当前地震预测研究的状况报告
當前地震預測研究的狀況報告
摘要：地震預測研究的進展如何？2015年4月25日發(fā)生在尼泊爾的8.1級強震導致了重大人員傷亡和財產損失。在國際社會積極援助尼泊爾人民抗震救災的同時，不少人也開始爭論起地震是否可以預報。事實上，與中國一樣，國際上對此亦爭論不休，而各國地震研究，亦多次沉浮波折。但不可否認自上世紀60年代以來地震預測在一些方面取得一些有意義的進展，尤其是在中長期地震預測上。目前我們已形成了一套較為科學有效的預測思路：融合運用地質方法、統(tǒng)計學方法、前兆法，把3種不同思路所得放在一起對比參照，力求對未來的地震活動作出估計。雖然困擾地震預測的三大難題：地球內部的不可入性、地震活動的復雜性、地震發(fā)生的小概率性依然無法解決，但是不可否認的是依靠科技進步和科學家們的不斷深入研究、地震科學研究的不斷深入開展、通過運用各種高新技術：衛(wèi)星遙感等對地震活動的監(jiān)測和觀察以及在地震科學試驗場中對地震活動的研究將會使我們在地震預測研究上取得更大的進展。
關鍵詞：地震預測；地質方法；統(tǒng)計學方法；前兆法；現(xiàn)狀
2 西安交通大學學報 第45卷
1、地震預測問題的時代背景
地震到底能不能預測？2015年4月25日發(fā)生在尼泊爾的8.1級強震導致了重大人員傷亡和財產損失。在積極抗震救災的同時，不少中國人人也開始爭論起地震是否可以預報。事實上，與中國一樣，國際上對此亦爭論不休，而各國地震研究，亦多次沉浮波折。從國際科學界的相關研究分析，最近二十年包括美國和日本頂級地震學家在內的各國權威學者認為，地震是無法預測的，從事這方面的研究工作是一項毫無希望的工作。美國地質勘探局明確表示，他們的工作不是預測地震，而是只做長期概率預報，在此基礎上他們致力于通過提高基礎設施的安全等級來長期減弱地震的危害性。但是依靠科技進步通過地質研究和一些數(shù)學統(tǒng)計方法對地震發(fā)生概率的統(tǒng)計科學家們已能在地震發(fā)生前夕進行一些預警，雖然離社會需求仍相差盛甚遠但已開始為人類減少生命和財產損失發(fā)揮積極的作用。如何更為有效地進行地震預測已越來越成為人類的迫切需求。
2、當前世界主要國家對地震預測的研究
2.1美國。在美國實際上并沒有專門的地震局，美國官方負責地震預報預測研究工作的政府部門主要是美國地質勘探局(USGS)。除了地震之外，他們還要面對的是龍卷風、熱颶風、火山爆發(fā)等自然災害的研究。
美國地質勘探局的研究工作被普遍認為代表了
目前世界上最高水平。但美國地質勘探局明確表示，他們的工作不是預測地震。
1997年，日本東京大學、加州大學洛杉磯分校等學校的4名地震學者聯(lián)名在《科學》雜志發(fā)表了《地震無法被預測》的論文。該文指出，在對地震預測進行了近30年的苦心研究之后，得出的結論是：地震是無法預測的，從事這方面的研究工作是一項毫無希望的工作。
2008年，美國地質勘探局(USGS)曾對有關地震預報的問題，作出過一次正式的對媒體的回答。這項聲明，至今可以在其官方網站中查詢到。在這份簡短的聲明中，美國地質勘探局用最明確無誤的文字指出，無論是美國地質勘探局還是美國加州理工學院或者任何其他科學家都沒有預報過一次大地震。在可預見的未來他們不知道如何預報，并且也不打算知道。
不過，美國地質勘探局在聲明中也強調，借助科學數(shù)據(jù)，可以計算出未來將發(fā)生地震的可能性。比如，在未來30年內，舊金山灣區(qū)發(fā)生一次重大地震的概率為67%。在聲明的最后，他們指出，他們的工作是致力于通過提高基礎設施的安全等級來長期減弱地震的危害性，而不是把精力放在研究短期預報上。
2.2日本。早在1989年，日本的鐵道技術研究所就開發(fā)出了世界上第一個實用性的地震預警系統(tǒng)；1996年阪神大地震后建立了高敏度地震觀測網；2004年全國性的地震預警系統(tǒng)試運行，2006年正式運行。東京大學的地震專家目黑公郎教授曾模擬過一次東海大地震，研究顯示，在地震預警100%普及的情況下，能使死亡人數(shù)減少80%。
但是需要明確的概念是，地震預警并不同于地震預報。地震預報是指在地震發(fā)生之前，對有可能發(fā)生的地震進行事先通知；地震預警則是在地震發(fā)
生之后，在地震波到達受害地表、造成破壞之前發(fā)出警報。日本目前所做的工作，其實是地震發(fā)生后幾秒鐘時間的快速預警，而不是地震發(fā)生前的預報。 地震的實體波有兩種，一是破壞性較弱的縱波(P波)，在地殼中的傳播速度約為5.5~7公里/秒；一是破壞性較強的橫波(S波)，在地殼中的傳播速度為3.2~4公里/秒。而相比之下，電波的速度為30萬公里/秒。日本目前開發(fā)出的地震預警系統(tǒng)，就是利用電波的速度比地震波快的特點，來打時間差。 設在地底深處的地震儀檢測到縱波后，立刻傳給計算機，計算機則分析震源、震級、地震波到達各個地方的時間與烈度，然后傳給日本氣象廳。一旦預測到之后到達地表的橫波的破壞性達到一定程度，就通過電視、廣播和衛(wèi)星等數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)布緊急地震警報。即使處于關機狀態(tài)，電視、手機也能馬上收到警報。在鄉(xiāng)村，當?shù)卣€會發(fā)給居民收音機，以確保他們能及時得到疏散的信息。 2.3意大利。2009年意大利拉奎拉地震發(fā)生前一個月，一名實驗室技術人員根據(jù)地面增加的放射性氡氣排放量，研判會有大地震發(fā)生。官方的專家在拉奎拉召開會議，大量接受媒體訪問，保證說不會發(fā)生地震。官方的地震測報中心官員后來遭到民眾指控提供不正確的資訊，7名科學家以過失殺人罪名被判處6年徒刑。
2.4中國。地震預測研究，在世界和我國大約都是從20世紀五六十年代才開始的。我國自1966年邢臺地震以來，廣泛開展了地震預報的研究。經過40多年的努力，取得了一定進展，曾經不同程度的預報過一些破壞性地震。例如，1975年，我國成功預報了2月4日發(fā)生于遼寧海城的7.3級強烈地震，并在震前果斷地采取了預防措施，使這次地震的傷亡和損失大大減小。但是，地震預測是世界公認的科學難題，在國內外都處于探索階段。有關方法所觀測到的各種可能與地震有關的現(xiàn)象，都呈現(xiàn)出極大的復雜性；科研人員所作出的預報，特別是短臨預報，主要是經驗性的。
我國地震預報的水平和現(xiàn)狀可以概括為：
(1)對地震前兆現(xiàn)象有所了解，但遠遠沒有達到規(guī)律性的認識；
(2)在一定條件下能夠對某些類型的地震，作出一定程度的預報；
(3)對中長期預報有一定的認識，但短臨預報成功率還很低。
2.5國際組織。國際組織對地震預測工作的促進，
1965年，聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)曾委托國際地震學和地球內部物理學協(xié)會(IASPEI)組織工作組，召開過多次地震預測討論會，負責聯(lián)合不同國家，共同改進地震預測方法。
3、地震預測的科學定義
地震預報是針對破壞性地震而言的，是指在破壞性地震發(fā)生前作出預報，使人們可以防備。
地震預報要指出地震發(fā)生的時間、地點、震級，這就是地震預報的三要素。完整的地震預報這三個要素缺一不可。
地震預報按時間尺度可作如下劃分：
長期預報 指對未來10年內可能發(fā)生破壞性地震的地域的預報。
中期預報 指對未來1～2年內可能發(fā)生破壞性地震的地域和強度的預報。
短期預報 指對3個月內將要發(fā)生地震的時間、地點、震級的預報。
臨震預報 指對10日內將要發(fā)生地震的時間、地點、震級的預報。
地震預報應備高度的準確性。預報不準會引起居民不必要的恐慌，給社會、經濟帶來損失。但可靠的預測是非常困難的，因為人類至今對地震的成因和規(guī)律還認識得很不夠。地震學家不能直接觀測地球內部，以致對地震的孕育過程和影響這一過程的種種因素缺乏觀測數(shù)據(jù)。因此，盡管地震預測問題提出很久，但進展緩慢。各國科學家為此作了很大努力，但至今仍不能準確預測地震，在最好的情況下也只能做出很粗略的估計。
4、地震預測研究取得的一些有意義的進展
4.1地震空區(qū)。在地震長期預測方面是板塊邊界地震空區(qū)的確認。在環(huán)太平洋地震帶，幾乎所有的大地震都發(fā)生在利用“地震空區(qū)”方法預先確定的空區(qū)內。在我國，板內地震空區(qū)的識別也有一些成功的震例。基于該理論，普遍認為地震預測成功的案例
4 西安交通大學學報 第45卷
有：帕克菲爾德地震、1989年洛馬普列塔地震。但也存在反面的例子：日本東海大地震，其實踐表明即使對于像這樣一種發(fā)生于板塊邊界的、看上去很有規(guī)律的歷史地震序列，準確的預報也是很困難的。 4.2應力影區(qū)。目前，運用應力影區(qū)模式對許多地震序列做了很有意義的回溯性的研究，不過尚未被用于地震預報試驗。 4.3地震活動性圖像。地震活動性圖像是用得最多的一種地震預測方法。之所以用得多，部分原因是比較可靠的地震活動性資料幾乎隨處可得。 4.4圖像識別。運用該方法對2003年9月25日發(fā)生在日本北海道的 8．1級大地震以及加利福尼亞中部2003年12月22日圣西蒙6．5級地震在震前做出了預報，并取得了成功。
5、當前地震預測的主要方法
地震是大地構造活動的結果，所以地震的發(fā)生必然和一定的構造環(huán)境有關。同時，地震不是孤立發(fā)生的，它只是整個構造活動過程中的一個事件，在這個事件之前，還會發(fā)生其他事件。如果能確認地震前所發(fā)生的事件，就可以利用它作為前兆來預測地震。另外，地震的發(fā)生又帶有隨機性。在積累著的構造應力作用下，巖石在何時、何處發(fā)生破裂，決定于局部構造中的薄弱點及其性質，而對這些薄弱點的分布和性質常常不能清楚了解；此外，地震還可能受一些未知因素的影響。因此，預測地震有時就歸結為估計地震發(fā)生的概率問題。 根據(jù)以上這些考慮,地震預測方法大致可以分為3類：地震地質、地震統(tǒng)計和地震前兆。它們不是彼此無關，而是互有聯(lián)系的。若將3種方法配合使用，效果會更好。 5.1地質方法。從地震發(fā)生的地質構造條件出發(fā)，宏觀地估計地震可發(fā)生的地點和強度。這種在大面積上劃分未來地震的危險地帶，確定不同強度的危險地區(qū)的方法叫做地震區(qū)域劃分。由于地質的時間尺度太大，中短期地震的時間預測不能依靠這一方法，只能用于地震的長期預報。 5.2統(tǒng)計方法。在以往的地震記錄中去尋找可能存在的統(tǒng)計規(guī)律，估計地震的危險性，預測出發(fā)生某種強度的地震的概率。統(tǒng)計方法的可信度取決于資料的多寡。中國歷史悠久，在有些地區(qū)，地震資料豐富，運用統(tǒng)計方法可以提供有意義的結果。但從概
率學上說，當前的樣本仍遠遠不夠做出可靠性的預測。
5.3前兆方法。根據(jù)前兆現(xiàn)象預測未來地震的時間、地點與強度的方法。地質方法的著眼點是地震發(fā)生的地質條件和在比較大的空間、時間尺度內地震活動的變化。統(tǒng)計方法所指出的只是地震發(fā)生的概率和地震活動的某種“平均”狀態(tài)。若要明確地預測地震的發(fā)生地點、強度和時間，還是要靠地震的前兆。所以尋找地震前兆是地震預測的核心問題。為了取得可靠的地震前兆，必須開展長期、廣泛的觀測和研究。
以上 3種思路都有片面性，都不能獨立地解決地震預測問題 。實際采取的是綜合的辦法，把3種不同思路所得放在一起對比參照，力求對未來的地震活動作出估計。
6、地震預測的難點
6.1地球內部的的不可入性。人類不知道地震的確切原因，也不知道地殼的情況。人類對地殼的了解，還沒有人類對太空的了解多。地震是地殼板塊運動的應力釋放。理論上，地震是可以預測的，只要在地殼板塊邊緣的地震高發(fā)帶廣泛地埋入應力傳感器就可以像預報天氣一樣“預報”地震了。但那只是“理論上”的可能性——要預測地震，傳感器需要埋多深呢？震源深度不到60000米的叫“淺源地震”，超過60000米的叫做“深源地震”，史上對人類影響最大的地震8成都是震源深度在30000米以內的“淺源地震”，也就是說，傳感器至少要埋至30000米深度。但至今人類科技挖的最深的洞也不過12261米，已是比肩軌道空間站、深海勘探船的俄羅斯三大頂尖科技成就之一，更別說把傳感器廣泛埋入30000米深度的地震帶了。 6.2地震物理過程的復雜性。從常識上說，不言而喻，地震是發(fā)生于極為復雜的地質環(huán)境中的一種自然現(xiàn)象，地震過程是高度非線性的、極為復雜的物理過程。地震前兆出現(xiàn)的復雜性和多變性可能與地震震源區(qū)地質環(huán)境的復雜性以及地震過程的高度非線性、復雜性密切相關。
從專業(yè)技術的層面具體地說，地震物理過程的復雜性指的是地震物理過程在從宏觀至微觀的所有層次上都是很復雜的。例如，宏觀上，地震的復雜性表現(xiàn)在：在同一斷層段上兩次地震破裂之間的時問
間隔長短不一，變化很大，地震的發(fā)生是非周期性的；地震在很寬的震級范圍內遵從古登堡一里克特定律；在同一斷層段上不同時間發(fā)生的地震其斷層面上滑動量的分布圖像很不相同；大地震通常跟著大量的余震，而且大的余震常常還有自己的余震；等等。就單個地震而言，地震也是很復雜的，如：發(fā)生地震破裂時，破裂面的前沿的不規(guī)則性；地震發(fā)生后斷層面上的剩余應力(震后應力)分布的不均勻性，等等。在微觀上，地震的復雜性表現(xiàn)在：地震的起始也是很復雜的，先是在“成核區(qū)”內緩慢地演化，然后突然快速地動態(tài)破裂、“級聯(lián)”式地驟然演變成一個大地震。這些復雜性是否彼此有關聯(lián)?如果有，是什么樣的一種關系?非常值得深究。從基礎科學的觀點來看，研究地震的復雜性有助于深入理解地震現(xiàn)象和類似于地震的其它現(xiàn)象的普適性；反過來，對于地震現(xiàn)象和類似于地震的其他現(xiàn)象的普適性的認識必將有助于深化對地震現(xiàn)象的認識從而有助于預防與減輕地震災害。 6.3大地震的非頻發(fā)性。總的來說大地震發(fā)生的概率還是很低的，這造成提供給人們研究的樣本非常少。樣本太少就談不上規(guī)律性研究和發(fā)生概率上的統(tǒng)計學研究，這對基于概率統(tǒng)計學上的預測缺乏依據(jù)。
7、實現(xiàn)有效地震預測的未來研究方向
7.1依靠科技進步和科學家們的不懈努力。雖然目前人類在地震面前還很弱小，在地震預測方面甚至嚴格上談不上成功的預測，有點人甚至存在這樣的悲觀觀點：以地震這樣的復雜系統(tǒng)而言，應用奧卡姆剃刀，“不存在任何規(guī)律”和“存在規(guī)律，但我們暫時不知道”是沒有任何區(qū)別的。但是相信隨著科學的發(fā)展，人類在計算能力上的突破，我們最終能在地震規(guī)律上有所發(fā)現(xiàn)并成功運用到地震預測中。 7.2建設完整的地震監(jiān)測和預警系統(tǒng)。在實現(xiàn)地震前提供緊急警報的同時給我們提供觀察地震時地殼活動規(guī)律和地表前兆的條件。20世紀90年代以來，空間對地觀測技術和數(shù)字地震觀測技術的進步，使得觀測(現(xiàn)代地殼運動、地球內部結構、地震震源過程以及地震前兆的)技術，在分辨率、覆蓋面、動態(tài)性等方面都有了飛躍式的發(fā)展，高新技術[如全球定位系統(tǒng)(GPS)、衛(wèi)星孔徑雷達干涉測量術(InSAR)等空間大地測量技術，用于探測地震前兆的“地震衛(wèi)星”，等等。在地球科學中的應用萬方數(shù)據(jù)為地震預測研究帶來了新的機遇，多學科協(xié)同配合和相互滲透是尋找發(fā)現(xiàn)與可靠地確定地震前兆的有力的手段。
7.3建設地震模擬科學實驗場。模擬科學實驗場不僅可以完美解決目前人類掌握的地震資料樣本欠缺的問題還能為科學家們通過地震規(guī)律研究建立起的科學模型提供理想的實驗觀測場所，這對地震研究的推動作用是極大的。
7.4國家和國際社會都應對地震預測始終持有積極樂觀的心態(tài)。通過國際上的協(xié)作資源共享和各國科學家們的齊心協(xié)力，相信地震預測一定會取得重大突破。
8、結語
以上引入的地震預測的科學概念和地震預測根
據(jù)時間尺度的劃分；介紹了人類在地震預測科學研究理論上到目前所取得的突破和成就、當前進行地震預測的方法，同時介紹了當前各國在地震預測預警實踐中的經驗和具體取措。但不能否認的是目前地震預測的總體水平、特別是短期與臨震預測的水平仍然不高，與社會需求相距仍甚遠；地球的不可入性、地震活動規(guī)律的復雜性、和地震樣本的匱乏仍是困擾人類地震科學研究三大難題。雖然目前人類在地震面前還很弱小，在地震預測方面甚至嚴格上談不上成功的預測，有點人甚至存在這樣的悲觀觀點：以地震這樣的復雜系統(tǒng)而言，應用奧卡姆剃刀，“不存在任何規(guī)律”和“存在規(guī)律，但我們暫時不知道”是沒有任何區(qū)別的，人類在未來依舊無能為力。但誰又能在40多年前能想像我們目前所取得的進展呢？所以依靠科技的進步和科學有效的研究方法，地震預測的前景是審慎而樂觀的。
參考文獻：
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的当前地震预测研究的状况报告的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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