示——汶川8.0級地震引發(fā)的對地震預測研究的某些科學思考.地震，2008，29（1）：182-191

［4］陳學忠，趙曉燕，李艷娥，等.從2008年5月12日四川汶川地震看地震的成因.防災科技學院學報，2009，11（2）：7-12

Some Viewpoints About Earthquake Prediction

Chen Xuezhong
（Institute of Geophysics，CEA，Beijing 100081，China）

Some viewpoints about earthquake prediction are presented in this paper.Among the various factors of influence over earthquake prediction the most key problem could lie in the causes of earthquakes.The new observation techniques could be developed for investigating the new causes of earthquakes.Maybe this is the only way leading to breakthroughs in the earthquake prediction research.

earthquake prediction；the causes of earthquakes

P315.1；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.004

2009-06-06；

2009-12-04。