地震預(yù)報(bào)與地震預(yù)警＊

李啟成

（黑龍江科技學(xué)院，哈爾濱150027）

地震預(yù)報(bào)與地震預(yù)警＊

李啟成

（黑龍江科技學(xué)院，哈爾濱150027）

在回顧了地震預(yù)報(bào)歷史沿革的基礎(chǔ)上，認(rèn)為雖然地震預(yù)報(bào)的難度比較大，但成功地預(yù)報(bào)地震不是不可能的。地震預(yù)警系統(tǒng)已被實(shí)踐證明是一套有效的避震措施，將在未來的防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮巨大作用，但地震預(yù)警并不能代替地震預(yù)報(bào)。

地震；地震預(yù)報(bào)；預(yù)警

1 地震預(yù)報(bào)的歷史沿革

地震是大地構(gòu)造活動(dòng)的結(jié)果，地震的發(fā)生必然和一定的構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。同時(shí)，地震不是孤立發(fā)生的，它只是整個(gè)構(gòu)造活動(dòng)過程中的一個(gè)事件，在這個(gè)事件之前，還會(huì)發(fā)生其他事件。如果能確認(rèn)地震前所發(fā)生的事件，就可以利用它作為前兆來預(yù)報(bào)地震。另外，地震的發(fā)生又帶有隨機(jī)性，在不斷積累的構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖石在何時(shí)、何處發(fā)生破裂，決定于局部構(gòu)造中的薄弱點(diǎn)及其性質(zhì)，而對(duì)這些薄弱點(diǎn)的分布和性質(zhì)常常不能清楚了解，此外，地震還可能受一些未知因素的影響。因此，預(yù)報(bào)地震有時(shí)就歸結(jié)為估計(jì)地震發(fā)生的概率問題。根據(jù)以上這些考慮，地震預(yù)報(bào)方法大致可以分為3類：地震地質(zhì)、地震統(tǒng)計(jì)和地震前兆［1］。以上3種思路都有片面性，都不能獨(dú)立地解決地震預(yù)報(bào)問題。實(shí)際采取的是綜合的辦法，把3種不同思路所得放在一起對(duì)比參照，力求對(duì)未來的地震活動(dòng)做出估計(jì)。

根據(jù)對(duì)地震規(guī)律的認(rèn)識(shí)，預(yù)報(bào)未來地震的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度，這就是地震預(yù)報(bào)的3要素。實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)是認(rèn)識(shí)地震孕育的物理過程及在此過程中地殼巖石物理性質(zhì)和力學(xué)狀態(tài)的變化。

地震預(yù)報(bào)按時(shí)間尺度可作4個(gè)層次的劃分［2］：長期預(yù)報(bào)，是指對(duì)未來10年內(nèi)可能發(fā)生破壞性地震地域的預(yù)報(bào)；中期預(yù)報(bào)，是指對(duì)未來1～2年內(nèi)可能發(fā)生破壞性地震的地域和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)；短期預(yù)報(bào)，是指對(duì)3個(gè)月內(nèi)將要發(fā)生地震的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)的預(yù)報(bào)；臨震預(yù)報(bào)，是指對(duì)10日內(nèi)將要發(fā)生地震的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)的預(yù)報(bào)。

自20世紀(jì)60年代以來，日、美、前蘇聯(lián)和中國等國分別制定了開展地震預(yù)報(bào)研究的國家計(jì)劃。

日本地震預(yù)報(bào)研究小組1962年提出初步方案，計(jì)劃用10年時(shí)間集中收集基礎(chǔ)資料，包括大地測(cè)量、地殼形變觀測(cè)、地震儀器觀測(cè)、地震波速度分析、活動(dòng)斷層的調(diào)查和測(cè)量、地磁觀測(cè)以及地電觀測(cè)等［3］。1978年，日本國會(huì)通過了《日本大地震對(duì)策特別措施法》，這是世界上第一次以法律形式提出的對(duì)于大地震的對(duì)策。1979—1983年日本的目標(biāo)是：在繼續(xù)改進(jìn)和完善觀測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)長期地震預(yù)報(bào)研究的同時(shí)，重點(diǎn)抓關(guān)東南部及東海地區(qū)的短期前兆，使地震預(yù)報(bào)向?qū)嵱没A段過渡。

美國1965年9月以普雷斯為首的小組，曾提出一個(gè)地震預(yù)報(bào)和地震工程研究的10年計(jì)劃，包括地震物理基礎(chǔ)、地震工程、地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和新技術(shù)裝備的研制［4］。1977年國會(huì)通過了《地震災(zāi)害減輕法案》。

前蘇聯(lián)從1948年10月5日阿什哈巴德地震后，開始提出地震預(yù)報(bào)課題［5］。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了一些把巖石破裂理論同地震學(xué)聯(lián)系起來的研究工作，從物理學(xué)和數(shù)學(xué)上模擬震源過程，增進(jìn)了對(duì)震源物理過程的理解。同時(shí)，十分注意地震前兆的野外觀測(cè)，在地震活動(dòng)性、縱波與橫波速度比、震源機(jī)制、地電阻率、水氡含量變化等方面都取得了某些進(jìn)展。在中亞和堪察加地區(qū)，根據(jù)多年觀測(cè)，總結(jié)出一些預(yù)報(bào)指標(biāo)，并利用它們進(jìn)行試驗(yàn)性預(yù)報(bào)。

中國的地震預(yù)報(bào)研究從1956年開始，曾把地震預(yù)報(bào)列入國家長遠(yuǎn)科技規(guī)劃項(xiàng)目中［6］。1958年也曾組織調(diào)查隊(duì)到若干歷史上有名的大地震現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)地震前兆和有關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)查，大規(guī)模地開展地震預(yù)報(bào)研究則是在邢臺(tái)地震以后［7－9］。1966年3月，河北邢臺(tái)地區(qū)先后發(fā)生6.8級(jí)和7.2級(jí)地震，造成了巨大損失，引起政府高度重視。隨后在國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)主持下，制定了地震研究的全面計(jì)劃，立即開展地震預(yù)報(bào)試驗(yàn)，之后，加強(qiáng)了對(duì)全國地震工作的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理。在各?。ㄊ校?、自治區(qū)建立了規(guī)模不等的地震觀測(cè)系統(tǒng)以及相應(yīng)的地震研究和管理機(jī)構(gòu)。

1965年，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）曾委托國際地震學(xué)和地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì)（IASPEI）組織工作組，召開過多次地震預(yù)報(bào)討論會(huì)，負(fù)責(zé)聯(lián)合不同國家，共同改進(jìn)地震預(yù)報(bào)方法。

地震預(yù)報(bào)是世界難題［10］。第一，地球具有不可入性。我們對(duì)地下發(fā)生的變化，只能通過對(duì)地表的觀測(cè)來推測(cè)以及用地震學(xué)方法計(jì)算得到；第二，地震孕育的復(fù)雜性。通過專家多年的研究，現(xiàn)在逐漸認(rèn)識(shí)到地震孕育、發(fā)生、發(fā)展的過程十分復(fù)雜，在不同的地理構(gòu)造環(huán)境、不同的時(shí)間階段，不同震級(jí)的地震都顯示出相當(dāng)復(fù)雜的孕育過程；第三，地震發(fā)生是小概率事件。全球每年都有地震發(fā)生，有些還是比較大的地震。但是，對(duì)于一個(gè)地區(qū)來說，地震發(fā)生的重復(fù)性時(shí)間是很長的，幾十年、幾百年、上千年，要獲得用于科學(xué)研究的大量信息，在有生之年非常困難。就現(xiàn)在來說，科研人員所做出的預(yù)報(bào)，特別是短臨預(yù)報(bào)，主要是經(jīng)驗(yàn)性的。

美國曾經(jīng)遭遇了一次地震預(yù)報(bào)滑鐵盧事件［11］。美國從20世紀(jì)60年代開始重視地震預(yù)報(bào)研究，起初信心十足。他們注意到，在加州帕克菲爾德的圣安德烈斯斷層，大約平均每隔22年就會(huì)發(fā)生一次5～6級(jí)地震。于是，根據(jù)上一次地震發(fā)生在1966年，美國地質(zhì)調(diào)查局的科學(xué)家在1985年發(fā)布預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)帕克菲爾德地區(qū)在1988年到1992年將會(huì)再次發(fā)生6級(jí)左右的地震。然而，預(yù)期的地震在預(yù)定時(shí)間內(nèi)始終沒有發(fā)生，一直拖到了2004年才姍姍來遲。而且，在斷層附近密集的儀表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，科學(xué)家也始終沒有找到這次地震的可確信前兆。

盡管地震預(yù)報(bào)具有復(fù)雜性，但經(jīng)過廣大地震工作者的艱苦努力，中國的地震預(yù)報(bào)已經(jīng)取得了可喜的成績。1975年2月4日海城7.3級(jí)地震時(shí)［8］，中國做出了成功的預(yù)報(bào)，這是人類歷史上的第一次成功的地震預(yù)報(bào)。在其后又成功地預(yù)報(bào)了1976年5月29日云南龍陵7.3級(jí)地震和1976年8月16日、8月29日在四川松潘、平武之間發(fā)生的兩次7.2級(jí)地震。最近十幾年又有幾次較好的地震預(yù)報(bào)實(shí)例。成功的地震預(yù)報(bào)不但極大地減輕了人員傷亡，而且具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這些震例說明地震是有前兆的，是可以預(yù)報(bào)、可以預(yù)防的［9］。

1997年，美國《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表了一篇論文《地震不能預(yù)報(bào)》［12］，文章對(duì)地震預(yù)報(bào)的極端悲觀在地震學(xué)界激起了巨大的爭議，其通訊作者日本東京大學(xué)地球物理學(xué)家蓋勒（Geller）教授也立即成為了一個(gè)地震不能預(yù)報(bào)的代表性人物。

1999年，英國愛丁堡大學(xué)地質(zhì)與地球物理系教授梅恩在英國《自然》（Nature）雜志的網(wǎng)站上發(fā)起了一場(chǎng)歷時(shí)兩個(gè)月的專題辯論［13］，探討單個(gè)地震的準(zhǔn)確、可靠的預(yù)報(bào)是否是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的科學(xué)目標(biāo)。如果不是，我們?cè)谠噲D達(dá)到地震發(fā)生過程的可預(yù)報(bào)性中還應(yīng)該走多遠(yuǎn)。各國學(xué)者發(fā)表了自己的看法，而蓋勒則陸續(xù)提交了多篇文章。這場(chǎng)辯論對(duì)后來很長時(shí)間的地震預(yù)報(bào)研究都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

在《地震不能預(yù)報(bào)》一文中，蓋勒等人首先規(guī)范了地震預(yù)報(bào)的要求，即能夠明確給出地震的時(shí)間、地點(diǎn)和震級(jí)。他同時(shí)強(qiáng)調(diào)，地震預(yù)報(bào)必須非常可靠、精確，以減少因預(yù)報(bào)錯(cuò)誤而造成的各方面的損失。在隨后的文章中，蓋勒將他所指的預(yù)報(bào)限定為對(duì)即將來臨的大地震的報(bào)警，也就是說，對(duì)地震風(fēng)險(xiǎn)的長期預(yù)報(bào)、或?qū)τ嗾鹂赡苄缘慕y(tǒng)計(jì)性預(yù)報(bào)均不能分類為預(yù)報(bào)。

蓋勒等人提出一個(gè)重要觀點(diǎn)，即認(rèn)為地球處在一種自組織臨界狀態(tài)，任何小地震都有可能發(fā)展成為一次大地震。實(shí)際上，關(guān)于地震是否能夠預(yù)報(bào)，在蓋勒等人的文章之前已經(jīng)有了幾十年的爭論，而地球處于自組織臨界狀態(tài)在20世紀(jì)90年代之前便有人提出，并據(jù)此提出地震不可預(yù)報(bào)的觀點(diǎn)。

但是，對(duì)于地球到底是否處于自組織臨界狀態(tài)，地震學(xué)界的觀點(diǎn)并不統(tǒng)一。一些觀點(diǎn)認(rèn)為［14］，地震活動(dòng)的能量－頻度關(guān)系是地震活動(dòng)的自組織臨界狀態(tài)中最重要的（從某種意義上說也許是唯一的）觀測(cè)證據(jù)。蓋勒在他的文章中提出，他的觀點(diǎn)所依靠的觀測(cè)事實(shí)，是除特大地震之外，所有地震都具有尺度不變性。而美國洛杉磯加州大學(xué)（UCLA）物理學(xué)和地球物理學(xué)教授諾波夫（Knopoff）則早就指出［14］，地震具有自組織、但不臨界性的特點(diǎn)，尤其是考慮到余震，地震的震級(jí)－頻度關(guān)系是具有特征尺度的，而不是像自組織臨界狀態(tài)所建議的具有尺度不變性。

有關(guān)學(xué)者認(rèn)為，即使地震活動(dòng)的自組織臨界狀態(tài)是成立的［14］，得出地震預(yù)報(bào)不可能的結(jié)論也顯得過于倉促和簡單化。因?yàn)榈卣鸬淖越M織臨界狀態(tài)的著眼點(diǎn)，并不是某一次地震、而是由很多地震構(gòu)成的地震群體；地震的自組織臨界狀態(tài)的重點(diǎn)，也并不是闡明一個(gè)具體的地震動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)，而是試圖說明那些與具體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)關(guān)系很小的、帶有普遍性的規(guī)律。另外，中長期預(yù)報(bào)和短臨預(yù)報(bào)所對(duì)應(yīng)的機(jī)制，或者在這兩個(gè)時(shí)間尺度上起決定性作用的地質(zhì)－物理過程，幾乎是完全不同的。地震活動(dòng)的自組織臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的是中長期的、大范圍的、大地震的情況，由地震的自組織臨界狀態(tài)模型無法直接得出短臨預(yù)報(bào)不可能的結(jié)論。

2 地震預(yù)警的發(fā)展現(xiàn)狀

地震預(yù)報(bào)和地震預(yù)警的區(qū)別在于：地震預(yù)報(bào)是對(duì)尚未發(fā)生、但有可能發(fā)生的地震事件事先發(fā)出通告；而地震預(yù)警是指突發(fā)性大震已發(fā)生、搶在嚴(yán)重災(zāi)害尚未形成之前發(fā)出警告并采取措施的行動(dòng)，也稱作“震時(shí)預(yù)警”。

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，其能量會(huì)以兩種波的形式釋放出來［15］：一種是縱波，速度快但破壞能力??；另一種是橫波，其傳播速度較慢，但破壞力巨大，是造成災(zāi)難的最主要原因?？v波傳播速度約為6km／s，橫波則大約為3.3km／s，根據(jù)震源位置的不同，橫波會(huì)延后一定時(shí)間到達(dá)地表。地震探測(cè)儀器在檢測(cè)到縱波后會(huì)立即傳給計(jì)算機(jī)，再計(jì)算出震級(jí)、烈度、震源、震中位置后，地震預(yù)警系統(tǒng)將搶先在橫波到達(dá)城市前通過電視和廣播發(fā)出警報(bào)。由于電磁波比地震波傳播得更快，預(yù)警甚至可能趕在縱波到達(dá)城市之前發(fā)出?？紤]到城市離震中位置的差異，預(yù)警時(shí)間通常在幾秒到十幾秒之間不等，因此，這種預(yù)警又被稱為“10秒預(yù)警”。地震預(yù)警更像是一場(chǎng)和地震波的橫波“賽跑”，在地震的橫波尚未到達(dá)時(shí)，提醒人們做好防護(hù)準(zhǔn)備。

在地震預(yù)警系統(tǒng)爭取來的這段時(shí)間內(nèi)，人們可以通過停止高速列車、從電梯撤離、終止或保護(hù)關(guān)鍵儀器和設(shè)備、將人員撤離到安全地帶等措施，避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。預(yù)警系統(tǒng)的原理決定了地震預(yù)警系統(tǒng)能夠提供的應(yīng)急時(shí)間存在上限。美國一項(xiàng)針對(duì)地震預(yù)警系統(tǒng)的研究表明，系統(tǒng)對(duì)于不到一半的地震，能夠提供10s以上的預(yù)警時(shí)間；對(duì)于絕大多數(shù)地震，能夠提供的有效預(yù)警時(shí)間不超過30s。

2008年6月14日，日本東北部的巖手縣和宮城縣等地發(fā)生了7.2級(jí)地震。日本氣象廳在此次地震中，在部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了由電視等媒體發(fā)布的地震預(yù)警。這次地震僅造成7人死亡、200多人受傷。2011年3月11日發(fā)生在日本的9.0級(jí)大地震，數(shù)百萬日本人在地震波到達(dá)前大約1min得知了地震的消息，有效地減少了人員傷亡［16］。

在美國，地震預(yù)警系統(tǒng)也已在加利福尼亞州投入使用，加州南部著名度假旅游勝地棕櫚泉附近，預(yù)計(jì)有120個(gè)地點(diǎn)都安裝了這種預(yù)警系統(tǒng)，其目的就是監(jiān)測(cè)地震以留給人們得以躲避和逃離的機(jī)會(huì)，使消防隊(duì)員有時(shí)間將救火設(shè)施移出房外。該系統(tǒng)可與其他設(shè)施相聯(lián)，地震一旦發(fā)生，消防站大門即可自動(dòng)開啟，城市的水、汽閥門將自動(dòng)關(guān)閉，醫(yī)院的自動(dòng)發(fā)電器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，最主要的是，能夠使學(xué)校的孩子們迅速躲避。

地震預(yù)警系統(tǒng)由于整合度高，對(duì)地震臺(tái)站密度有要求且需要長期不間斷運(yùn)作，其部署成本并不低廉，對(duì)當(dāng)?shù)乜赡苡幸粋€(gè)長期的經(jīng)濟(jì)壓力。日本和臺(tái)灣地區(qū)均為整體設(shè)防，因?yàn)槟抢镄枰烙目偯娣e小。美國的地震預(yù)警系統(tǒng)主要也是針對(duì)舊金山周邊區(qū)域。這些防御區(qū)域經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)，高科技產(chǎn)業(yè)密集，人口密度大，長期預(yù)警的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值可觀。中國大陸的地震帶分布十分廣泛，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡。目前地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要集中在首都圈。中國西部地區(qū)建造地震預(yù)警系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力不足，但西部地區(qū)卻是地震高發(fā)區(qū)，地震造成的災(zāi)害也更大。

3 討論

近年來，世界范圍內(nèi)發(fā)生的一系列大地震都沒有得到有效預(yù)報(bào)，使得人們對(duì)地震預(yù)報(bào)的前景產(chǎn)生懷疑。但地震是不是永遠(yuǎn)不能預(yù)報(bào)，在科學(xué)上是一個(gè)沒有定論的問題。國際上對(duì)于地震預(yù)報(bào)盡管存在不同看法，但普遍承認(rèn)地震長期預(yù)報(bào)還是有可行的辦法的，中期預(yù)報(bào)也有成功的例子，爭論的焦點(diǎn)是短（期）臨（震）預(yù)報(bào)。但我們不能因?yàn)榈卣痤A(yù)報(bào)難度很大，就放棄這方面的努力。如果我們不做地震預(yù)報(bào)研究，也就無法真正地認(rèn)識(shí)地震，也就永遠(yuǎn)預(yù)報(bào)不了地震。

我們不能把抗震設(shè)防與地震預(yù)報(bào)對(duì)立起來。提高震災(zāi)防御能力既要靠抗震設(shè)防，也離不開地震預(yù)報(bào)。

地震預(yù)警系統(tǒng)已被實(shí)踐證明是一套有效的避震措施，將在未來的人類防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮巨大作用，但地震預(yù)警并不能代替地震預(yù)報(bào)。進(jìn)一步說，房屋的抗震能力、平時(shí)自救常識(shí)的普及都會(huì)對(duì)地震的后果造成影響。同時(shí)預(yù)警系統(tǒng)也會(huì)存在一定的缺陷，越是接近震中，能提供預(yù)警的時(shí)間就越短；離震中越遠(yuǎn)，提供的預(yù)警時(shí)間越長，但意義也隨之削弱。另外，地震預(yù)警因?yàn)榍蟆翱臁保瑢?duì)地震大小、震源等信息的判斷不一定完全準(zhǔn)確。

（作者電子信箱，李啟成：731732866＠QQ.com）

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［14］bbs.news.163.com／bbs／tech06／133111840.html 2011－4－15

［15］楊馬陵，沈繁鑾，陳大慶，等.地震預(yù)測(cè)預(yù)警等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與分區(qū)分級(jí)發(fā)布方案的研究.災(zāi)害學(xué)，2010，25（4）：1－4

［16］新浪網(wǎng)：2011年3月12日：http：∥www.sina.com.cn

Earthquake prediction and early warning

Li Qicheng
（Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin 150027，China）

Based on a review of the history of earthquake prediction，the author believes that，although very difficult，successful earthquake prediction is not impossible.Earthquake early warning system has proved to be an effective means and will certainly play an important role in protecting against and mitigating earthquake disasters，but earthquake early warning can not take the place of earthquake prediction.

earthquake；earthquake prediction；early warning

P315.75；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.01.005

2011-03-19；

2011-04-22。