張肇誠 張 煒

(中國北京100036中國地震局地震預測研究所)

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地震預報可行性的科學與實踐問題討論*

張肇誠*張 煒

(中國北京100036中國地震局地震預測研究所)

唐山地震40周年之際，回顧我國地震預測預報探索的科學實踐歷程，總結其進展，討論遇到的科學與實踐問題，展望未來，這是最好的紀念．實現(xiàn)地震預報的關鍵是短臨預報，震前是否有前兆, 是否可以觀測到, 是否可應用于預測地震并取得減災實效，這都是地震預報探索需要闡明的問題，即地震預報的可行性研究．本文主要對地震前兆及其物理基礎、地震能否預測的爭論以及觀測的重要性等一些重要科學與實踐問題進行討論，并在此基礎上認識到，地震是有前兆的，且前兆很復雜，在充分研究前兆的基礎上地震預報是可能的；此外，地震預測預報探索需從可行性研究進入更高的探索階段．

唐山地震 地震觀測 地震前兆 地震監(jiān)測 地震預測 地震預報 可行性

引言

1966年邢臺MS7.2地震后，我國開啟了地震預測預報的探索歷程．1975年海城MS7.3地震的成功預報曾給探索者帶來了短暫的歡欣和鼓舞，而其后一年唐山MS7.8大地震的監(jiān)測預測過程、短臨預報的失敗以及震害所造成的慘痛后果使人刻骨銘心、永生不忘，促人研究與思考．2008年汶川MS8.0特大地震在沒有任何預警情況下發(fā)生的嚴酷事實，更是引起了地震學界和社會的巨大震驚、困惑甚至質疑，對地震預測的不同見解和激烈爭論延續(xù)至今．2011年日本東海MS9.0巨震的發(fā)生使地震預測預報的探索似乎進入了冰河期．這使得我們必須要認真分析討論相關問題，以厘清地震預報的現(xiàn)狀和問題．

實際上，地震不能預測的觀點主要針對的是短臨預測．盡管地震的長中期預測同樣是一個難度很大的科學問題，在烈度區(qū)劃低烈度區(qū)發(fā)生高烈度強震的現(xiàn)象不乏其例，但地震危險性的長期評估和數(shù)年尺度的地震趨勢預測被認為是可行的，且這類研究有增無減，還不時有對某地區(qū)(如美國南加州)大地震預測的報道(中國日報網(wǎng)，2014)；而對幾十天、幾天乃至數(shù)小時的地震短臨預測則是爭議的焦點．難度大、投入大、責任大和進展緩慢可能是使研究人員望而卻步的潛在因素，而地震前是否存在可用于判定地震發(fā)生時間、地點和震級三要素的可靠前兆，并得以作出能取得減災實效的短臨預測，則是問題的核心．

地震預測預報是公認的世界性科學難題．地球內部的“不可入性”、大地震的非頻發(fā)性和地震物理過程的復雜性等均是解決這一問題時必須面對的難點，而知難而進是地震工作者的擔當(陳運泰，2008)．如果說地震的長中期預測還可以根據(jù)一定資料開展研究的話，則上述難點對短臨預測的制約更大，獲得足夠的資料更難，未知的問題更多．短臨預測是對某個地震的具體時間、地點和震級等的預測，社會影響大、要求精度高，因而難度高、風險大、責任重．為此不僅要掌握大區(qū)域地震監(jiān)測資料，更需要震中附近地區(qū)足夠的實時觀測資料才能進行，然而在震中附近部署有觀測網(wǎng)的卻很少．一般情況下，地震預測試驗場或研究區(qū)內不發(fā)生預期的地震，發(fā)生地震的地方卻沒有部署觀測臺網(wǎng)，或觀測資料很少．因此，地震短臨預測面臨的挑戰(zhàn)非常尖銳，要取得突破需要有特殊的措施、長時間的巨大努力，因此對這樣的重大科學難題產生不同的見解甚至發(fā)生激烈爭議是很正常的．

我國是多地震和地震災害最嚴重的國家之一，設有專門的政府地震管理機構中國地震局，除臺灣省外，全國各省(區(qū)、市)均設立地震局(辦)，地震預測預報探索已進行了50年．廣泛的科學實踐為研究地震預測積累了大量的觀測資料和豐富的正反面經(jīng)驗教訓，比起其它國家，在我國更有條件對地震預報的一些基本問題進行分析和研究，以謀求地震預報和防震減災事業(yè)的健康、創(chuàng)新發(fā)展．這樣，廣泛、深入的學術討論就顯得尤為重要，故本文擬對地震預報可行性的科學與實踐問題進行探討．

1 特殊歷史條件下的地震預報科學實踐

1966—1976年，我國大陸處于MS7.0以上大地震的高發(fā)期．我國政府對地震預報這一關乎民生的重大難題勇于決策，地震預報的大規(guī)模探索從1966年邢臺MS6.8和MS7.2地震拉開序幕．當時的大地震頻發(fā)現(xiàn)象，有助于克服“大地震的非頻發(fā)性”這一科學難點．這一特殊歷史條件給我國的地震工作帶來特殊的機遇，也取得了眾多的成果、經(jīng)驗與教訓．

1) 國家重視、組織有力. 邢臺地震發(fā)生在人口稠密、工農業(yè)發(fā)達、緊鄰首都的地區(qū)，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，引起了黨中央、國務院和全國人民的極大震驚和關注．周恩來總理3次親臨現(xiàn)場慰問和視察，提出要進行地震預報研究，號召科技工作者到現(xiàn)場去、到實踐中去．1971年，國家地震局成立(1998年更名為中國地震局)．專門政府地震管理機構的有效組織，保證了我國地震預測預報探索工作的順利展開．

2) 抓住機遇、廣泛實踐、多路探索. 1966—1976年共發(fā)生MS7.0以上大震13次(前震、雙震和余震共3次未計在內)，其中9次取得了不同程度的觀測資料和預測預報實踐經(jīng)驗與教訓(馬宗晉等，1982)．強震頻發(fā)，為地震預報探索提供了難得的機遇．由于對地震孕育、發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律及震前是否有前兆等知之甚少，只有在“邊實踐、邊研究、邊預報”過程中積累知識和認識，在理論結合實際中不斷求得進展．因此，通過多學科、多思路的廣泛觀測預測科學實踐獲得了豐富的認知，為判定地震預報的可行性提供了科學與實踐依據(jù)．

3) 成果豐碩、問題頗多. 上述機遇使我國的地震預測預報探索取得了豐碩的成果，而20世紀六七十年代世界各國地震預測探索的蓬勃開展，也在國際方面為我們提供了寬松的環(huán)境和技術支持．在成果方面，我國是世界上取得地震觀測資料最多的國家，特別是震中附近地區(qū)難得的觀測資料，這是一批最寶貴的財富，為認識和研究地震提供了基礎觀測資料．我國在地震監(jiān)測預報方面進行的不懈探索和大膽嘗試，取得的部分成功預測預報少數(shù)地震和大量失敗經(jīng)驗與教訓，為認識地震預報的可行性、復雜性和發(fā)展戰(zhàn)略提供了依據(jù)．在此過程中，形成了我國場源結合、長中短臨漸進式地震預報的科學思路和工作程序(丁國瑜等，1981；Dingetal，1984)．盡管這一科學思路和工作程序尚需進一步檢驗和完善，但已為認識地震孕育、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律以及研究地震前兆指明了比較符合大自然實際的科學途徑．

由于我國的地震預報工作是在科學技術準備不足、對許多問題不甚清楚的情況下倉促上馬的，因此特殊的歷史條件給我國的地震預報探索工作帶來了不少局限性，主要表現(xiàn)在：對解決地震預報這一科學難題的復雜性和困難估計不足，過于樂觀，重實踐有余、重研究不夠，理論研究更不夠等．雖然這些局限性和不足給工作帶來不少影響，但仍為日后工作提供了有益的啟示．

2 科學與實踐問題的討論

通過50年的地震預測預報科學實踐，我國在地震預測預報研究上取得了多方面的進展，涉及了多方面問題；而國際上，地震預測探索從蓬勃發(fā)展轉入低潮，地震不能預測的主張公開化，爭論激烈．地震預報的一些科學與實踐問題亟待回答，在此試作討論．

2.1 地震前兆及其復雜性與地震預報的可能性

地震是否有前兆，一直是科學界關注的焦點．地質學、地球物理學和巖石力學等的基本理論和實驗研究均支持地震前兆存在的可能性，但其是否確實存在，是否可以用現(xiàn)有的技術手段觀測得到，是否可以用于預測地震，則需要通過觀測與預測實踐加以驗證．

2.1.1 地震前兆的含義

對地震前兆的含義存在狹義和廣義兩種不同的理解．狹義的地震前兆是確定性的，應來自震源，甚至應是必震的信息，即狹義地震前兆的出現(xiàn)與相對應的地震發(fā)生存在直接的因果關系．例如，國際地震學與地球內部物理學協(xié)會(International Association of Seismo-logy and Physics of the Earth’s Interior，簡寫為IASPEI)在1988下半年起開展征集、推薦和評選優(yōu)秀地震前兆震例的活動，即為狹義的地震前兆(中國地震學會地震前兆專業(yè)委員會，1991)．廣義的地震前兆則認為：地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展是一個復雜的過程，其所受的影響因素很多，伴隨這一過程出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象；把這些與地震孕育、發(fā)生過程相關聯(lián)的有別于正常變化背景的異常變化稱之為地震前兆．也就是說，廣義地震前兆的出現(xiàn)與相對應地震的發(fā)生存在間接或直接的關聯(lián)性．實踐表明，地震前兆是綜合的自然現(xiàn)象，利用群體(綜合)前兆解決地震預報問題可能是當前更現(xiàn)實的途徑．因而《中國地震分析預報方法指南》*國家地震局編．1991．中國地震分析預報方法指南. 見：震情研究(中國地震分析預報方法指南專輯)．(3)：1--89.和《震例總結規(guī)范》(下簡稱《規(guī)范》)(中國地震局，2007；張肇誠等，2013)對地震前兆采用廣義的理解，但并不意味著放棄對確定性地震前兆的探求．

在《規(guī)范》中還定義了地震前兆異常，即地震前兆異常是“地震前出現(xiàn)的，有別于正常變化背景的、可能與該地震孕育和發(fā)生相關聯(lián)的異常變化”．這一定義首先要求是確切的“異常變化”，其次該“異常變化”有“可能”是地震前兆．作這樣的規(guī)定是為了避免丟失一些有爭議的可能有用的信息，以便在震例研究中能更完全地記錄下異?，F(xiàn)象與資料供后人研究(張肇誠等，2013)．在很多地震文獻中，地震前兆和地震前兆異常兩詞常常是同義語，這是因為：一方面，當其它因素干擾排除后，廣義地震前兆可以將可靠的、與地震發(fā)生時空關聯(lián)的異常作為地震前兆加以討論和研究；另一方面，研究這些異常資料是探索地震前兆的現(xiàn)實可行途徑，當通過定性和統(tǒng)計研究確認其與地震存在的相關關系時，可將其作為地震前兆研究成果．

2.1.2 代表性大地震事件回顧

1966—2016年4月我國大陸發(fā)生MS≥5.0地震千余次，其中MS≥7.0地震29次(4次MS>7.0前震、雙震和余震未計在內)，MS≥8.0地震2次．對邢臺、海城、唐山、松潘和昆侖山口西等大地震和一些中強地震曾總結、出版過許多專集，發(fā)表了眾多有關地震前兆的文章，但由于沒有統(tǒng)一的規(guī)范和要求，使用和研究起來比較困難，特別是難于進行系統(tǒng)的對比分析和綜合研究．為此，國家地震局自1988年起，系統(tǒng)出版了《中國震例》10冊，共輯入1966—2006年236個震例的研究報告，包括275個地震震例和3 300多條前兆異常(張肇誠，1988，1990a，b，1999，2000；陳棋福，2002a，b，2003，2008；蔣海昆，2014)．這些震例的研究報告，按《規(guī)范》的統(tǒng)一要求，通過系統(tǒng)收集、整理、反復核實研究該次地震的全部監(jiān)測預測資料和文獻編撰而成，反映了當時的資料和最新研究成果，可供后人追蹤研究和對比研究．

在上述中國大陸發(fā)生的29次MS≥7.0大地震中，除5次地震的震中位于邊遠山區(qū)和3次地震為深源地震外，其余21次地震均獲得了不同完整程度的觀測資料，占全部MS≥7.0地震總數(shù)的72%．《中國震例》1—10冊(1966—2006年)總結研究了其中的16次震例，還有5次地震待按《規(guī)范》進行研究總結．此外，《中國震例》還輯入了震中在我國邊境附近，境內有觀測資料的2次地震．這23次MS≥7大震和200余次中強震的觀測是難得的科學實踐，使我們積累了對地震前兆和地震預測問題的認知．幾次代表性大地震的情況列于表1．

表1 1966—2001年幾次代表性大地震事件情況表

關于2008年5月12日汶川MS8.0地震，由于按《規(guī)范》要求完成的研究報告尚未發(fā)表，故而未列于表1中．與昆侖山口西MS8.1地震不同，這次地震發(fā)生在附近有臺網(wǎng)的川滇地區(qū)．世界上也還沒有在震中附近有臺網(wǎng)、可觀測范圍達數(shù)千千米的情況下，對一次MS8.0特大地震進行直接監(jiān)測的機會．然而，這次地震前未作出趨勢和短臨預測、未發(fā)現(xiàn)異常，與以前的觀測實踐顯著不同．這次地震有沒有前兆？ 中期和短臨為什么沒有預警？ 如有前兆，為何沒有覺察，有何特點？ 在種類、數(shù)量和時空分布上與我國以前發(fā)生的地震有何共性與差異？ 如無前兆或異常少，原因何在？ 工作上有何經(jīng)驗、教訓與啟示？ 幾十年來我國取得的認識、經(jīng)驗和教訓應作哪些補充、修改，甚至否定？ 這些科學和工作問題的答案將決定地震預報探索的道路與前景．汶川地震是一次嚴峻的檢驗與挑戰(zhàn)，也是一次機遇，鞭策我們全面回顧總結和認真研究, 認清現(xiàn)狀與進展, 規(guī)劃未來．

據(jù)目前掌握的情況、文章、報道和資料來說，汶川地震前沒有覺察和沒有前兆的說法是不符合實際情況的．對于我國西部包括南北地震帶的地震形勢，一直以來極為重視．2004年印度尼西亞蘇門答臘MW9.1特大地震后，一些專家“深切地感受到強震危險正在慢慢地向我國逼近”，在有關報告中寫到“如果未來的強烈地震也像印度洋大震那樣突然發(fā)生在我國某個不曾估計到的地方，甚至落在南北帶上我們未曾指出過的地方，其后果真是不堪設想”，建議“開展更深入的和更有針對性的科學研究”．成都—龍門山中南段地區(qū)是2006—2020年全國24個地震重點監(jiān)視防御區(qū)之一．龍門山斷裂帶的地震活動水平和形變速率低，以及大區(qū)域地震平靜(空區(qū)和平靜)的現(xiàn)象，震前受到了各方面關注、困惑并提出了不同的解讀．一種見解認為，這一地帶的構造變形可能由青藏高原內部的地質、地球物理和地球化學等過程所調節(jié)吸收．唐山地震前也有類似情況，現(xiàn)在看來這恰恰是大地震孕育的特征．汶川地震有較多前兆異常，這方面已發(fā)表了不少文章，2009年《地震》(21卷1期)和《地震學報》(31卷2期)均有專輯(期)刊出，其震前、震時和震后的異常分布范圍達數(shù)千千米，異常遠距離顯示的情況與昆侖山口西MS8.1地震是一致的．2013年4月20日四川雅安市蘆山MS7.0地震的監(jiān)測情況則與汶川地震頗不相同，長中期有預測，短臨有覺察．汶川地震后，陳運泰等(2013)根據(jù)震源特性分析，提出龍門山地震帶南段有一破裂“虧空”區(qū)，并認為龍門山斷裂帶西南段寶興—小金一帶存在發(fā)生MW6.7—7.3地震潛在危險性的地震趨勢估計，而蘆山地震的發(fā)生初步驗證了這一估計．汶川地震后，地處雅安的四川省地震局測繪工程院在龍門山地震帶南段跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)并報告了異常(柴會群，2013)．

對于MS5.0—6.9中強地震的異常，分布范圍可達數(shù)百千米，相對集中于距震中200—300 km，有中期異常，主要為短臨異常．綜觀MS≥5.0地震，單次地震異常的種類、數(shù)量、階段性及變化特點相差很大；但總體上種類多、數(shù)量大，并呈現(xiàn)出某些共性的綜合特征(張肇誠等，1990b；梅世蓉等，1993)．

綜合分析1966年以來我國的觀測實踐，可以對地震前兆獲得一個比較完整的認識．唐山地震發(fā)生在我國觀測臺網(wǎng)最密、技術力量最強、人口密集、工農業(yè)發(fā)達的地區(qū)，同時也是發(fā)生在該臺網(wǎng)建立后工作狀態(tài)最佳的時期，取得了迄今為止國際上最完整的對一次近M8大震孕育、發(fā)展、發(fā)生、震時和震后變化的全過程觀測資料(梅世蓉，1982；張肇誠等，1990a)．其它地震由于觀測臺站較少，取得了不同完整程度的異常資料．在震例資料逐漸積累的過程中，隨著地震的發(fā)生不斷獲取新鮮的資料和經(jīng)驗(表1)，分析比較唐山地震與其它地震的異常，通過相互補充和再檢驗，逐漸獲得了地震異常時、空、幅度等發(fā)展變化規(guī)律的認識．例如，通過海城地震和唐山地震認識到有前震地震和無前震地震是兩大類截然不同的地震類型，短期特別是臨震階段異常表現(xiàn)不同；然而即使是同類型的地震，異常的表現(xiàn)也是有差異的．又如：關于異常的分布范圍問題，唐山MS7.8地震給出了在震中附近異常相對集中及可分布到距震中600 km以上的概念，震源影響場應是震源尺度多少倍成了研究課題；后來的震例不斷突破這一紀錄，遠距離前兆一時成了熱門話題，場兆與源兆問題被提出；然而昆侖山口西MS8.1和汶川MS8.0特大地震的異常分布到了2000—3000 km以上，近距離異常與遠距離異常的實質及其之間的關系亟需在理論和實踐上給出回答．再如：海城地震與唐山地震的震中相距約400 km，出現(xiàn)了兩次大地震異常的疊加與后效問題；在唐山地震孕育的中期向短期的轉換階段，1976年4月6日內蒙和林格爾發(fā)生MS6.2地震，同月22日河北大城發(fā)生MS4.4地震，這兩次地震與當時北京、河北和天津附近地區(qū)所出現(xiàn)異常(唐山地震前的異常)的關系成了爭議的焦點，1976年5月在北京召開了京、津、唐、渤、張地區(qū)地震趨勢碰頭會，會上就有兩種尖銳的分歧意見，地震異常的疊加和相互影響直接影響了唐山地震的短臨預測*張肇誠. 2006. 沉重的代價、珍貴的財富----紀念唐山地震30周年. 見：中國老科技工作者協(xié)會地震分會、中國地震局離退休干部辦公室編. 建言集----中國地震局老科技工作者紀念邢臺、唐山、松潘、龍陵地震文選：22--32.；孟連西MS7.3地震觀測到較多異常，繼后云南境內又發(fā)生武定MS6.5地震和麗江MS7.0地震，異常疊加和多震孕育問題再次受到關注．如此種種，50年來的震例觀測和監(jiān)測預測資料相互補充逐漸形成了比較清晰的認識．實踐表明：地震前兆是存在的，它們是廣義的地震前兆．也許會問，震例記錄的是前兆異常，它不等于地震前兆嗎？ 當然不能排除震例前兆異常中尚有未排除干擾、或置信度很低的異常；但大量可靠異常的存在是基本事實，給出的基本認識是可以肯定的．

監(jiān)測預測實踐為回答地震是否可以預報問題也提供了依據(jù)．海城地震的成功預報一時使地震工作者沉醉于過度樂觀的情緒之中，以為M7地震預報問題解決了．唐山地震預報的失敗使國際地震界一片嘩然，我國地震工作者感受到巨大的壓力．海城地震后，國際地震考察團的報告肯定了海城地震的成功預報(Raleighetal，1977)，在唐山地震后卻又受到質疑，然而30年后的再次調查也仍然肯定海城地震是實踐上成功預報的大地震(Wangetal，2006)．1995年孟連西MS7.3地震的成功預報令人振奮．1996年3月日本東京大學舉行“地球化學和水文學方法預測地震和火山噴發(fā)的研究”國際會議，主持人協(xié)田宏(Hiroshi Wakita)教授要求作者帶孟連西地震的資料到會作介紹，會下和會后美國卡耐基研究院資深研究員Paul Gorden Silver進一步與作者詳談并通過電子郵件審慎地反復核實資料．Silver和Wakita(1996)綜合報導了3月國際會議上地震前兆研究的進展，包括孟連西MS7.3地震前兆及成功預報的情況．汶川地震和日本東海地震似乎使地震不能預測的觀點更占上風．然而，根據(jù)某些異常作出了一定程度預報的事實是現(xiàn)實存在的，這顯示了地震預報的可能性；同時，個別成功與大量失敗也展示了地震預報的復雜性和困難性．

前兆觀測資料是極其寶貴的科學財富．國際上很重視前兆觀測資料，然而震中附近的前兆觀測資料很少．在作者與美國和俄羅斯(前蘇聯(lián))地震學家交流與合作的過程中，美國的Paul Gorden Silver和俄羅斯的Gennady Aleksandrovich Sobolev都希望共同研究中國的地震資料，并提出合作翻譯出版《中國震例》的精選本．雖然后者由于翻譯的難度及其它原因未能實現(xiàn)，但俄羅斯與中國專家合作研究了華北北部的前兆觀測資料并取得了可喜的成果(Ponomarevetal，1998；Пономарев и др，1999)．

2.1.3 地震前兆的復雜性

地震是有前兆的，這是多年觀測實踐得出的直觀概念，但前兆同時也是復雜的，這才是全貌．地震前兆的復雜性導致了唐山地震短臨預測的失敗，由此啟動了對其復雜性的研究．前震是公認的前兆，但震群與前震如何區(qū)別，判斷失誤屢見不鮮．宏觀異常也是公認的可期盼的前兆，但松潘地震前3個月三次出現(xiàn)、三移地點，難以捉摸；唐山地震前宏觀異常出現(xiàn)時間短促而難以利用；在遠離震中的一些敏感點上出現(xiàn)宏觀異常，更易混人耳目．遠紅外、GPS形變和干旱等異常在大范圍內可多處同時出現(xiàn)，如沒有未來震中附近觀測異常的支持，短臨預測就不能明確可能發(fā)震的地點．異常發(fā)展的階段性及其時間短長在不同地震前不相一致．異常的具體種類、多源孕震、遠距離前兆、敏感點(帶)、異常重復性等問題亦有待于深入研究．客觀存在和復雜性是地震前兆的完整屬性，不能偏廢任何一方．

2.2 地震前兆的物理基礎

一次M7.0地震釋放的應變能的數(shù)量級可達1015J，很難相信如此巨大的能量在地殼內積累或釋放前不呈現(xiàn)任何信息．雖然地質學、地球物理學和巖石力學等的基本理論和實驗研究均支持地震前兆存在的可能性，但其是否確實存在，是否可以用現(xiàn)有的技術手段觀測到，是否可以用于預測地震，則需要通過觀測與預測實踐加以驗證．我國的實踐對此給予了正面回答．為什么會出現(xiàn)如此多樣復雜的前兆異常呢？ 這使得闡明其物理成因與形成機制顯得尤為重要．構造地震是區(qū)域構造運動長時間積累的能量超出震源區(qū)介質的承受能力而發(fā)生破裂的結果，從區(qū)域變形的能量積累到震源區(qū)的形成直至最后發(fā)生地震，這是一個長期的地質時間尺度過程，這一過程中可能孕育一個或多個潛在震源，觀測到的可能是某個或多個潛在震源發(fā)展到某一階段或最后階段的相關變化．所發(fā)生的一次特定強震并非是一孤立的事件，而是整個區(qū)域構造變形體系多事件中的一個，伴隨該事件出現(xiàn)的變化現(xiàn)象，與該強震事件確實密切相關，但也不能排除與其它事件之間可能的關聯(lián)性，尤其對同一構造區(qū)相繼發(fā)生的地震事件(震級相當?shù)幕蚝罄m(xù)的更大地震)而言．基于地球內部探測的科技能力有限，地震孕育過程或多或少會在不同范圍內引發(fā)非同以往的一些現(xiàn)象，既可能包含區(qū)域應力場變化引起的異常(場兆)，也可能包含因震源介質變化引起的異常(源兆)．這是對構造地震及其前兆成因的總體看法，是直觀和合理的，得到了震例觀測資料的支持．

20世紀80年代初，馬宗晉(1980)基于觀測實踐提出了多(應力集中)點應力場與地震的觀點，成組(成串)地震發(fā)生的現(xiàn)象也因此受到了關注(李自強等，1980；李欽祖等，1994；傅征祥等，2010)，進而展開了對多應力集中點(多源場)和成組地震的理論模型與數(shù)學模擬的研究(張國民等，1995；張國民，李麗，1997；李麗，張國民，1999)，初步解釋了大區(qū)域應力場內多震源孕育的合理性．

20世紀70年代以來，國內外研究人員提出了多種地震孕育的物理模式，例如, 巖石膨脹-流體擴散(dilatancy-diffusion, 簡寫為DD)模式(Scholzetal, 1973)，包體(inclusion)模式(Brady，1974，1975，1976a, b)，巖石破裂的雪崩式不穩(wěn)定裂隙形成(crack-avalanche, 簡寫為CA)模式(又被稱為IPE模式)(Мячеин и др，1974)，巖石膨脹-斷層蠕動(dilatancy-creep, 簡寫為DC)模式(牛志仁，1978)，能量積累單元與調整單元構成的組合模式(郭增建，秦保燕，1979)，立交模式(郭增建，1985)，堅固體模式或硬包體模式(梅世蓉等，1989；梅世蓉，梁北援，1989)．這些物理模式可分為孕震(地震孕育)模式和震源模式兩大類．孕震模式可用于宏觀解釋大范圍(場)內一個或多個地震孕育過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，能量積累單元與調整單元構成的組合模式屬于此類，國外這方面的研究不多，國內頗受重視；對多應力集中點(多源場)和成組地震的研究與此有關．震源模式試圖解釋具體地震震源及其前兆的發(fā)展過程，DD模式一度被認為是突破性的進展，然而各種模式并不能解釋所有觀測到的現(xiàn)象，因為地體環(huán)境條件很復雜，不是一種給定條件下的模式或模型所能解釋的．

2.3 關于地震能否預測的爭論

地震預測預報科學難題解決之前，地震能否預測會是永存的爭議．20世紀90年代初，Robert J. Geller就提出地震預測要改弦更張．1995年日本阪神地震發(fā)生后，地震預測遭到進一步質疑．之后，Silver和Wakita(1996)在《科學》上發(fā)表了“地震前兆探索”一文，Geller等(1997)在《科學》上發(fā)表了“地震不能預測”一文，兩篇文章具有關聯(lián)性．1997年5月，美國地球物理協(xié)會(American Geophysical Union，簡寫為AGU)在美國巴爾的摩召開春季年會，地震預測的爭論公開化．為此，中國地震局于1997年和2004年分別召開了座談會*中國地震局科學技術委員會辦公室等．1999．國內外專家關于地震預測問題討論文集．1--191．和研討會(中國地震局監(jiān)測預報司，2005)，但不可否認這一爭論在思想和工作上對我國的地震研究具有潛移默化的影響．

作者應邀參加了東京和巴爾的摩的兩次會議．受Paul Gorden Silver的邀請，作者提前一周到華盛頓卡耐基研究院進行學術交流．Paul Gorden Silver和Selwyn Sacks(薩克斯體應變儀的發(fā)明者)等了解到唐山地震等震例前兆資料后極為興奮和驚訝，認為中國有豐富的、極好的前兆觀測資料，同意我們關于廣義地震前兆和狹義地震前兆的觀點，希望進一步合作研究．在AGU春季年會上有5名主發(fā)言人：David Jackson，Lym Siks，James Dieterich，Silym Sacks和Hiroshi Wakita．5位發(fā)言人并沒有否認地震預測的必要性和可能性，反而均認為應搞下去或希望成功，但對實現(xiàn)預測的難度和已取得的前兆觀測資料可信度的估計頗為不同．David Jackson在會上解釋Geller等(1997)一文的意思是地震現(xiàn)在不能預測(注：英文現(xiàn)在式)，并不是永遠不能預測(1997年3月19日中國科技日報“地震根本不能預報”的譯法是不妥的)；他希望地震預測取得成功，但否定存在可檢驗的前兆，提出地震前兆應具備3條標準，即震中附近幅度大、要有同震效應和要有重現(xiàn)性．作者與Yan Y. Kagan進行了討論，他對希臘科學家Panayiotis A. Varotsos等的地電預報地震方法(VAN)進行了分析和檢驗(Kagan，1996；Kagan，Jackson，1996)，認為該方法是無效的，進而否定前兆，不愿再花費時間去研究前兆．Yan Y. Kagan等肯定中長期預測，主張并從事這方面的研究，但對短臨預測卻步．

持地震不能預測觀點的人，大多是從震源及狹義地震前兆的觀點出發(fā)考慮問題．然而即使是震源孕育，如果尚未達到失穩(wěn)的階段，過程都會是可逆的，確定性前兆難以期待；進入失穩(wěn)階段可能會出現(xiàn)確定性前兆，其具體表現(xiàn)又會是復雜的；David Jackson的地震前兆3條標準過于理想化．學術爭論上的不同意見并不是互不相容的，大家都認為目前還不能進行準確的短臨預測，共同的愿望是實現(xiàn)它；分歧在于科學思路和技術途經(jīng)的不同、對已取得的觀測資料和觀測事件認識的不同、以及對解決科學與實踐問題的難度和前景估計的不同，在此不能排除經(jīng)費、項目和成果考量的潛在影響．

2009年4月6日意大利拉奎拉MS6.3地震事件引起了國際社會和科學界的極大關注．意大利政府震后邀請美、中、意、法、英、希、俄、日和德等9個國家的10名著名地球物理學家組成“國際民防地震預報委員會”(下簡稱委員會)，要求對國際地震預報的認知狀況進行評估，并提供可操作的地震預報實施指南．該委員會于2009年10月提交了題為《可操作的地震預報：認知狀態(tài)與應用指南》的報告，報告回答了有關問題，反映了委員會對地震預報，特別是可操作的短期預報所持的積極態(tài)度(Jordanetal，2011；陳運泰，2015)．委員會主席Jordan(2013)在講演詞中說，“拉奎拉地震事件說明了為什么在這種富媒體環(huán)境下，發(fā)展可操作的地震預報能力是一種需求，而不是一種選擇……．可操作的地震預報的時代已經(jīng)來臨，美國地震學會在搜集、交流和傳播改善含時間的預報所需要的知識方面可以做很多事”．值得注意的是，他說：“這篇報告寫在新西蘭克賴斯特徹奇(Christchurch)2010—2011年破壞性地震序列和2011年3月11日日本東北災難性地震之前．但是，我們從這些悲劇中學到的東西支持國際民防地震預報委員會的調研結果和建議”．這是國際地震預報發(fā)展的新動態(tài)，地震預報探索會在爭議中不斷發(fā)展和進步．

2.4 地震觀測的重要性----重要經(jīng)驗與教訓之一

我國在20世紀60年代的地震高潮期及時建立了觀測系統(tǒng)，獲取了第一手觀測資料和預測預報實踐經(jīng)驗，為探索地震預報創(chuàng)造了必要的條件．但布設的地震觀測臺網(wǎng)在諸多方面存在一定的不足，例如：觀測點的選取、觀測網(wǎng)的布局、觀測儀器的選取與優(yōu)化、觀測方法的研究與改進、輔助觀測項目的確定、干擾的識別與排除、觀測資料的銜接與儀器對比等一系列基礎性的工作．這些問題雖然在實踐中不斷有所改進，但仍然給資料的使用和研究帶來了困難，觀測工作的科學性和嚴謹性有待提高．這些年來，在臺網(wǎng)管理和優(yōu)化上盡管作出了一定的努力，臺站建設和管理上仍面臨嚴重問題．以水化觀測為例，1966年邢臺地震之后逐步建設起來的水化地震觀測臺網(wǎng)，在眾多地震前取得了觀測資料、檢驗了觀測手段、在監(jiān)測預報中發(fā)揮了積極作用*張煒. 2006. 一代人的艱苦探索歷程----紀念唐山地震30周年，回顧水化學地震前兆的觀測與研究. 見：中國老科技工作者協(xié)會地震分會、中國地震局離退休干部辦公室編. 建言集----中國地震局老科技工作者紀念邢臺、唐山、松潘、龍陵地震文選: 33--48.(張煒等，1988；張煒，1992)．1985—1990年臺網(wǎng)進行了調整改造，用5年時間進行了優(yōu)化建設，通過嚴格的論證和驗收，在全國建成了由330個臺，包括366個水氡觀測點，組成的水化網(wǎng)．可是，據(jù)2008年不完全統(tǒng)計，全國水氡觀測點僅剩下145個，減少了一半以上．原有水氡觀測點中有一批經(jīng)過多次大震檢驗、對地震反應靈敏、能夠反映深部信息的熱水自流井，由于斷流及其它干擾原因幾乎已全部停測．之后，又未能及時補充新的自流井觀測點，因而使水氡觀測點，特別是優(yōu)良測點的數(shù)量大幅度下降．近20年來水氡觀測儀器老化嚴重，又未給予補充或更新，一些測點的觀測質量難以得到保證．21世紀初，開展了數(shù)字化遙測傳輸氣氡的工程建設．由于氣氡反應靈敏、對觀測條件和觀測技術要求嚴格，上新儀器的前期基礎工作，如新老儀器的長期對比觀測、傳輸過程中的干擾、氣氡儀穩(wěn)定性和可靠性檢驗、觀測點條件選擇、觀測系統(tǒng)的合理設計，包括引水與采水裝置的精心設計、安裝與調試(張煒，1992；張新基，張煒，1993)等一系列直接影響觀測質量的問題沒有給予充分重視，建立和啟用了100多個數(shù)字化氣氡觀測點，而觀測質量難以保證，有些質量很好的水氡觀測點甚至被停測．據(jù)基層和分析人員反映，氣氡儀的穩(wěn)定性低，觀測資料的質量和連續(xù)性差，難于應用于監(jiān)測預報中．綜上所述，由于對基礎觀測重視不夠、科學管理與基礎研究工作有些脫節(jié)，水化觀測資料的質量和數(shù)量都受到了很大影響，這些必然會嚴重影響地震的短臨異常及大震的中長期趨勢異常的發(fā)現(xiàn)與判定．其它學科觀測手段或許也存在這樣那樣的問題．這些可能就是汶川地震前沒有發(fā)現(xiàn)異常和前兆的一方面重要原因，需要認真研究．

3 結論與建議

50年來，科學實踐取得的基本認識是：地震是有前兆的、前兆是復雜的，并有部分成功預報的實例．這表明，今天對地震預報的知識和認識與50年前相比已不可同日而語．豐富的觀測資料和研究成果，使我們有條件切實思考和部署更深入的研究．此前的科學實踐，更重于實踐，今天則要在科學與實踐并進的情況下，更強調科學性，克服局限性，獲取深層次的成果．進入探索的新階段既是時代賦予地震工作者的光榮使命，也是對唐山地震40周年的最好紀念．唐山地震是在特定條件下取得的相當完整的一次大地震觀測資料，遇到了觀測、預測、預報、預防等各方面的科學與實踐問題．震后又開展了多年的科學總結與研究．以唐山地震為核心、其它地震作補充，進行分析對比研究，將切實幫助我們思考各方面的問題．提出建議如下：

1) 完善、改進地震觀測，部署新一代觀測系統(tǒng). 地震觀測資料需要繼續(xù)積累，同時要認識到，我國的第一代觀測臺網(wǎng)本質上是為探索地震預報的可行性建立的，利用它基本實現(xiàn)了可行性探索，也證實了地面基礎觀測的重要性．但是，要取得突破性的進展，僅有地面觀測臺網(wǎng)是不夠的，必須進一步完善(張肇誠，張煒，2009)．深入分析比較唐山地震時或該地區(qū)最佳監(jiān)測狀態(tài)時與現(xiàn)時臺網(wǎng)的不同及監(jiān)測能力的變化，弄清現(xiàn)狀、找出問題，結合當前的有利和不利條件改進觀測臺網(wǎng)．現(xiàn)代科學技術的進步是有利條件，為觀測、傳輸、數(shù)據(jù)保存、情報收集和大范圍地、空觀測等提供了可能．

2) 組織對孕震過程及其前兆和重大問題的再研究. 應該重新審核或再研究以前得到的認識，加強物理基礎的論證．加強與國外同行的交流，爭取更多的國際交流與合作．

3) 單學科研究與多學科綜合研究相結合，加強學科組的作用. 地震預測是邊緣科學，多學科探索與綜合研究并進是成功的探索途徑．學科組起了重要的組織、推進功能，需要堅持并發(fā)揮其在深入探索中的作用．其中，最重要的工作是地震前兆的深入研究．《可操作的地震預報：認知狀態(tài)與應用指南》報告極為重視“尋找診斷性地震前兆”，回顧了IASPEI于1988—1997年的評選地震前兆的活動，總結了若干類型地震前兆的最新研究，認為“迄今尋找診斷性前兆還遠未成功”．診斷性地震前兆的含義是，“另一種預測戰(zhàn)略是監(jiān)測可能與斷層破裂的孕育階段有關的物理的、化學的或生物的變化．如果前兆性變化能以很高的概率和很低的誤報率預測一次即將發(fā)生地震的位置、時間和震級，則被認為是診斷性的”，即報告采用的是狹義地震前兆的概念．我國的觀測實踐表明，對地震前兆采用廣義的理解，利用群體(綜合)前兆解決地震預報問題可能是更為現(xiàn)實的途徑(戰(zhàn)略)．要突破的難點是：① 如何提高判定所觀測到異常的可靠性，在《中國震例》中并非每條異常均使人確信，單學科的攻關頗為重要；② 闡明產生地震前兆的機理；③ 進行多學科前兆的綜合研究，探索地震孕育的物理過程及預報方法，獲取多異常預測的概率增益，并向物理預報方向努力．

4) 發(fā)揮中國地震局的職能，組織好新階段的地震預報探索. 1971年，應地震預報探索的需要成立了國家地震局(現(xiàn)中國地震局)，地震監(jiān)測、預報和科研是地震局的中心工作．有力的組織使我國半世紀的地震預報科學探索取得了明顯進展，新階段的探索有賴于地震局的得力領導和組織．唐山地震監(jiān)測預報的重要經(jīng)驗教訓之一是，監(jiān)測大震必需有一個全國震情和觀測資料及時匯總和研究的分析中心，于1980年成立了國家地震局分析預報中心．經(jīng)過20多年的努力，形成了一個全國中心與省分析預報中心密切配合有效率的監(jiān)測預報工作體制，在地震監(jiān)測預測及科學攻關研究中起到了關鍵性作用，受到國際同行的關注．總結歷史經(jīng)驗和教訓、加強科學管理及體制改革是組織新階段探索中要研究的問題．要重視“可操作的地震預測預報”這一國際地震預報發(fā)展的新動態(tài)．意大利政府在遭遇拉奎拉地震之后，以尊重科學的態(tài)度，認真地研討政府對地震預測預報的認知和對策，值得借鑒．

我國地震預測預報探索所取得的進展是廣大地震工作者共同辛勤勞動的成果．邢臺地震50周年和唐山地震40周年之際，讓我們懷著崇敬的心情緬懷逝去的老一輩探索者和繼承者．在世的第二代探索者也已到古稀之年，還在繼續(xù)奮斗．新一代探索者正處當年，肩負新探索的重任．解決地震預報難題需要幾代人的艱辛努力，繼承與不斷創(chuàng)新，共同為實現(xiàn)地震預報夢而奮斗．實現(xiàn)地震預報是廣大人民群眾的共同愿望，希望能得到社會更多的理解與支持．為了地震科學的健康發(fā)展，希望形成科學爭論、研討之風，形成共謀發(fā)展的新局面，以此紀念唐山大地震40周年．

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Discussion on scientific and practical problems of feasibility of earthquake prediction

Zhang Zhaocheng*Zhang Wei

(InstituteofEarthquakeScience，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100036，China)

The best way for the memory of the 40th anniversary of the 1976 TangshanMS7.8 earthquake is to review the scientific practice of earthquake prediction research in China，summarize its progress，and discuss scientific and practical problems that we have faced to and prospect for the future. The key to realize earthquake prediction is the short and imminent prediction. Whether there are earthquake precursors，whether such precursors can be observed，and whether the precursors can be used to predict earthquakes and reduce the disasters，which are the questions that the earthquake prediction research must answer. In other words，positive answers to such questions confirm the feasi-bility of earthquake predictions. This paper discusses key scientific and practical problems，such as the detection of earthquake precursors，the physical basis of earthquake precursors，the debate on whether earthquake can be predicted，and the importance of observations，and then comes to the conclusion that there are precursors to earthquake though they are very complex，and it is possible to predict earthquakes. Earthquake prediction research should be developed from phase of feasibility study into the phase of deep exploration.

Tangshan earthquake; earthquake observation；earthquake precursor；earthquake monitoring；earthquake prediction；earthquake forecast；feasibility

10.11939/jass.2016.04.004.

綜 述

國家自然科學基金(41090291)資助.

2016-05-29收到初稿，2016-06-22決定采用修改稿.

10.11939/jass.2016.04.004

P315.75

A

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*通訊作者 e-mail: zhangs_zhang@aliyun.com