汶川地震九周年用科技支撑希望

本文从科学的角度谈论与大地震相关的几个问题。谨以此文，缅怀逝者，致敬重生，祝福汶川!...

导读

汶川大地震已经过去九年了。然而，记忆的指针只要调至2008年5月12日14时28分，潮水般涌来的种种记忆浮现在眼前——地震的震惊、争分夺秒的生命救援、余震频发的危险、次生地灾排查的艰难、堰塞湖的威胁、灾后重建的争议等等。这一过程中的成功和遗憾给人们很多的科学思考。如果我们能早些知道会发生汶川地震？如果我们能抓住数十万蟾蜍迁移等生物异常信息？如果预警能够抓住体波与面波的时间差？如果我们的基础设施足够的坚固？如果崩塌、滑坡、堰塞湖和泥石流等此生灾害能有效控制？如果我们救援的科技水平进一步提高？……那又是怎样的令人宽慰。诸多遗憾引发了进一步的科学思考，提出了系列的科学问题，引发了系列的科学争论。本文从科学的角度谈论与大地震相关的几个问题。谨以此文，缅怀逝者，致敬重生，祝福汶川!我国自古是一个多地震的国家。从板块构造学说来说，构成我们地球地壳的岩石圈并不是整体一块，而是由六大板块拼合而成，各大板块处于不断运动之中。一般来说板块内部地壳比较稳定，板块与板块交界的地带地壳比较活跃，火山、地震也集中分布在板块交界的地带。在板块的交界地带有两大火山、地震带：地中海—喜马拉雅山火山、地震带；环太平洋火山、地震带。

我国处于这两大地震带之间，所以火山、地震多发。青藏高原地震区是我国4大地震带之一（其他三个地震带为台湾地震带、华北地震带、天山地震带）位于西南青藏高原和其边缘的四川、云南两省西部。这是我国面积最大的地震活动区，南起喜马拉雅山，北到祁连山、阿尔金山，东至川东、滇东，西到帕米尔高原。这个地区地震的震中沿三条大致平行的由东西转南北的弧形地带分布。这三条弧形地带中，大地震都分别发生在某一个时期，故设想它们各自都以一个整体活动。因而又分成三个次级地震活动区：甘川滇地震区、西藏横断山地震区和喜马拉雅地震区。本次汶川地震就发生在甘川滇地震区、西藏横断山地震区的交界区域内。该区发生过1920年的甘肃海原(现为宁夏海原)8.5级、1927年甘肃古浪8.0级、1933年的云南嵩阳8.0级地震，还有15次7～7.9级地震。台湾中央大学地球科学系教授王乾盈认为此次汶川地震的成因是“渐归沉寂”的龙门山断层“复活”发生错动，这个断层自明朝以来被记录到错动的数据不多，“复活”的龙门断层破裂面从震中汶川县往东方向以每秒3公里速度裂向广元，足足耗费100秒裂完，震灾范围长240公里、宽30公里，尤其以破裂至北川县时错动得特别厉害。王乾盈四川地震是因夹在西藏地块、昆仑地块、扬子地块间的松潘酖甘孜地块向扬子地块逆冲而上形成，“年轻的盖在老的上面”，龙门山断层要几千年才会有这么大的错动，这次错动使地壳抬升做抬升运动。

中国科学院院士陈运泰在《汶川地震的成因断层、破裂过程及成灾机理》一文更对汶川地震的成因及原理做了全面深入的回答。地震预报分为长期预报、中长期预报、短期预报和短临预报（长、中、短、临）4类，当然人们最关心的是短临预报，因为它直接关系着万千性命的安危。客观上讲震前临报最有意义，中长期预报带有更多预测的成分。

部分科学家认为地震的短临预报无法做到，也就是说地震预报不可能实现，代表的科学家有博奇菲尔（美国麻省理工学院教授、美国科学院院士、中国科学院外籍院士）和戴维司（美南加州大学教授）。他们是从事与西南地区断裂带有关研究长达20年的科学家，他们非常肯定地说，地震做不到短临预报，“在这个问题上，我们不能责备任何人”。他们的论据是，地震的原因非常复杂，有很多特殊的情况可以影响发震的时间和方向。

我国有相当部分的科学家与西方科学家的观点一致，认为地震是一种“自组织临界现象”——一个自然力量的堆积和发作过程，你不知道最后是哪根羽毛的分量就成为了导火索，不知道什么地方成为了爆破点。由于在物理学中自组织临界现象具有内禀的不可预测性，所以，地震是不可预测的。他们认为，中国海城地震的预报成功只是概率很小的一次偶然事件。而动物异常不能被简单地当作地震的前兆，因为地质现象非常复杂，各种地质现象都可能造成动物的异常或者其他异常现象的发生。从我国与国外地震预报取得的成果来看，我们在地震预报研究领域中取得了一定的进步但预报基本上是经验性的，报准比例还很小。因此才有了汶川地震如此巨大的伤亡。相当多的科学家认为地震是可以预报的，而且其中有些人提出，在汶川大地震前已经摸到了脉门，只是目前研究的深度还不够。按照他们的观点，地震可以预报。其道理为地震的根源是地壳积累的地应力，在它释放过程中，必然有一些前兆。预测地震犹如中医的号脉，只要抓住这些前兆，找准它的脉络走向，就可以进行地震预测预报。已故的地质学家李四光就认为地震是可以预报的，中国工程院院士、中国地质科学院研究员赵文津认为，地震预报的确是重大的科学技术难题。但是，承认这个问题的难度，并不等于说地震不能预报，更不能放弃预报。地震是可以预报的，所谓不可预报，是因为我们还没能掌握地下应力在地下的发生与转移规律。西方国家没有解决地震预报问题，并不能说明我们就解决不了。现在我们尚未解决问题，可能就是因为我们走了和别人完全相同的路子。赵文津的核心观点是，希望总结历史经验教训，坚持李四光提倡的“以预防为主，专群结合，土洋结合，多路探索”的方针。

按照科学的哲学观点，任何事物都有其因果，地震是一种结果，那必然有其因，只要我们找到了这个因，那准确预报就可以实现，但问题是我们需要用多长的时间取得这一切的因果关系呢？为什么入地比上天还难呢？目前国内外采用地震前兆预报地震的方法有多种，以观测“前兆”现象及“异常信号”为主，我们根据管理学的思想，根据其预测效果分成时间、地点和强度预报，主要有大区域的地质构造方法、卫星定位方法、数学物理模型方法（地应力测量、氡气、自然电场、次声波）、动物异常等方法。其中动物异常广泛被人们观测到，并逐步地应用到群测群防体系中。

汶川5·12地震前动物有明显的异常反应。大2008年5月10日四川新闻播出绵竹10万蟾蜍大迁移；实地考察还发现彭州龙门山旅游景区的回龙沟的猴子往常每天出没，但在5月10号以后就消失了；5月9日到12日彭州银厂沟沙金河鱼往两岸游， 5月11日可见有家养信鸽在大龙潭一带落户，找不到回家的路；5月10－11日绵竹年画山庄一带老鼠频繁活动；5月10－11日还可见成群岩蜂串入居民院子等。大地震前许多动物具有异常行为是普遍可以发现的， 因此利用动物异常行为来预报地震不失为一种简易方法。我国四川的西昌地区，这里是高烈度地区，地震频繁，老百姓就充分利用动物的异常预测地震并群测群防，每到昆虫、鱼类、家禽等动物发生异常，自觉地搬到室外居住。这些异常与地震的关系逐步吸引科学家的注意，并加以研究。例如北京工业大学地震研究室把虎皮鹦鹉异常行为作为一种预报方法，在笼内放置一对虎皮鹦鹉，笼内横杆上安装传感器并接计数器，记录每日虎皮鹦鹉跳动次数频率，以跳动频率的相对值确定异常状况，异常出现后8天内发震。该观测方法对于“预测发震时间”是有效的，建设成本也是低廉的。我们应该在“地球物理”学科之外,建立一套比如隶属于农业局、林业局、畜牧局编制内的“动物防震”群防体系。甚至可以依托畜牧场、动物实验室、养殖专业户建立一套新的地震监测体系辅助“地球物理”思维的地震局开展工作。地震预测就是在相对较长的时段内，在较大的区域范围内，较宏观地揭示地震发生的可能性。地震预测目前遇到的挑战主要有：

(1) 对地下介质结构和应力状态探测的深度和精度不足。目前最深的钻孔才12km，一般钻孔仅数公里，远未达到地震孕育和发生的层位。最新的研究认为，地震的孕育不仅与震源深度以上的介质有关系，而且大地震的孕育可能与更深的脆韧转换带关系密切(Aki，2003)，对这一层位的认识更是知之甚少。因此，急需发展地下深部探测技术，提高对地下介质结构和应力状态探测的深度和精度。

(2) 对地表整体的观测不足。由于地球表面有70%被海洋覆盖，大陆区域的南极、沙漠、无人区等观测站点缺乏，使得人们对地球表面的观测很有限。海洋观测、极地观测技术需要发展，观测资料需要不断积累。同时，为了弥补地表观测的不足和克服地表观测的限制，需要进一步发展卫星观测技术，如正在开展的GPS、INSAR和电磁卫星观测。GPS技术已被广泛应用，并已取得十分明显的进展,，使人们对全球块体的运动获得了整体的认识，在地震预测研究中的应用取得了比较明显的进展。例如，2004年12月26日印度尼西亚9. 0级地震后，依据GPS观测资料，分析认为中国大陆尤其是西南地区处于较为松弛的状态，做出了地震活动比较弱的判断，后来地震活动证明了这一点(杨国华等，2006)。

(3) 观测资料时间差异的可靠性需要提高。在目前的观测精度下，人们比较容易接受观测资料空间差异的分析结果，其可靠程度较大，由于研究分析利用的多为静态或准静态变化观测资料，因而信度较高。例如，云南地区位于印度板块东部结点区域，其GPS运动的量级(cm级)远远大于远离板块边界华北地区的运动量级(mm级)(马宗晋等，2001)。但是，对观测资料时间差异的分析结果，由于在研究分析时利用的多为动态变化观测资料，其精度受到限制，其变化幅度往往同背景噪声量级差不多，难以令人信服。例如，波速本是介质内在的物理性质，但同一区域的岩石波速在很短时间内会发生明显变化，而且观测误差和计算误差也比较大，这样的变化人们普遍难以接受。令人遗憾的是，地震预测非常需要相关参数随时间的动态变化。(4) 经验性地震预测的局限性。经验性地震预测基于前兆的相似性和重现性，采用归纳、类比、推理的方法进行研究。而实际地震前兆的表现十分复杂，完全重复的地震前兆十分罕见，目前没有条件获得丰富的地球动力学背景和深部动力学过程的信息，难以用物理模式来约束，进一步提高预测成功率非常困难。

同时，地震现象以唯象分析为主，缺乏具有物理含义的统计模型的定量刻画。地震前观测到一些前兆异常,仅仅依靠经验分析方法也很难区分构造运动、地震前兆及干扰引起的非正常异常变化。

(5) 对地震预测基本问题研究不足。由于理论认识的局限，国内对地震预测的基本问题研究不足，对地震孕育、发生机理及过程认识不清。目前的地震预测以震例的经验总结和统计预测为主，具有动力学含义的物理、数值预测十分缺乏,尽管取得一些成功的实例，但仅仅是依靠大量震例经验的统计和总结，目前还缺乏在地震孕育理论指导下反映动力学过程的经验预测方法，一些关键的科学问题尚未解决,从而导致经验性地震预测的成功率偏低，难以建立起观测资料与地震之间较为稳定的物理或统计关系。

(6) 缺乏大尺度的动态场整体观测。地球物理和地球化学前兆观测资料的使用，是以单点观测资料时变曲线与震例的经验性统计相对应为主，缺乏对于大尺度物理场的动态变化分析。不同观测资料之间缺乏物理过程的关联解释和数据同化研究。地震前兆现象的复杂性，增加了物理上定量描述与刻画的难度，难以建立各前兆学科预测地震的基础理论框架，同时与地震学及其他学科的有机融合不够。

(7) 新观测技术的挑战和新现象的发现。近年来随着科技的不断发展，一些国家逐步开展地震卫星技术的应用研究,如在GPS、热红外、电离层、INSAR、卫星重力、电磁波等方面(赵国泽等,2007)，拓展可能的地震前兆观测项目，初步显示了新技术在地震预测研究中的可能前景。

一些揭示了岩石圈深部活动与浅部脆性层破裂关系的新现象不断被发现。例如通过对数十年地震波资料的分析，发现地壳介质Ｑ值和特征地震频次存在相关性，这些现象揭示了岩石圈深部活动与浅部脆性层破裂的关系，为解决地震预测中的疑难问题开阔了思路(张国民等，2005)。我们可沿着已有的方向继续努力寻找地震前兆，但必须探索新的前兆。现在已经发现洋中脊转换断层上的“慢地震”，在俯冲带上以及圣安德列斯断层上的“寂静地震”，还有在大型的逆冲断层下面周期性的缓慢滑动事件及与其相关的间歇性的间歇颤动等等，均应引起足够的重视(陈运泰，1993、2007；王阎昭等，2007)。最后，我们感念那些因为地震而援救的人。我们会记得地震带来的废墟，同样，我们也会记得群众自发的加油呐喊以及给灾民们献血的长队。

面对重大自然灾害，每个人都是渺小的，每个人都会有无助感。当家园蒙难之时，个人的努力杯水车薪，但举国之力，却足以构筑起坚强的堡垒。

祭奠这段历史，就是要让大家感到，无情的灾难来临之时，我们的身边，还有一股无比强大的温暖与力量，我们最终的、也是唯一的依靠，我们最大的底气与责任担当——国家！灾难所激发出的悲愤力量，不会被庸常平静所消磨殆尽；面对灾难时所展现的众志成城，也不会在伤疤愈合后再度丢失。祭奠不仅是为了告慰过去的人和事，更是为了让幸存于世的人们过得更好。我们知道，国强民富，百姓安居乐业是对逝者最好的告慰，也是对生者最好的安慰。

愿死者安息，生者奋然！

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