当前地震预测研究的状况报告

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当前地震预测研究的状况报告

摘要：地震预测研究的进展如何？2015年4月25日发生在尼泊尔的8.1级强震导致了重大人员伤亡和财产损失。在国际社会积极援助尼泊尔人民抗震救灾的同时，不少人也开始争论起地震是否可以预报。事实上，与中国一样，国际上对此亦争论不休，而各国地震研究，亦多次沉浮波折。但不可否认自上世纪60年代以来地震预测在一些方面取得一些有意义的进展，尤其是在中长期地震预测上。目前我们已形成了一套较为科学有效的预测思路：融合运用地质方法、统计学方法、前兆法，把3种不同思路所得放在一起对比参照，力求对未来的地震活动作出估计。虽然困扰地震预测的三大难题：地球内部的不可入性、地震活动的复杂性、地震发生的小概率性依然无法解决，但是不可否认的是依靠科技进步和科学家们的不断深入研究、地震科学研究的不断深入开展、通过运用各种高新技术：卫星遥感等对地震活动的监测和观察以及在地震科学试验场中对地震活动的研究将会使我们在地震预测研究上取得更大的进展。

关键词：地震预测；地质方法；统计学方法；前兆法；现状

2 西安交通大学学报 第45卷

1、地震预测问题的时代背景

地震到底能不能预测？2015年4月25日发生在尼泊尔的8.1级强震导致了重大人员伤亡和财产损失。在积极抗震救灾的同时，不少中国人人也开始争论起地震是否可以预报。事实上，与中国一样，国际上对此亦争论不休，而各国地震研究，亦多次沉浮波折。从国际科学界的相关研究分析，最近二十年包括美国和日本顶级地震学家在内的各国权威学者认为，地震是无法预测的，从事这方面的研究工作是一项毫无希望的工作。美国地质勘探局明确表示，他们的工作不是预测地震，而是只做长期概率预报，在此基础上他们致力于通过提高基础设施的安全等级来长期减弱地震的危害性。但是依靠科技进步通过地质研究和一些数学统计方法对地震发生概率的统计科学家们已能在地震发生前夕进行一些预警，虽然离社会需求仍相差盛甚远但已开始为人类减少生命和财产损失发挥积极的作用。如何更为有效地进行地震预测已越来越成为人类的迫切需求。

2、当前世界主要国家对地震预测的研究

2.1美国。在美国实际上并没有专门的地震局，美国官方负责地震预报预测研究工作的政府部门主要是美国地质勘探局(USGS)。除了地震之外，他们还要面对的是龙卷风、热飓风、火山爆发等自然灾害的研究。

美国地质勘探局的研究工作被普遍认为代表了

目前世界上最高水平。但美国地质勘探局明确表示，他们的工作不是预测地震。

1997年，日本东京大学、加州大学洛杉矶分校等学校的4名地震学者联名在《科学》杂志发表了《地震无法被预测》的论文。该文指出，在对地震预测进行了近30年的苦心研究之后，得出的结论是：地震是无法预测的，从事这方面的研究工作是一项毫无希望的工作。

2008年，美国地质勘探局(USGS)曾对有关地震预报的问题，作出过一次正式的对媒体的回答。这项声明，至今可以在其官方网站中查询到。在这份简短的声明中，美国地质勘探局用最明确无误的文字指出，无论是美国地质勘探局还是美国加州理工学院或者任何其他科学家都没有预报过一次大地震。在可预见的未来他们不知道如何预报，并且也不打算知道。

不过，美国地质勘探局在声明中也强调，借助科学数据，可以计算出未来将发生地震的可能性。比如，在未来30年内，旧金山湾区发生一次重大地震的概率为67%。在声明的最后，他们指出，他们的工作是致力于通过提高基础设施的安全等级来长期减弱地震的危害性，而不是把精力放在研究短期预报上。

2.2日本。早在1989年，日本的铁道技术研究所就开发出了世界上第一个实用性的地震预警系统；1996年阪神大地震后建立了高敏度地震观测网；2004年全国性的地震预警系统试运行，2006年正式运行。东京大学的地震专家目黑公郎教授曾模拟过一次东海大地震，研究显示，在地震预警100%普及的情况下，能使死亡人数减少80%。

但是需要明确的概念是，地震预警并不同于地震预报。地震预报是指在地震发生之前，对有可能发生的地震进行事先通知；地震预警则是在地震发

生之后，在地震波到达受害地表、造成破坏之前发出警报。日本目前所做的工作，其实是地震发生后几秒钟时间的快速预警，而不是地震发生前的预报。 地震的实体波有两种，一是破坏性较弱的纵波(P波)，在地壳中的传播速度约为5.5~7公里/秒；一是破坏性较强的横波(S波)，在地壳中的传播速度为3.2~4公里/秒。而相比之下，电波的速度为30万公里/秒。日本目前开发出的地震预警系统，就是利用电波的速度比地震波快的特点，来打时间差。 设在地底深处的地震仪检测到纵波后，立刻传给计算机，计算机则分析震源、震级、地震波到达各个地方的时间与烈度，然后传给日本气象厅。一旦预测到之后到达地表的横波的破坏性达到一定程度，就通过电视、广播和卫星等数据传输系统发布紧急地震警报。即使处于关机状态，电视、手机也能马上收到警报。在乡村，当地政府还会发给居民收音机，以确保他们能及时得到疏散的信息。 2.3意大利。2009年意大利拉奎拉地震发生前一个月，一名实验室技术人员根据地面增加的放射性氡气排放量，研判会有大地震发生。官方的专家在拉奎拉召开会议，大量接受媒体访问，保证说不会发生地震。官方的地震测报中心官员后来遭到民众指控提供不正确的资讯，7名科学家以过失杀人罪名被判处6年徒刑。

2.4中国。地震预测研究，在世界和我国大约都是从20世纪五六十年代才开始的。我国自1966年邢台地震以来，广泛开展了地震预报的研究。经过40多年的努力，取得了一定进展，曾经不同程度的预报过一些破坏性地震。例如，1975年，我国成功预报了2月4日发生于辽宁海城的7.3级强烈地震，并在震前果断地采取了预防措施，使这次地震的伤亡和损失大大减小。但是，地震预测是世界公认的科学难题，在国内外都处于探索阶段。有关方法所观测到的各种可能与地震有关的现象，都呈现出极大的复杂性；科研人员所作出的预报，特别是短临预报，主要是经验性的。

我国地震预报的水平和现状可以概括为：

(1)对地震前兆现象有所了解，但远远没有达到规律性的认识；

(2)在一定条件下能够对某些类型的地震，作出一定程度的预报；

(3)对中长期预报有一定的认识，但短临预报成功率还很低。

2.5国际组织。国际组织对地震预测工作的促进，

1965年，联合国教科文组织(UNESCO)曾委托国际地震学和地球内部物理学协会(IASPEI)组织工作组，召开过多次地震预测讨论会，负责联合不同国家，共同改进地震预测方法。

3、地震预测的科学定义

地震预报是针对破坏性地震而言的，是指在破坏性地震发生前作出预报，使人们可以防备。

地震预报要指出地震发生的时间、地点、震级，这就是地震预报的三要素。完整的地震预报这三个要素缺一不可。

地震预报按时间尺度可作如下划分：

长期预报 指对未来10年内可能发生破坏性地震的地域的预报。

中期预报 指对未来1～2年内可能发生破坏性地震的地域和强度的预报。

短期预报 指对3个月内将要发生地震的时间、地点、震级的预报。

临震预报 指对10日内将要发生地震的时间、地点、震级的预报。

地震预报应备高度的准确性。预报不准会引起居民不必要的恐慌，给社会、经济带来损失。但可靠的预测是非常困难的，因为人类至今对地震的成因和规律还认识得很不够。地震学家不能直接观测地球内部，以致对地震的孕育过程和影响这一过程的种种因素缺乏观测数据。因此，尽管地震预测问题提出很久，但进展缓慢。各国科学家为此作了很大努力，但至今仍不能准确预测地震，在最好的情况下也只能做出很粗略的估计。

4、地震预测研究取得的一些有意义的进展

4.1地震空区。在地震长期预测方面是板块边界地震空区的确认。在环太平洋地震带，几乎所有的大地震都发生在利用“地震空区”方法预先确定的空区内。在我国，板内地震空区的识别也有一些成功的震例。基于该理论，普遍认为地震预测成功的案例

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有：帕克菲尔德地震、1989年洛马普列塔地震。但也存在反面的例子：日本东海大地震，其实践表明即使对于像这样一种发生于板块边界的、看上去很有规律的历史地震序列，准确的预报也是很困难的。 4.2应力影区。目前，运用应力影区模式对许多地震序列做了很有意义的回溯性的研究，不过尚未被用于地震预报试验。 4.3地震活动性图像。地震活动性图像是用得最多的一种地震预测方法。之所以用得多，部分原因是比较可靠的地震活动性资料几乎随处可得。 4.4图像识别。运用该方法对2003年9月25日发生在日本北海道的 8．1级大地震以及加利福尼亚中部2003年12月22日圣西蒙6．5级地震在震前做出了预报，并取得了成功。

5、当前地震预测的主要方法

地震是大地构造活动的结果，所以地震的发生必然和一定的构造环境有关。同时，地震不是孤立发生的，它只是整个构造活动过程中的一个事件，在这个事件之前，还会发生其他事件。如果能确认地震前所发生的事件，就可以利用它作为前兆来预测地震。另外，地震的发生又带有随机性。在积累着的构造应力作用下，岩石在何时、何处发生破裂，决定于局部构造中的薄弱点及其性质，而对这些薄弱点的分布和性质常常不能清楚了解；此外，地震还可能受一些未知因素的影响。因此，预测地震有时就归结为估计地震发生的概率问题。 根据以上这些考虑,地震预测方法大致可以分为3类：地震地质、地震统计和地震前兆。它们不是彼此无关，而是互有联系的。若将3种方法配合使用，效果会更好。 5.1地质方法。从地震发生的地质构造条件出发，宏观地估计地震可发生的地点和强度。这种在大面积上划分未来地震的危险地带，确定不同强度的危险地区的方法叫做地震区域划分。由于地质的时间尺度太大，中短期地震的时间预测不能依靠这一方法，只能用于地震的长期预报。 5.2统计方法。在以往的地震记录中去寻找可能存在的统计规律，估计地震的危险性，预测出发生某种强度的地震的概率。统计方法的可信度取决于资料的多寡。中国历史悠久，在有些地区，地震资料丰富，运用统计方法可以提供有意义的结果。但从概

率学上说，当前的样本仍远远不够做出可靠性的预测。

5.3前兆方法。根据前兆现象预测未来地震的时间、地点与强度的方法。地质方法的着眼点是地震发生的地质条件和在比较大的空间、时间尺度内地震活动的变化。统计方法所指出的只是地震发生的概率和地震活动的某种“平均”状态。若要明确地预测地震的发生地点、强度和时间，还是要靠地震的前兆。所以寻找地震前兆是地震预测的核心问题。为了取得可靠的地震前兆，必须开展长期、广泛的观测和研究。

以上 3种思路都有片面性，都不能独立地解决地震预测问题 。实际采取的是综合的办法，把3种不同思路所得放在一起对比参照，力求对未来的地震活动作出估计。

6、地震预测的难点

6.1地球内部的的不可入性。人类不知道地震的确切原因，也不知道地壳的情况。人类对地壳的了解，还没有人类对太空的了解多。地震是地壳板块运动的应力释放。理论上，地震是可以预测的，只要在地壳板块边缘的地震高发带广泛地埋入应力传感器就可以像预报天气一样“预报”地震了。但那只是“理论上”的可能性——要预测地震，传感器需要埋多深呢？震源深度不到60000米的叫“浅源地震”，超过60000米的叫做“深源地震”，史上对人类影响最大的地震8成都是震源深度在30000米以内的“浅源地震”，也就是说，传感器至少要埋至30000米深度。但至今人类科技挖的最深的洞也不过12261米，已是比肩轨道空间站、深海勘探船的俄罗斯三大顶尖科技成就之一，更别说把传感器广泛埋入30000米深度的地震带了。 6.2地震物理过程的复杂性。从常识上说，不言而喻，地震是发生于极为复杂的地质环境中的一种自然现象，地震过程是高度非线性的、极为复杂的物理过程。地震前兆出现的复杂性和多变性可能与地震震源区地质环境的复杂性以及地震过程的高度非线性、复杂性密切相关。

从专业技术的层面具体地说，地震物理过程的复杂性指的是地震物理过程在从宏观至微观的所有层次上都是很复杂的。例如，宏观上，地震的复杂性表现在：在同一断层段上两次地震破裂之间的时问

间隔长短不一，变化很大，地震的发生是非周期性的；地震在很宽的震级范围内遵从古登堡一里克特定律；在同一断层段上不同时间发生的地震其断层面上滑动量的分布图像很不相同；大地震通常跟着大量的余震，而且大的余震常常还有自己的余震；等等。就单个地震而言，地震也是很复杂的，如：发生地震破裂时，破裂面的前沿的不规则性；地震发生后断层面上的剩余应力(震后应力)分布的不均匀性，等等。在微观上，地震的复杂性表现在：地震的起始也是很复杂的，先是在“成核区”内缓慢地演化，然后突然快速地动态破裂、“级联”式地骤然演变成一个大地震。这些复杂性是否彼此有关联?如果有，是什么样的一种关系?非常值得深究。从基础科学的观点来看，研究地震的复杂性有助于深入理解地震现象和类似于地震的其它现象的普适性；反过来，对于地震现象和类似于地震的其他现象的普适性的认识必将有助于深化对地震现象的认识从而有助于预防与减轻地震灾害。 6.3大地震的非频发性。总的来说大地震发生的概率还是很低的，这造成提供给人们研究的样本非常少。样本太少就谈不上规律性研究和发生概率上的统计学研究，这对基于概率统计学上的预测缺乏依据。

7、实现有效地震预测的未来研究方向

7.1依靠科技进步和科学家们的不懈努力。虽然目前人类在地震面前还很弱小，在地震预测方面甚至严格上谈不上成功的预测，有点人甚至存在这样的悲观观点：以地震这样的复杂系统而言，应用奥卡姆剃刀，“不存在任何规律”和“存在规律，但我们暂时不知道”是没有任何区别的。但是相信随着科学的发展，人类在计算能力上的突破，我们最终能在地震规律上有所发现并成功运用到地震预测中。 7.2建设完整的地震监测和预警系统。在实现地震前提供紧急警报的同时给我们提供观察地震时地壳活动规律和地表前兆的条件。20世纪90年代以来，空间对地观测技术和数字地震观测技术的进步，使得观测(现代地壳运动、地球内部结构、地震震源过程以及地震前兆的)技术，在分辨率、覆盖面、动态性等方面都有了飞跃式的发展，高新技术[如全球定位系统(GPS)、卫星孔径雷达干涉测量术(InSAR)等空间大地测量技术，用于探测地震前兆的“地震卫星”，等等。在地球科学中的应用万方数据为地震预测研究带来了新的机遇，多学科协同配合和相互渗透是寻找发现与可靠地确定地震前兆的有力的手段。

7.3建设地震模拟科学实验场。模拟科学实验场不仅可以完美解决目前人类掌握的地震资料样本欠缺的问题还能为科学家们通过地震规律研究建立起的科学模型提供理想的实验观测场所，这对地震研究的推动作用是极大的。

7.4国家和国际社会都应对地震预测始终持有积极乐观的心态。通过国际上的协作资源共享和各国科学家们的齐心协力，相信地震预测一定会取得重大突破。

8、结语

以上引入的地震预测的科学概念和地震预测根

据时间尺度的划分；介绍了人类在地震预测科学研究理论上到目前所取得的突破和成就、当前进行地震预测的方法，同时介绍了当前各国在地震预测预警实践中的经验和具体取措。但不能否认的是目前地震预测的总体水平、特别是短期与临震预测的水平仍然不高，与社会需求相距仍甚远；地球的不可入性、地震活动规律的复杂性、和地震样本的匮乏仍是困扰人类地震科学研究三大难题。虽然目前人类在地震面前还很弱小，在地震预测方面甚至严格上谈不上成功的预测，有点人甚至存在这样的悲观观点：以地震这样的复杂系统而言，应用奥卡姆剃刀，“不存在任何规律”和“存在规律，但我们暂时不知道”是没有任何区别的，人类在未来依旧无能为力。但谁又能在40多年前能想像我们目前所取得的进展呢？所以依靠科技的进步和科学有效的研究方法，地震预测的前景是审慎而乐观的。

参考文献：

陈运泰．2007．地震预测现状与前景．见：中国科学院(主编)：2007科学发展报告[M]．北京：科学出版社，173～182

陆远忠，陈章立，王碧泉，刘蒲雄，刘文龙，戴维乐．1985．地震预报的地震学方法[M]．北京：地震出版社，268