2008年5月12日我国四川省汶川地区发生8.0级大地震，海外邪教法轮功乘机闹事，其表现之一是，发表文章称：“四川地震烈度高达里氏7.8级，但是中国国家地震局事前没有作出任何预报”，并以此为由，疯狂制造种种谣言，攻击国家地震局，进而达到攻击党和政府的目的。

　　不错，对这次汶川大地震，国家地震局事前是没有作出“临震”预报。但这是否能成为邪教法轮功指责国家地震局与攻击党和政府的理由呢？从科学的角度来，显然不能！这中间有一个如何科学地认识地震灾害和地震预报的问题。本文试图就此作一点说明。

　　地震，是一种典型的自然系统无序现象。当地震出现时，地面不规则运动剧烈，山崩地裂，呈一种无序状态。但灾害是相对于人类来说的。自然界的无序，只有危及人类的生存，才谓之为灾害。这次我国汶川大地震，之所以称之为灾害，不仅因为其震感强烈，山崩地裂，山体滑坡，而且更重要的是，这次地震导致了房倒屋塌，烟囱折断；公路堵塞，铁轨变形；震后，通讯中断，交通受阻，供水供电系统被毁坏，整个汶川地区变成了一片废墟，人员伤亡惨重。因此，自然灾害实际上是“人--自然系统”中的一种无序现象。

　　无序，它是如何形成的？它具有何种性态？这一直是令人困惑的研究领域。自20世纪七十年代之后，科学家才开始找到了研究某类特殊性态的无序的门径，这就是“混沌理论”。混沌理论，作为非平衡态统计物理学的最新发展，揭示了一类特殊性态的无序（即在表现上是无序，但其内部却具有一定的规律性）现象的内在规律。混沌理论是一种研究系统演化过程中进入一类特殊无序态的学科。科学家通过研究发现，地震灾害也具有这种特殊无序的性态。科学家曾建立了地震的数学模型，并在电子计算机上进行模拟，结果发现，其某些变量的变化曲线呈混沌态。因此，我们可以用混沌理论来研究地震灾害，揭示它们产生的机制，以及科学合理地分析人们十分关注的有关地震灾害能否预报的问题。

　　一、地震灾害具有混沌无序性

　　首先，我们想说明地震灾害具有混沌无序性。为此，我们先要简单地介绍一下混沌态无序的特征，特别是其中某些量的变化曲线的特征。然后，再把某些地震灾害中一些量的变化曲线与之比较，从而发现它们有惊人的相似之处，由此说明某些自然灾害确实具有混沌态无序的特征。

　　“混沌”一词，意为紊乱、无秩序、无规则或混乱。混沌理论所指的混沌是一类特殊的无序状态。它常常是指复杂的非线性动力系统本身产生的一种不规则（非周期）的宏观时空行为。这种无序不是单纯的、一般的混乱，它是一种在表观上的无序，并且有其内在的规律性。它具体地表现为如下特征。（1）混沌系统对初始条件具有敏感的依赖性，即对系统的初始条件的任何微小的扰动，都会在整个系统中得到逐级放大，最后致使系统所达到的状态毫无相似之处。人们常说，事物的发展往往有一个临界点，在那里小小的变化也会放大。因此，对初始条件的敏感性依赖意味着，在混沌系统中这种临界点比比皆是，它们无孔不入，无时不在。这就导致了对混沌系统的发展态势是不能作出决定论式的预测的，因为任何初始条件的微小扰动，都将导致结果的面目全非。（2）混沌系统在局部上具有不稳定性，但却在整体上具有维定性。在这一点上，混沌态与有序态不同，也与一般的无序态不同。（3）混沌系统具有分数维性质，即混沌系统运动的轨道在相空间中的几何形态具有分数维数。混沌运动的轨道在相空间中的某个区域内无穷次的折迭，构成一个有无穷层次的自相似结构即“奇怪吸引子”。（4）混沌系统具有内随机性，即混沌现象产生的根源在系统的内部，而不在系统的外部。（5）混沌系统具有一定的标度律和普适性，即系统趋向混沌时往往具有一定的共同特征。

　　为了说明上述混沌无序态的特征，混沌学家洛伦兹曾构造了一个通俗而又准确的模型来加以说明，这就是“水轮模型”，其示意图如下：

                                                 图1 洛伦兹水轮

如图所示，有一个水轮，其边缘上装着若干吊桶，水流由顶部以恒定速度注入桶中。每个吊桶上有一个小孔不断漏水。如果水流的速度很低，顶部的吊桶不能装满到足以克服摩擦力的程度的水，则水轮永远不会开始转动。如果水流加快，吊桶中水的重量增加，开始使水轮转动（左图），并可以达到以恒定速度继续转动的状态（中图）。但是，如果水流过快致使水轮转得更快（右图），旋转就可能因为系统内在的非线性而变得混沌。当吊桶从水流下经过时，它能充满到什么程度取决于水轮的转速。如果水轮转得很快，吊桶来不及装满。甚至，当水轮快速转动时，吊桶可能来不及把水倾倒出去就从另一面上升起来，结果，上升一侧的装着水的吊桶可能使水轮的转速下降，甚至变成倒转。随着时间的延持，水轮的旋转可能多次反向，它永远达不到恒定的速度，也不以任何可以预报的方式重复，表现出不可预测性。其运动轨道的相空间图如图2所示，它是一种典型的奇怪吸引子的图形，从吸引子的一翼跳到另一翼，就相当于水轮的转动反向。由于相图上没有任何一点或一批点组成的图形会再次出现，所以水轮运动在表观上是纯粹的无序。但又由于整个相图在一定界限之内，不跑到外面去，但又不自我重复，所以系统在整体上是稳定的，而在局部上是不稳定的。一般来说，混沌系统的某些量的变化曲线有如图3右图的特征，即非周期、不规则。

图2  洛伦兹奇怪吸引子

图3  规则曲线和混沌曲线

　　下面，我们以我国“1976年唐山地区大地震”为例，说明地震时相关的地质系统也具有上述混沌态无序的特征。

　　地震灾害的发生虽然是一瞬间，但其形成却有一个孕育的过程。孕震过程大体可分为长期、中期、短期和临震等阶段。在孕震的长期阶段，其特征是在地层内出现背景性异常现象，它主要表现在在一个相当大区域内地层内应力和应变的普遍增强，出现大范围地震活动增强的时空动态变化和区域地壳形变较稳定的发展。这个阶段是地层弹性应变积累阶段。例如，从1954～1966年，唐山地区地面出现缓慢上升，华北地区地震第四活动期以来6级以上地震的时空分布出现异常。

　　随着应力的增长，出现某些特殊高应力区域，唐山及其附近地区就是这样一个区域。当应力增长超过弹性极限后，地壳介质就会发生非弹性变形，出现裂隙。这时，伴随裂隙的发展产生地下流体的变动，并在高应力背景下出现地震活动增强以及断层的无震蠕动等等，于是孕震进入中期阶段。例如，1967～1975年唐山地区出现地壳的异常隆起和小霞频度的迅速增长，说明此时唐山地区已进入孕震中期阶段。

　　随着裂隙系统的增长，串通，以及由此导致的断裂闭锁段应力强度因子的降低，使断裂加速扩展，断层两侧发生越来越明显的滑动（即大震前的预滑或预位移）。随着断裂加速扩展和孕震断层领位移的产生，导致了孕震区及其附近应力、应变的急剧变化，形成了趋势异常的加速性变化，于是孕震进入了短期阶段。例如，1976年3月至6月，唐山和华北地区小震群活动增强，地下水位和地电阻率加速下降，重力值加速上升，地下水氧含量出现转折变化，断层位移异常、恢复和加速变化，就是这个阶段特征的具体表现。

　　随着预位移（即断层两盘之间震前出现的某种相对滑动）的发展，在接近闭锁区临界破裂条件的过程中，由于破裂向震源闭锁区扩展速度的迅速加快，以及在破裂突进过程中应力状态的快速变化，就必然会导致裂隙迅速串通、张合及孔隙压的迅速变化，从而造成地下水、气、油等流体的剧烈活动。地下物质的剧烈运动则又可以导致更复杂的物理、化学作用，包括地壳深部粘滞性小的热液物质和热气物质沿断裂向上运动的冲熔作用等。从而出现地下压力、温度、物质组分等突发性变化，以及深井壁等易变形部位的宏观地壳形变等。再加上可能存在的外空间的调制作用，可造成声、光、电及低空大气和动物行为等各种类型的临震异常现象，于是孕震进入了临震阶段。1976年7月中旬以后到震前一、二天为止的唐山地区就属于这个阶段。此后，随着破裂扩展速度剧增，进入失稳状态，便发生了唐山大地震，造成屋毁人亡的灾害。

　　由上述可知，在孕震过程中，地应力的变化是造成地层断裂、滑动的原因，而地电阻率的变化、地下水位的变化等等，则是地层断裂、滑动的结果。因此，地应力、地电阻率或地下水位的变化规律都在一定程度上表征了地层运动的变化规律。图4、图5就是唐山地震临震前的地应力变化曲线和地电阻变化曲线，它们显然在形态上与前面图3中混沌态曲线一

图4 唐山地区地应力日均值曲线

图5 唐山地区地电阻率的日均值曲线

样，它们是不规则的、非周期的，而且从上述分析来看，这种不规则性是由于系统内部的原因所致，所以它具有内随机性。这说明地震系统在临震前实际上已发展为一种混沌系统。地震系统的这种混沌态无序性，还可以从震前的深井水位的变化来说明。唐山地震临震前深井水位就出现过类似“呼吸”一样的周期性波动变化现象，而且其波动的周期长短不一，长则几天，短则几分钟。如唐山市周围的丰南侉庄子、滦县高坎和柏各庄等地井水，临震前都被人观测到水位在数小时内几度起伏，幅度可达1米以上。在7.8级地震前和强余震前几分钟到几小时，宝坻、盘锦、沧州一带的井的水压或油、气压断续出现剧烈波动，每秒波动几次或几秒波动一次不等即不规则地波动，每一例波动持续时间达几分钟，为平日所罕见。这实际上是一种典型的混沌性态特征。

　　由此可见，地震灾害，首先起源于“局部的地层系统”的无序，这个系统本身是一个纯自然的子系统，地震前后，首先是这个局部的自然子系统内出现了混沌态无序，在达到一定临界值后，这种混沌无序又导致了全局性的“人--自然系统”出现无序，即屋毁人亡，危及到人类的生存，便产生了地震灾害。这个例子说明，在“人--自然系统”中，其某一单纯的自然子系统中出现了混沌态无序过程，并且在超过一定的临界值后，有时会引发整个“人--自然系统”出现无序，危及人类生存，便产生了自然灾害。类似的自然灾害有：台风灾害，火山灾害，等等。

　　二、人类对地震灾害只能作出大致的“发展态势性”预测，但不可能作出准确的“临震性”预报

　　既然地震地质系统是混沌系统，那么地震灾害具有混沌无序性。这就决定了人类对地震灾害只能作出大致的“发展态势性”预测，但不可能作出准确的“临震性”预报。

　　首先，人们不可能对地震作出准确的“临震性”预报。

　　由于地震地质系统是混沌系统，混沌系统由于具有“内随机性”和“对初始条件具有敏感的依赖性”，因此系统在初始条件上的微小差异，会导致在结果上的大相径庭。因此混沌系统具有局部的不可预测性。这可以从前面图2中看出，其中相空间中的点没有两点是重合的，这说明系统中任何一个时刻的运动状态（如运动的速度、方向）与其它时刻的运动状态，都是不相同的。也就是说系统的运动状态是不规则的，人们无法对其作出决定论式的预测。因此对具有混沌无序性的地震地质系统，人们是不可能作出长时期的、准确的“临震”预测的。无数历史事实已证明，人们试图对地震作长时期的、准确的“临震”预报总是失败，因为地震系统具有混沌性态。企图对地震作长时期的、准确的“临震”预报，实质上是企图对混沌系统作出一种决定论式的预测，这是不可能的。

　　什么是决定论式的预测？我们可以以牛顿为例来说明。牛顿于17世纪下半叶建立了经典力学体系。这个体系中的运动定律如力和加速度关系定律，都是确定性的，是因果决定论的。一旦知道了初始条件，我们既可以推算出所有的后继状态，也可以推演出先前的状态。牛顿根据他的力学定律，建立了太阳系中行星运动的运动方程。他曾经夸口说，只要给他关于一个行星现状的初始条件，如它现在的运动速度、方向与位置等，将这些初始条件代到其运动方程中后，他就可以算出以后该行星任何一个时刻的运动状态和位置。牛顿的这种预测就是决定论式的预测，但它只适用于自然界中因果决定论系统。

　　问题是，在自然界中并不只有因果决定论系统，自然界中的有些现象遵循因果决定律，自然界中的有些现象遵循统计决定律，它们是决定论系统；自然界中的有些现象在本质上是具有偶然性和随机性的，它们是非决定论系统；而且自然界从总体上来说，偶然性、随机性、非决定论是起基本的、主导的作用的，而必然性、决定论是起次要的、辅助的作用的。地震地质系统就是非决定论系统，人们对它们作不出决定论式的预测。

　　其次，人们对地震灾害只能作出大致的“发展态势性”预测。

　　由于系统演变为混沌态有一个过程，而且这个过程在总体上还呈一定的标度律或普适性，因此我们根据这些标度律和普适性，仍然可以在一种弱意义上对系统演变为混沌态作一点“态势上”的预测。正因为如此，我们还是可以根据混沌理论的有关论题，对混沌态的自然灾害作一点“非决定论式”的预测。

　　例如，根据混沌理论，当系统进入混沌态时，其在相空间的图象往往呈“奇怪吸引子”的形状。本文图2就是一种奇怪吸引子的相图。因此，当人--自然系统中，某些量的变化的相图出现奇怪吸引子时，我们就可能会面临自然灾害的发生。譬如，台风的云图可以看作其相图，其形状往往圣“湍流”状，这是一种典型的奇怪吸引子的形状，因此，当我们一旦从卫星摄制的云图中观测到湍流状时，我们便可以作出台风路径的大致预报。当然这种预报不是决定论式的，是不准确的、可错的。

　　对地震预报有时也有类似的情况。从历史记录来看，破坏性大地震并不是在地球平均分布的，而是集中在某些地质构造带，特别是一些断裂带上。因此，只要我们注意对断裂带的研究，特别走摸清断裂带中哪些地方和地段至今还在活动，并且设置必要的观测网，对断裂带的活动情况进行监测，还是能对地震发生作一些态势上的估计。1966年3月8日凌晨我国河北邢台发生了7级以上强震，人们担心邢台地区是否还会发生大的地震？著名地质学家李四光根据尧山地区地应力最近变化曲线的发展趋势；根据邢台地区己经发生了两次强烈地震和万余次小震，岩石中出现了大量断裂、大量能量已被释放，认为邢台地区近期发生大地震的可能性极小。事实证明李四光的估计是成功的。

　　根据地应力测量预报地震，应该说只是人们探索进行地震预报的一种尝试和方法。其实进行地震预报还有其他不少方法，如震前许多的宏观异常现象(冬天蛇出洞、地下水喷湧、频繁小震等)，还有用现代仪器和卫星资料进行地声、地温、地电等进行观测，从近二三十年来的实践来看，我国运用综合方法预报地震己经迈出了可喜的一步，曾成功地大致估计到1975年辽宁的海城地震，1990年亚运会北京昌平的四级地震和2005年云南的地震。但是，我们也必须看到，现在我们离严格地能够事先预报出地震发生的地点、时间和震级，还有很大的距离。1976年唐山地震发生前，虽然宏观异常尽管比较少，但京津唐一大片地区还是有异常的，种种迹象表明这一大片地区可能发生地震，我国地震工作者也作了预报，但最大的困难是地质学家不知道地震到底会在哪里发生和在什么时候发生，结果还是作不出准确的决定论式的“临震性”预报。

　　根据上述说明，我们可以看出，对这次汶川大地震，国家地震局事前是没有作出“临震”预报，这并不能成为海外邪教法轮功乘机闹事、指责国家地震局的理由，更不能成为他们攻击党和政府的理由。海外邪教法轮功恣意这样做，只能再一次地向世人暴露了他们反科学、反人民、反政府的丑恶面目。

主要参考文献

［l］卢侃等编译，《混沌动力学》，上海翻译出版公司，  1990年。

［2］尼科里斯，普利高津，《探索复杂性》，四川教育出版社，1986年．

［3］阿格莱克，《混沌，开创新学科》，上海译文出版社，1990年。

［4］国家地震局，《一九七六年唐山地震》，地震出版社，1982年。