地震預報究竟有無可能

自然地理

導讀地震預報是一個關系國計民生,受到各國政府與人民廣泛注意的問題,經過30年多方面的探索,至今仍是一個未取得突破的科學難題。近些年來由於一些大地震突然發生在事先末估計到的地區(如原蘇聯的亞美尼亞地震、日本的阪神地震、美國的洛杉磯地震等),以及在一些有明確預測意見的地震危險區(日本東海、美國帕克菲爾德)又未發生預期地震,促使科學家反思現行的 ...

地震預報是一個關系國計民生,受到各國政府與人民廣泛注意的問題,經過30年多方面的探索,至今仍是一個未取得突破的科學難題。近些年來由於一些大地震突然發生在事先末估計到的地區(如原蘇聯的亞美尼亞地震、日本的阪神地震、美國的洛杉磯地震等),以及在一些有明確預測意見的地震危險區(日本東海、美國帕克菲爾德)又未發生預期地震,促使科學家反思現行的一套地震預報體制是否有效的問題。1996年11月在英國倫敦由英國皇家天文學會?駁厙蛭錮砹?合會召開了“地震預報體制評估研討會”。有歐洲、美國、日本代表參加,中國沒有人出席。會上幾個主題發言都相當低調。後來,Kogan,Geller,Jackson三位教授聯名在Science發表了“地震無法預測”的論文。該文指出,在通過對地震預測進行了近30年的苦心研究以及對各地進行的地震預測考察之後,得出的結論是:地震是無法預測的,應該打消可能會在幾小時、幾天或幾個月之前預測到地震的希望。從事這方面的研究工作是一項毫無希望的工作。他們的主要論點是:??

(一)總結的地震前兆都不可靠

截至目前各國報道的地震前兆現像基本上是回顧性的,缺乏嚴格的論證,沒有證明它們是前兆,而是與地震無關的環境因素。認為地熱和地下水異常,沒有提出定量的物理機制。對日本1994年在色丹島Shikotan地震前1200km以外的水井的“前兆性變化”,認為沒有任何模式可以解釋這樣的變化,是似是而非的。總的說來,他們認為這個領域的研究者常把信噪比很低的數據當作信號來進行分析,用對事先取定了參數的假設的統計檢驗方法來評估,通過事後調整參數的方法得到的研究結果。在對結果的處理中根本不考慮其他的假設。他對希腊人VAN方法進行了認真的嚴格的檢驗,認為是不行的。??

(二)現行的經驗預報方法是走不通的??

Ge11erf批評了關於1978年日本伊豆大島地震預報成功的說法。他說1978年伊豆半島附近發生了強烈的微震活動,在3小時內發生了18次有感地震的情況下,日本氣像廳公布了地震情況,提醒市民注意,然而,這個通知並沒有指出地震的時間、地點和震級,當通知發出90分鐘後,在這個地區附近發生了7??0級地震,他認為沒有三要素的預報,不能算是成功預報。他還對日本東海地震預報提出了批評。他說:從70年代中期開始,日本公眾就被告知,在太平洋沿岸,距東京150km的東海地區,近期內有發生8級地震的可能,公眾和政府都相信“預料中的地震馬上就會發生”,還建立了“地震預知聯絡會”,然而,預報的東海地震並未如期發生,卻在其他未預報地區接連發生強震(例如1983年日本海地震、1993年奧尻島地震、1994年色丹島地震、1995年阪神地震等)。就在公眾處於“預料之中的東海地震”和下一個關東(東京)大地震”的信息轟炸之下的時候,阪神地區的公眾和地方政府錯誤地推斷自己沒有危險,從而對防震沒有進行認真准備。這種情況也加劇了阪神地震中的損失和傷亡。對美國加州帕克菲爾德地區,他認為和其他地區沒有什麼兩樣:他認為帕克菲爾德發生地震的危險並不高於加州的其他地區。他說:“以對地震的物理機制並不完善的認識為基幢來實現地震預報是一個誘人的目標,這個目標人們從未達到過,地震預報研究是漫長的。??

(三)按照地震過程的物理實質,准確預報是不可能的??

由於地震過程對初始條件具有敏感的非線性依賴性,即使對地震的物理機制有了完善的認識,對地震也可能還是無法做出准確的預報。從地殼處於自組織臨界狀態來看,准確地預報地震是困難的。破裂過程是不穩定的,每次地震多大,只有在地震開始後才能被確定。因素很多,不是地震越大,孕育區就越大。地震大小帶有很大的不確定性,由破裂開始後多種因素來確定,事先就預測有多大是不現實的。??

當然,在國際上也不止這一種聲音。一些著名地震專家對地震預報的成就給予了肯定,他們認為,地震學家可以對以往10年取得的某些成就感到滿意,他們認為地震發生地點、時間、震級的短期預報終將會實現,而長期預報的成就則更加突出,如美國的Allen教授成功地預報了1989年的洛馬普利特地震。他認為,在短期預報變得可靠以前,還會有許多失敗,推測可能要到2100年甚至2200年才能實現。阪神地震前日本尾池和夫曾有過中期估計,但未引起注意。??

在國際上激烈爭論的情況下,中國學者如何看待?從事地震預報研究多年的中國學者認為:蓋勒等所說的准確短臨預報(精確到幾天、明確的震級和地點)在目前科學技術條件下的確無法達到。但是,基於地震地質和地震活動圖像的某些規律性,作出一定精度範圍的長期預報已有不少成功的實例。對於監測條件較好的地區,對某種類型的強震作出精度不太高的短期預報是可能的,這種預報對防震減災仍有積極作用。但是,為了從科學上徹底解決地震預報問題,並在實踐上取得最大的防災效果,必須大力加強基礎研究,弄清地震的成因和前兆的機制,在這個問題上國內外學者是沒有分歧的。可是,這需要漫長的時間。對於我國來說,由於強震多而廣,不能等待這一天來到之後再開展實際的地震預報工作。我們必須貫徹“邊研究、邊預報的方針”,筆者完全贊同這些觀點。在此根據本人的實踐與理論研究,系統地闡述這一觀點的主要依據。??

一、人類已積累的觀測資料中確有地震前兆信息??

通過1966~1976年幾個重大地震的逐個總結與系統研究,對地震前兆與地震預報方法的系統研究、地震預報方法的實用化研究等重大科研項目的攻關,對邢台地震以來的前兆觀測資料進行了系統的清理和運用多種排除干擾的方法,經過嚴格篩選得出一批可靠的前兆現像。這些前兆的變化量遠遠超過儀器觀測誤差和噪聲水平。如海城地震前的前震活動,唐山地震前唐山地區的地形變異常、重力異常、視電阻率異常等是得到國際同行承認的可靠前兆。這些異常大多是震前發覺,並非全是震後總結得出的。??

對篩選出的前兆現像多數不僅進行了統計檢驗,而且,對其形成機制也開展了一些實驗或理論研究,有的是按學科進行,也有按地震進行實驗和理論探討。如地下水位、水氡、地電阻率前兆的機理按學科進行了室內與野外觀測實驗,對前兆的發生機制提出了一些解釋。90年代以來,環繞唐山地震前兆的多項異常機理進行了理論探討,從地震孕育模式的角度探討了各項前兆的綜合解釋。研究結果表明:過去觀測到的一些重要前兆是可以獲得統一解釋的,換句話說,已積累的前兆資料中確有地震前兆信息,並不是像Geller所說的全是噪聲。??

是否真正的前兆還需實踐的檢驗。30多年來在我國確實取得了若干次預報成功的實例。如眾所周知的1975年2月4日海城7.3級地震的臨震預報、1976年8月15日四川松潘7.2級地震的中短期預報和1995年7月12日雲南孟連7.3級地震、1996年6月4日新疆伽師6.0級地震、1998年10月雲南寧蒗5.8級地震是比較成功的短臨預報。預報成功的震例說明地震預報是可能的,說明人類已積累的認識中包含了部分真理,沿著已開辟的預報道路走,並非是完全徒勞的。??

然而,Geller指出的問題:一些重要地區的預報未能成功,一些重要地震發生未能預報,這是實情,說明單靠現有途徑不足以解決地震預報這個世界難題,還需要開拓新的途徑。??

二、加強地震前兆與震源關系的研究是提高地震預報水平的關鍵??

在地震預報實踐中為什麼會出現少部分成功,大多數失敗的情況呢?根據筆者對前兆的多年研究,前兆的存在與地震預報是兩個既有聯系,而又互相區別的問題,有前兆現像出現不等於就能正確地預報地震三要素,因為前兆現像是非常復雜的。對不同地區、不同類型的地震,其前兆種類、幅度、分布範圍、持續時間存在著一定的差異。筆者在“地震前兆地區性”中,按地震前兆的總體特征分為兩大類:破裂型地震與粘滑型地震。前者發生在斷塊內部或斷裂帶彙而不交的地區,後者發生在活動斷裂帶上。斷裂型地震的前兆種類多、分布廣、持續時間長、變化幅度較大;粘滑型地震的前兆種類較少、分布範圍孝持續時間較短、變化幅度較校近幾年來,通過地震前兆場孕育模式研究,發現地震前兆場時空分布與孕震動力環境有關,如中國西部地震與華北地震的前兆場時空分布特征存在著一定差異。同一構造區內,地殼、上地幔結構不同的地區,其地震前兆變化特征也不盡相同,如海城地震與唐山地震在大地構造上相似,都位於華北凹陷帶的邊緣,但震源體內的細結構不同,其短臨前兆顯示出很大的差異,海城地震短期階段突發性的宏觀、微觀異常很多,且表現出“三起三落”,再加上臨震前的頻繁前震活動,而唐山地震前短期階段突發性宏觀、微觀異常較少,且無直接前震活動,地震活動表現出“空前平靜”。同一構造區,同一類型地震在孕震的不同階段,其前兆的種類、幅度、形態、速率等特征不同,同一階段不同觀測點的前兆也可以不同,同一階段,不同種類的前兆形態、幅度也有差異。??

總之,地震前兆是非常復雜的。如果不能系統認識和掌握地震前兆的時空分布規律,即使震前存在多種前兆現像,由於震前不能分辨其階段性,不能區分是震源內或震源區外的前兆,不能鑒別是一個地震或多個強震前兆的疊加等等,有了前兆現像仍然不能正確地作出地震三要素的預報。唐山地震短臨預報未能成功就是一個很好的實例。??

因此,必須大力加強地震前兆與震源關系的深入研究,取得地震前兆時空分布與演化規律的正確認識,這是提高地震預報水平的關鍵。??

三、在地震類型不同的孕震區內建立配套的前兆觀測系統是取得前兆規律的重要基礎??

怎樣才能取得地震前兆的規律性?僅靠室內研究是不行的,無論是物理模擬或數值模擬都只能在簡化模型條件下進行,而地震前兆受地殼介質非均勻結構的影響很大,不在野外進行實際觀測,取得前兆的規律基本上是不可能的。??

然而,不同地區、不同類型的地震,前兆分布規律也不一樣。所以,必須在不同地區的強震孕育區內,根據其類型特點,建立相應的配套前兆觀測系統,在自然環境條件下取得地震前兆的真實觀測資料,以此為基礎,分門別類地進行詳細研究,並開展相應的理論和實驗研究,從中尋找地震前兆的定量判據和地震前兆時空分布規律。這樣的研究靠以往的震例庫中的數據是難以開展的,因為過去的前兆觀測台網無論密度、精度、分布和種類都存在著嚴重的缺陷,取得的資料常常不配套,根據震例資料得出的種種統計關系誤差都比較大,由此預測未來的地震三要素,效果不理想是自然的。??

在設計未來的前兆觀測系統時,應當充分考慮地震的類型,對於破裂型地震,由於其前兆種類多、分布廣、持續時間長的特點,前兆觀測系統分布範圍應當較廣,觀測的項目應當較多,等待價時間也應較長。對於粘滑型地震,由於其前兆種類較少,分布範圍小,持續時間較短,前兆觀測系統的觀測範圍可以小一些,前兆觀測儀器的精度應當更高。同時,還應當考慮前兆的重復性。根據現有的認識,在已知的多種前兆中,其重復性是有區別的。應當選擇重復性較好的項目(如測震、形變、重力、水位等)先進行高精度、高密度觀測,以後再根據情況逐步增多,這是研究前兆場時空分布規律的重要基矗??

除了前兆的系統配套觀測外,詳細的地震地質和深部構造探測也是不可缺少的,它們是進行孕震構造環境的基矗??

四、特定地區的地震不僅是可能的,而目是有價值的??

在上述地震前兆觀測較為完備的地震區,建立相應的現代化的數據分析處理系統,配備有經驗、有水平的預報研究人員,保證足夠的研究經費,吸收、運用、發展已有的預報經驗和知識,在幾天或幾個月之前做出某些地震的預報是有希望的,即使個別參數末達到Ge11er的要求,對地震災害的減輕也是有意義的。例如海城地震預報,這是國際上公認的一次成功預報,按地震三個要素看,並不完全准確。1975年1月中旬在國家地震局召開的全國地震趨勢會商會上,根據地震活動的增強,金縣短水准曲線大幅度異常和大範圍的宏觀異常等,提出遼東半島及附近海域,1975年上半年甚至在1、2月份,可能發生6級左右的地震。預報地區較大,預報的震級與實際相差1級多。按照Ge11er觀點,這不能算正確預報。然而,就是這個不大准確的預報卻收到了巨大的減災效果。如果沒有6級左右的破壞性地震預報,就不可能采取強有力的防震措施,不動員人民撤到房外,那麼人員的傷亡數字不會是以千計,而是以10萬為單位,因為海城及周邊地區是人口密集區。1996年的新疆伽師地震是另一個實例,由於事先有預報,使災害大大減輕。震後江澤民主席說:“看來,有預報與無預報效果大不一樣”。這樣的例子還可以舉出很多。由此可見,對過去幾十年取得的成就全盤否定是不妥當的。我們應當珍惜那些雖不成熟但是可貴的經驗,珍惜那些雖不完全,但包含部分真理的認識,站在前人的肩膀上繼續前進,不斷開拓新的預測途徑、方法和理論,只有這樣突破地震預報的遠大目標才會早日到來!


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