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谈现代科学思想与地震预报

一个多世纪以来,地震预报是世界各国地震学家最为关注的内容之一。

    地震作为一种自然灾害,给人们带来了巨大的损失,人们不禁要问,地震能不能像预报灾害性天气那样对其发生和可能造成的灾害做出预报呢?

我国已故的著名地质学家李四光认为地震是可以做出预报的。他指出,全世界每年发生的大约500万次地震中,有95%是浅震动,破坏性大地震并不是平均分布的,而是集中在某些构造带,特别是一些断裂带上,因此设置必要的观察网,对断裂带的活动情况进行监测,可以对地震做预报。1966年河北邢台发生地震后,华北地区从河北的河间到北京周围的8个县又接连不断发生小地震,人们担心北京会不会发生较大的地震。一时传闻四起,人心惶惶。李四光利用他的地应力理论,根据地应力值的曲线连日来没有明显的变化,以及邢台已经发生了地震两次大的地震和万余次小震,大量的能量已经释放了的事实,认为这一地区发生大地震的可能性不大。政府有关部门听从的意见,决定不向公众分布地震预报,使北京和周边地区的人民免受一次惊恐和躲避地震之辛劳。

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张衡侯风地动仪                   著名地质学家李四光                    对地震仪记录的信号做分析

除了应用地应力预测地震,人们还应用若干经验性的地震预报方法,1973年美国纽约兰小湖和1975年中国海城地震的成功预报,曾使地震学界对地震预测一度弥漫着乐观情绪。然而好景不长,用经验性的地震预报方法却未能对1976年中国唐山大地震做出临震预报。此后,地震学家预报了圣安德烈斯断层上的帕克菲尔德地震,以及日本东海大地震。然而这两次地震均未发生,前者推迟了11年,于2004928才发生,后者则至今还未发生,这使得地震学家倍感困惑。印尼苏门答腊200412月、20053月连续两次发生强震,有人认为两次大地震已将能量消耗殆尽,数年乃至数十年苏门答腊不会再有大地震发生。然而在2006527苏门答腊又发生了一大地震,死亡人数将近6千人,受伤人数近3.3万。地震似乎是诡秘莫测,许多地震学家偏向于认为地震预报是一个尚在探索中的世界性难题。

    地震预测与地震预报是有严格区分的。地震预测是指地震主管机构或科研人员对某地区的地震活动的未来状态,包括发生时域、地域、强度等要素进行的估计和推测。而地震预报则事关重大,关系到人民生命财产安全,关系到到社会秩序的稳定。从地震预测到地震预报还要经历预测书面报告提交、地震震情会商形成地震预报意见、专家评审和报告、政府部门统一发布等多个环节。

    具体地说,地震预报一般分为:长期预报未来10可能发生的破坏性地震的地域;中期预报(未来1年至2年内可能发生的破坏性地震的地域);短期预报(3个月内将要发生地震的时间、地点、震级)和临震预报(10天内将发生地震的时间、地点、震级)等四种类型。预报成功可以避免和减少人伤亡,减轻经济损失;但预报失误则可给社会造成损失并造成正常社会生活秩序的混乱。

    地震预测是地震预报的基础。通常说来,地震预测的技术途径是通过地害前兆信息、室内和野外的模拟实验以及孕震机理的理论研究来实现的。那么地震预测究竟难在哪里呢?

一是地球部的“不可入性。地震震源位于地球内部,而地球和天空不同,它是不透明的。上天容易入地准,人类目前尚不能深入到高温、高压状态的地球内部设置观测仪器来对震源进行直接观测。同时,由于地震在全球地理分布不均匀,震源主要集中在环太平洋地震带、欧亚地震带和大洋中脊地震带,因此地震学家只能在地球表面很浅的内部设置稀疏不均匀的观测台站。这样获取的数据很不完整也不充分,难以据此推测地球内部震源的情况,因此,到目前为止,人类对震源的环境和震源本身的特点,仍知之甚少。

     当前,对地下震源变化的认知往往只能通过地表的地震前兆探测来推测,包括地层、地形变、地磁、地下水、地电,重力、地应力、地声、地温等不同的科学观测手段。一些经验性的方法,如通过水质变化、动物迁徒等前兆现象判断地震的方法,还无法确定是确切的地震前兆。实际上,目前不仅没有任何一种震前异常现象在所有的地震前都被观测到,也没一种震前的异常现象旦出现必然会发生地震。

    二是地震的发性。一个地区大地震发生的概率小、复发间隔时间恨长,往往要十年到几百年,这样的时间跨度与人类的寿命,与自有现代仪器观测以来经过的时间相比,要漫长得多。作为一门科学的研究,必须要有足够的统计样本,而在人类有生之年获取这些有意义的大地震样本是非常困难的。迄今为止,对大地震前兆现象的研究还处在对各个具体震例进行总结研究的阶段,还缺乏建地震发生理论所必需的经验规律。  

     三是物理过程复杂性。地震是在极其复杂的地理环境中孕育和发生的。地震先兆的复杂性和多变性,与震源区地质环境的复杂性和孕育过程的复杂吐密切相关。从技术层面来看,地震物理过程从宏观至微观的所有层面都很复杂。众所周知,地震是断层破裂所引起的。仅就断层破裂而言,其宏观上的复杂性就表现为:同一断层上两次地震破裂的时间间隔长短不一,导致了地震发生的非周期性;不同时间段发生的地震在断层面上的分布也很不相同。微观上的复杂性则表现为:地震的孕育包括成核、演化、突然快速破裂和骤然演变成大地震的过程。以上地震物理过程的复杂性及彼此之间关联的研究的不断深化,将有助于人类对地震现象认识的深化。

地理分布的复杂性、时间分布的复杂性物理过程复杂性,都说明了地震是一个十分复杂的过程。可以说,地震是一个多要素组成的复杂系统所表现的行为。复杂系统由于其组成的元素数量大,呈现出复杂的随机运动,大量元素的并存和相互影响是导致随机现象的根本原因。对于复杂系统,我们只能用概率统计的方法去进行研究,用统计规律加以刻画。以前人们认为统计规律是对客观过程知之甚少的表现,20世纪以来,概率随机性、统计规律和不确定思想在科学的几乎所有的领域都得到了深化和发展,改变了科学认识的传统观念,也改变了人们对规律的认识,越来越多的人认识到,统计规律是复杂系统本身所具有的一般规律,这是20世纪以来树立起的鲜明的科学思想。  

如果按这样的思想来认识地震预测的话,我们要精确地确定何时、何地、发生何等震级的地震是困难的,我们能做到的,是预测未来将发生地震的可能性,例如在未来某地区发生大地震的概率是多少。一些国家的科研人员的研究思路已经发生了转变,据英国广播公司等媒体报道,美国麻省理工学院的地质学家在美国地质学会期刊最新7月号上发表报告称,麻省理工学院的地质专家对四川西部地区的地质研究已经长达20年,并未发现任何显示当地可能发生大地震的迹象。他们在四川西部设立的25个宽带地震仪器站对当地地壳活动进行了长达一年多的监测,研究小组内虽然研究了监测数据,但没有一个人预见到当地会发生大地震。无论是美国地质调查局USGS)、麻省理工学院、还是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,借助科学数据,科学家可以计算出未来将发生地震的可能性。比如,科学家预测在未来30年内,旧金山湾区发生一次重大地震的概率为67%,而南加利福尼亚的概率是60%美国地质调查局主张,不必把过多的精力放在研究地震的短期预报上,我们最有效的做法是在那些发生重大地震概率高的地区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。

看来,要破解地震预报这一世界性难题是困难的,精确地预报地震,其概率是很小的,这可能会违背许多人善良的愿望,然而,自然规律是一定要起作用的,不以人的意志为转移,这就要求我们的思想方法发生转变:要最大限度地减轻地震灾害,不能单靠地震预报这一环节;要从我国国情出发,以预防为主,实施综合防御,如加强监管力度,使房屋等建筑物的设计更为科学合理,提高抗震能力,适当提高设防标准,加强基础震害防御工作,等等。在此,我们要严正地指出,一小撮法轮功分子别有用心地散布的谣言,如“‘神人早在57就在国内论坛上预报了此次地震”,英国科学家59已经把可能发生大地震的消息发给了中共,中共一直隐瞒消息”都是无稽之谈,他们的所谓的“预报”与科学的预报毫无共同之处,他们的谣言不攻自破,他们的罪恶目的在光天化日之下暴露无遗。

                                                          陈敬全 编写

选稿:小蒋
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