第六讲 地震究竟能不能预报？

　　地震灾害损失如此惨重，对人类的生命、财产构成了严重威胁，人们很容易想到的一个问题是，如果能在震前知道在什么地方，什么时间，将发生多大的破坏性地震？预先通知可能倒塌的房子里的人们跑出来躲一躲，不就可以避免很多伤亡了吗？这就是说，对于减轻地震灾害，特别是减少伤亡，地震预报是很容易想到的一条途径。

　　其实，为了生存，我们的祖先几千年前就开始关注这方面的问题，世界上也不断有人想推动地震预测研究。从20世纪60年代起，日本、美国、俄罗斯（前苏联）和中国等主要地震国家先后制定并实施地震预报研究计划。与其他国家不同的是，我国实行“边研究、边预报”方针。在过去40多年里，取得了海城、龙陵、松潘—平武等20多次有减灾实效的成功预报震例，但也遇到许多困难，出现过唐山等地震漏报，以及某些虚报的失败和挫折。西方国家的主要做法是，从理论和实验加强基础研究，选择范围很有限的试验场开展预报方法试验。他们的这种做法在基础研究方面取得的进展是比较扎实的，不过，目前的预报实效可就谈不上了。就是几个试验场也没有取得预期的预报效果。国际地震界对于当前能不能预报地震一直是有争论的。特别是遇到重大震灾而又没有预报时，强调困难主张目前不能预报的声音总会高起来。西方国家多数地震学家主张在理论上有突破，方法上过了关以后，再实施地震预报。而中国多数地震预报专家认为，目前已经可能在某些有利条件下对某种类型的地震做出一定程度的预报。

　　地震预报为什么这么难？围绕能不能预报争论的主要问题是什么？怎么看待当前的预报水平？让我们从地震预报发展过程说起，逐步解释。

　　6.1 地震预报是人类千百年来梦寐以求的目标，但至今仍是世界科学难题

　　6.1.1 中国古代有不少关于地震，甚至可能是地震前兆的记载

　　地震由于其严重的灾害性,危及生命财产,自古就引起人们的重视。早在公元前23世纪，《墨子》就有记载：“三苗欲灭时，地震泉涌”，距今4300多年。这恐怕是世界上最早的地震记载。

　　公元132年，东汉张衡用精铜铸成世界第一台地震仪——候风地动仪。并成功地记录到138年陇东大地震(甘肃临洮与青海民和间, 级)　　 

　　据《今本竹书纪年疏注》记载:“帝癸(一名桀)十年,五星错行,夜中陨星如雨，地震，伊、洛竭”。它的意思是,夏桀十年，即公元前1809年，先是星体位置异常，且出现很多流星、陨石，然后，发生地震，地震又造成河流改道，以及原来的河流干涸。这可能是世界上关于天文现象与地震关系最早的记载。

　　在史书和地方志中还记录了一些震前异常现象，如

　　1556年陕西华县8级大震前“日光忽暗,有青黑紫色,日影如盘数十，相摩荡，渐向西北散没”。《华州志》还记载，“十二日晡时，觉地旋运，因而头晕”，“及夜半,月益无光，地反立，苑树如数扑地，忽西南如万车惊突(大震)” 。这几段记载说的是，这次大地震前太阳发生了一些特殊的物理变化，有缓慢的地面运动和长周期波动。

　　据《银川小志》记载：“银川地震,每岁小动,民习以为常,大约春冬居多,如井水忽浑浊,炮声长散,群犬围吠,即防此患。至若秋多雨水,冬时未有不震者。”这更是对当地地震活动背景,季节变化，震前地下水、地声、动物异常做了很好的记载。

　　1855年辽宁金县级地震,据故宫档案记载：“旗民各户住房虽震倒五百六十七间……地震未震时,先闻有声如雷,故旗民早有预防,俱各走避出屋,是以未经压毙多人,只伤男妇子女七名。”这里似乎记述了震前当地居民曾听到地声。

　　康熙《地震》一文写道：“大凡地震皆由积气所至……积土之气不能纯一，闷郁既久，其势不得不奋。”又说：“既震之后，积气既发，断无再大震之理。而其气之复归于脉络者，升降之间犹不能大顺，必至于安和通适，而后反其宁静之体，故大震之后，不时有动摇，此地气反元之证也。”这就试图用“气”、“脉络”的观点，解释地震的孕育、发生，以及余震的过程。

　　摘引这些古书的记载是想说明，古人早就在思考地震是怎么一回事？早就关注地震是不是有前兆？当然，真正用近代科学仪器研究地震是19世纪末的事情，而世界主要地震国家大规模、有计划地开展地震预报研究则从20世纪60年代开始。

　　6.1.2 地震预报进展艰难，争论不断

　　20世纪六七十年代，世界主要地震国家开始推进地震预报研究的一段时间，国内外很多地震学家是比较乐观的。尤其当美国有报道说，在兰山湖的1次不大的地震前观测到波速比异常，并提出了扩容理论加以解释。中国又成功地预报了1975年2月4日海城7.3级地震，世界地震预报研究受到很大鼓舞。有的学者甚至觉得攻克地震预报这个世界科学难题已经指日可待。可是，虽然第二年又有龙陵7.4级、松潘—-平武7.2级、盐源—宁蒗6.7级等强震预报成功，但唐山7.8级地震的漏报，死亡24.2万人，负面影响太大。在现有的观测条件下，又没法进一步让人信服地证实强震前可以观测到波速比异常，扩容理论也遇到了严重的困难，不少人对地震预报的信心一落千丈。80年代美国在圣安德烈斯断裂带上选择帕克菲尔德段作为地震预报试验场。这段短短25千米长的断裂带在1857年、1881年、1901年、1922年、1934年和1966年先后发生了6次6级左右地震，每两次地震间隔时间相差不大，平均约22年。他们根据这些资料建立概率模型，预测1988年前后（±5年）这里可能发生6级左右地震。在这么小的范围里建设了地震、形变、地下流体等学科的观测台站几十个，配备了各种在当时最先进的仪器，有的甚至是当时世界上仅有的一两台仪器之一，如他们所用的激光测距仪。科学设计之周全，观测点之密，所用仪器之先进，无疑都是世界之最。美国地质调查局负责该试验场的科学家们制定了地震预警方案，严密监测、深入研究。这项工作又激起了许多人对地震预报的兴趣，全世界关心地震预报的人们都在关注试验的进展。可是，所预测的6级地震直到2004年9月27日才发生。到1993年时，所预测的发震概率已高达95%，连一个5级左右的地震也没有发生，一些科学家对于这样的预测以及由此选择试验场的科学性和合理性又产生了疑问。经讨论、评估，虽然该试验场的各种观测仍在坚持，但预报投入已大大削减了。在另一个地震预报研究大国，预测70年代末就可能发生8级地震的日本东海地区，至今还没有发生7级以上地震；在德国和土耳其于20世纪80年代联合建立的土耳其北安纳托利亚地震预报试验场里，也很长时间没有强震发生，而1999年8月17日发生伊兹米特7.8级地震却又在没有短临预报的情况下，造成1.7万多人死亡和120亿美元的损失。90年代，其他一些地方又接连发生灾害惨重的强震。例如，1990年6月21日伊朗鲁德巴尔7.6级地震，死亡4万人；1994年1月17日美国落杉矶北岭6.8级地震，经济损失达170多亿美元；1995年1月17日日本坂神7.1级等地震，死亡6000人，经济损失1000亿美元。质疑“地震究竟能不能预报？”的声浪再一次高涨。其中最有代表性的是四位美国学者盖勒（Geller,R.J.）,杰克逊（Jackson,D.D.）,克甘（Kagan,Y.Y.）和穆拉吉（Mulargia,F.）教授予1997年在《Science》上发表题为《地震无法预测》的论文。他们认为，已有关于地震前兆的报道，缺乏严格论证，很难用定量的物理模型加以解释，很多震后回顾提出的前兆，更不可信；三要素不明确或不精确的预报不能算预报。如1978年伊豆半岛7.0级地震前，尽管日本气象厅公布了小震活动明显增加等情况,提醒市民注意,但并没有指出可能发震的时间、地点和震级，不能算真正成功的地震预报；地震过程的非线性特征，使得准确的地震预报是不可能的。他们说，应打消可能在几小时、几天或几个月之前预测地震的希望。他们的意见在国际上产生了很大的影响，但外国地震学家并非都同意他们的意见。例如，世界著名地震学家，美国诺波夫（Knopoff）教授1998年9月到四川访问时，做了一个题为“地震不能预报吗？”的报告。一开头，他就说，发表《地震无法预测》论文的那四位中，有三位是他的学生。不过，他不同意他们的意见。然后逐条说明他的理由，他特别以一个形象的例子，反问道：猩猩有4条腿，是不是4条腿的都是猩猩呢？他认为那四位年轻学者在论证地震破裂发生在地壳临界自组织状态下，就一定不能预报的思维方式，就有点类似把4条腿的动物都看成猩猩一样，是不可取的。

　　中国大规模、有计划地开展地震预报，始于1966年邢台地震，恰好是文化大革命时期。由于地震人命关天，虽然其他学科领域的科研和生产都受到严重冲击甚至“斗、批、散”，地震预报却受到中央的特别关怀。周恩来总理多次亲赴地震现场慰问受灾群众（见图6-2），号召专群结合，搞好地震预报。由于有党和政府一贯的重视、关心和支持，大陆强震又接连发生，促成社会公众要求地震预报的愿望有增无减。建设台站，发展队伍，层层成立地震工作机构和分析预报部门，既有严密的组织保证，比较充分的经费保障，又有明确的地震工作方针，并把“国家加强地震监测预报工作，鼓励、扶持地震监测预报的科学技术研究，逐步提高地震监测预报水平”，写进了《中华人民共和国防震减灾法》，中国地震预报的推进，虽然遇到许多困难，在受到挫折时，也会有波动，但总体上比较顺利。国际上关于地震能不能预报的争论，对于中国推进地震预报的决心没有多大影响，不过，提醒了中国分析预报人员要更加客观地认识实现地震预报的艰巨性，更加重视排除干扰、识别异常，加强前兆机理与孕震过程等基础研究。

　　关于中国地震预报专家如何看待20世纪90年代的这场争论，这里引用前辈地震预报学术带头人梅世蓉教授在中国地震信息网专家谈地震专栏的一段概括：“盖勒等所说的准确短临预报（精确到天，明确的震级和地点）在目前科学技术条件下的确无法达到。但是基于地震地质和地震活动图像的某些规律性，作出一定精度范围的长期预报已有不少成功的震例。对于监测条件较好的地区，对某种类型的强震作出精度不太高的短期预报是可能的，这种预报对防震减灾仍有积极作用。但是，为了从科学上彻底解决地震预报问题，并在实践上取得最大的防灾效果，必须大力加强基础研究，弄清地震的成因和前兆的机制，在这个问题上国内外学者是没有分歧的。可是，这需要漫长的时间。对于我国来说，由于地震多而广，不能等待这一天的来到之后再开展实际的地震预报工作。我们必须贯彻‘边研究、边预报’的方针”。

　　再引一段中国地震学和地球物理学奠基人，已故的傅承义院士于1993年在梅世蓉教授等的专着《中国地震预报概论》的《序》中的一段话：“地震预报是百年来尚未解决的科学难题之一。中外虽都有些预测成功的例子，但是都免不了偶然因素，没有取得可信的科学依据。因此不断有人提出，地震预报究竟是否可能的问题。从逻辑上讲，这个问题现在难下结论，不过预测地震是一个造福人类的崇高事业，既然还没有理由说预测不可能，为什么不能作为一个奋斗目标而坚持下去呢？这是一个信念问题，不是必须先有事实证明，然后去做的问题。作为20世纪的科学家，特别是地学家，解决地震预测之谜，人人都有道义上的责任！对经历过或看过大地震所造成的人间悲剧的人，这种提法是不过分的。”

　　6.1.3 地震预报为什么那么难？

　　随着工作的深入，人们在逐步认识地震，积累地震预报经验的同时，对于地震预报困难的认识也越来越深刻。地震预报的根本困难在于：

　　（1）地震发生在地壳深部，或更深的地方，而人们只能在地表或地壳浅层观测。人类现在钻探的深井最深也只有十几千米，可地震有可能深得多。对于震源的真实情况，以及地震的孕育过程，无法直接观察。对于根据已有知识做的理论推测和模拟实验研究，也只能用地表观测来检验。况且，由于地震中期预报也是正在探索的问题，在地表布设了密集台网，或者钻了深井的地区，预期的地震迟迟不发生。而发生地震的地方，往往台网稀疏，也没有深井资料。因此，至今人类对于地球内部结构与运动，以及地震孕育过程的了解还很少。而且，尽管世界各国的地震科技人员都知道，必须加强这方面的基础研究，但受客观条件所限，短期内进展不会很快。

　　（2）地震是小概率事件，经验积累只能慢慢来。全球平均每年发生7级以上地震只有十七八次，而且大部分在海洋里。我国是大陆地震最多、最强的国家之一，平均每年也只有1次左右。而且在过去100多年里，有1/3的7级以上强震发生在台湾及其邻近海域。我国大陆地区的强震又有85%发生在西部，其中有相当比例发生在人烟稀少、缺乏台站监测能力的青藏高原。地震活动类型与前兆特征又往往与地质构造及其运动特征有关，也就是说，具有地区性特点。在一个有限的特定构造单元里，强震复发期往往要几十年或几百年，甚至更长。因此，预报经验的积累也是心急不得。

　　（3）地震的孕育和发生的过程在地球这样一个复杂的巨系统里，具有很强的非线性特征。地震的破裂过程是不稳定的，精确预测强震的三要素很困难。

　　这三点困难都是地震预报研究对象的本性所决定的，任何想攻克这个世界级科学难题的人都必须面对。这些问题都不是短时间能够解决的，实现地震预报必须长时间艰苦努力。借用一句军事术语，必将是一场持久战。

　　6.2 目前已能在某些有利条件下,对某些地震作出有减灾意义的预报

　　6.2.1 两次成功预报的震例

　　前面已经提到过，在过去几十年里我国各地已先后一定程度成功预报了20多次中强以上地震。下面简要介绍两个成功预报的震例，让大家对于当前的地震预报有一个大致的了解。也为下一节说明，当前尚未找到必震的前兆指标，但已能在某些有利条件下,对某些地震作出有减灾意义的预报，做一些铺垫，提供一点实际资料。

　　（1）海城地震

　　1975年2月4日19时36分，辽宁省鞍山市海城县（现为县级市）岔沟乡发生7.3级强烈地震。由于震前有预报，震区各级政府及时采取了有效的防震措施，从而大大减轻了灾害损失，作为人类历史上第一次成功预报，且取得减灾实效的地震而载入史册。

　　震前观测到的异常  1970年辽宁省及有关市县成立了地震工作机构，逐步开展基础探测，扩建和新建地震台，发展群测群防。到海城地震前，已建成13个专业地震台和几千个业余地震测报点。在海城地震前，观测到的主要前兆异常有：辽宁及周围地区地震活动水平明显增强，并发生6次震群活动；金县短水准、大连地磁绝对值复测、营口地倾斜、沈阳地倾斜、丰满地倾斜、辽南重力场、渤海年海平面高程等出现较大的异常变化；多个地电、地应力观测点出现“突跳”；多处观测井的水氡、水位、水质出现明显异常；宏观异常现象在震前短期内更加丰富，动物异常近900起，地下水较显著的异常点近600处；气象异常也很明显，数九隆冬的季节，却出现了冰雪消融、草绿蝶飞的阳春现象。这些前兆异常数量多、分布广、幅度大，具有明显的持续性和阶段性特征，并且不同种类异常之间存在准同步性。

　　地下水异常数量很大，1974年12月下旬明显多起来，2月初，异常数量猛增，图6-11描述了这样的变化过程。地下水异常分布范围很广，图6-12给出了这600多处异常点的分布。

　　近900起动物异常分布也很广，如图6-13所示。震前半个月，冬眠的蛇频繁出洞，图6-14展示1月2日1条4尺多长的蛇在冰天雪地里爬出洞。图6-15是震前拍摄到的鸡发呆的景象。　 

　　震前预报过程  1974年6月国家地震局（现名中国地震局，下同）召开华北及渤海地区地震形势会商会，将京津、唐山、渤海北部、海城一带划为可能发生5～6级地震的地区。国务院以国发[1974]69号文件转发了会议提交的报告。

　　为了贯彻落实国务院69号文件的精神，1974年11月25日在辽宁省铁岭市开原县召开了东北三省震情会商会。会商会明确指出，辽宁营口、大连是近期发生破坏性地震危险性较大的地区，是今后工作的重点地区。

　　1974年12月22日辽宁葠窝水库发生4.8级地震后，在1975年1月10日辽宁全省震情会商会上，专家们指出，原有的前兆异常还在继续发展，发生较大地震的可能性仍然存在，会议认为“丹东、营口、旅大和盘锦地区仍有发生5级左右地震的可能”。1975年1月13日，沈阳地震大队（辽宁省地震局前身）在《关于七五年大震趋势意见》中，进一步明确提出1975年上半年或一、二月份内，在辽东半岛及沿海海域可能发生6级左右地震。

　　1975年1月中旬，国家地震局召开全国会商会，把营口至金州一带以及丹东地区确定为可能发生5～6级地震地区，应重点加强监视。

　　1975年2月3日18时38分，海城—营口地区发生3.1级地震，这是当地有记载以来第一次有感地震，而且随之而来的小震不断，频度越来越高，强度越来越大，考虑到前述地震活动背景与一系列会商对地震形势的预测，辽宁省地震工作部门当即决定向省里报告。2月4日零时30分编写了第14期《地震情报》，明确提出“很可能后面有较大的地震，必须提高警惕”，并连夜上报辽宁省革命委员会、省委各常委，同时报送国家地震局。

　　2月4日07时51分该地区发生4.7级地震，在震中附近造成轻微破坏，地震活动频次已增高到每分钟1次。省地震工作部门负责人于上午8时赶到辽宁大厦向省革委会办事组汇报，省领导当即决定：由省革委会办事组立即通知营口、海城两县负责同志，到海城县革委会办事组开会，研究防震措施，布置防震工作。

　　省革委会上午10时30分召开电话会议，以通播的形式向各市及有关单位发布了地震预报。

　　（2）松潘—平武地震

　　1976年8月16日、22日和23日四川省松潘、平武之间先后发生7.2级、6.7级和7.2级地震，综合震中烈度达Ⅸ度。由于震前有预报，采取了预防措施，人畜伤亡甚少。它是唐山地震漏报后，再次成功预报的第一个强震，倍受人们关注。

　　震前观测到的异常  松潘、龙门山地震带是四川省主要地震带之一，历史上发生过几十次5级以上破坏性地震，其中最大的是1933年8月25日茂县叠溪7.5级地震。前面介绍次生灾害时，曾给出这次地震造成的地震湖——大海子与小海子的照片。读者也许还有印象。1970年2月24日松潘、龙门山地震带南段，大邑西发生6.2地震。为了加强这一地区的地震监测预报工作，刚成立的四川省地震办公室（四川省地震局的前身）先后在松潘、灌县（现名都江堰市）、茂县、汶川、马尔康等地建立了地震台站，开展地震活动性、各种前兆观测与地震预测研究，还进行了地震地质调查和大面积水准复测等基础性工作。1975年11月和1976年1月四川省和全国地震趋势会商会后，立即增设南坪（今九寨沟）和平武地震台。1976年6月国家地震局和四川省地震部门在成都联合召开“南北地震带中段近期地震趋势会商会”后，又以最快速度以四川为主，从全国范围抽调专业人员和装备，增上江油、安县、什邡、黑水、汶川、灌县、大邑、邛崃、小金、芦山和龙泉驿等流动台。到松潘、平武7.2级地震前，距震中500千米范围内已有21个地震台，其中有15个台装备有地震仪，前兆观测项目有地壳形变、地下水位与氡含量、地电、地磁、地应力等，共23个观测台项。另有一大批群众测报点，包括2400多个宏观测报点，1100多个微观测报点，配备各类简易观测仪器3200多台（套）。震前观测到的主要趋势异常有：中强震群、空区、条带等地震活动图像变化，b值与波速比；长水准与短水准观测到的形变异常；地下水位变化、氡含量、视电阻率、地应力以及地电流等趋势异常；干旱与箭竹开花，熊猫死亡等。主要短期或短临异常有：三起三落的宏观异常；台站与群测点观测的地电、地磁、地应力的大幅度变化；尤其是姑咱台水氡突跳，全国很多地磁台先后出现地磁低点位移和地磁日变形态畸变等。

　　　　6.2.2 尚未找到必震的前兆指标，但已能在某些有利条件下，对某些地震作出有减灾意义的预报

　　前面在介绍两个成功预报震例时，说到的不少宏观前兆现象只要我们留心，用肉眼都能观测到。国家倡导专群结合，欢迎大家发现各种异常现象及时向当地地震部门反映，即使不能确切地判定它是否与地震有关，也没有关系。因为地震部门会派科技人员进一步调查核实。但是，千万不要看到一些与前面介绍相类似的现象，就以为一定会发生地震，到处宣传，闹得满城风雨。因为一些看起来很类似的现象有可能是别的原因引起的。例如，地震前可能出现井水升降异常。可是，井水升降不一定都是要发生地震的前兆，因为下大雨或干旱，附近河水升降，附近其他机井大量抽水或者附近自流井被堵等也都会引起井水位升降。又如，地震前可能出现动物习性异常。可是，气象或其他生活环境的变化，或者处于发情期等特殊的生理条件，动物习性也会改变。这些现象的多解性，给地震预报带来很大困难。

　　对比海城和松潘、平武这两个震例，粗看起来，震前的异常种类和预报依据有不少相似之处，如震前都有中小地震活动图像变化，都有地形变、地下水或地电、地磁异常，也都有动植物习性等宏观异常。但仔细分析会发现，没有哪一类前兆异常是一模一样的。海城地震前有那么多的前震，松潘、平武地震临震前就没有。松潘、平武地震前，在预测时间方面起了重要作用的水氡突跳、地磁低点位移和日变形态畸变，在海城地震预报中没有突出表现。像海城和松潘、平武地震那样成功预报的震例还有20多次。这20多次震例中没有哪两次震前的异常与所用的预报依据是完全一样的。既没有哪一种异常现象是每一次强震前一定会出现的，也没有哪一种异常现象出现后一定会发生强震，也就是说，至今还没有找到必震的前兆信息。正因为这样，至今地震预报的成功率还很低。可是，终究有20多次中强以上地震前做出了有减灾意义的预报。已能在某些有利条件下，对某些地震作出有减灾意义的预报。