為地球把脈——地震的預報與監測

張瑞晰

汶川地震過去了。每一次災難過后，痛定思痛，我們要總結經驗，要總結教訓。汶川地震又告訴了我們一些什么呢，面對著一一幕幕悲慘的場景，很多人可能都在想，我們有天氣預報，為什么就不能有個地震預報呢？地震到底能不能預報？

我們生活的地球，是茫茫宇宙中一個小小的藍色星球。地球上有水、空氣和陽光，為所有生命提供了適宜生長的環境。但是有時地球也會發出痛苦的震顫，使我們原本溫暖的家園，變成地球子民災難的煉獄（圖1）。

（1） 強烈地震造成的破壞性災難

張少泉（中國地球物理研究所 研究員）:從以往的情況來看，絕大部分地震發生在地球的表層，特別是在地殼里邊，因此，處在地殼里邊和上地面頂部的地震我們都叫作“淺源地震”。大陸地震都屬于這個類型。因此我們要想了解地震，必須了解地球。地震就是地球內部所發生的變動，它主要體現在地球的表層，特別是地殼。地殼的破裂是一個脆性的破裂，地震的過程是一個斷層的滑移過程，是能量的釋放過程，是由一個點發展到一個面、一個局部的錯動過程。

地殼是由一些構造板塊組成的，這些板塊飄浮在地下很深的熾熱液體上（圖2），因為受到各種因素的影響而慢慢漂移，速度極其緩慢。在移動中，這些板塊發生碰撞，形成了地球上的高山丘陵。地球上95%的地震現象都發生在各大板塊的交界處。由于板塊的運動方向不同，彼此之間摩擦，產生了巨大能量，經過時間的積累，這種能量超出了板塊地層的承受能力，就會發生瞬間的爆發，這個爆發的點就是地震的中心。

（2） 地殼構造板塊示意圖:地殼是由一些構造板塊組成的。這些板塊漂浮在地下很深的熾熱液體上緩慢地漂移

張少泉:具體到一次地震的發生，它必然是在某個地方積蓄了能量。比如說我的兩只手，代表一個斷層的左右盤，它在錯動，可以使斷層是垂直的，也可以是水平的，也可以是傾斜的。它們逐漸活動，逐漸活動，直到一動不動了。為什么呢？當推動力量小于它的摩擦力，不能動了，就開始積蓄能量。

萬事萬物都在運動變化發展，并且互相發生作用，地球內部也是一樣。經過上千年的觀察積累，我們發現，一些破壞性大的地震發生前，未來震中或者其外圍地區，可能會出現各類平時未曾出現過的，與地震活動有關的自然現象，科學家們稱之為地震前兆，這種前兆為我們預知地震提供了依據。

張少泉:一類是用精密儀器進行觀測的，是專業工作者用重力儀，電磁儀等等還有水氡等監測儀器觀測，這叫微觀前兆。

地震前兆非常復雜，并且具有多樣性，微觀前兆被科學家記錄，而宏觀前兆比較容易被普通人感知，比如動物行為出現異常，地下水發生流量增減，水溫變化或水質發生變色變味等異常現象，這些都屬于宏觀前兆。那么，這些現象，是否就一定預示著地震的發生呢？

蔣海昆（中國地震臺網中心預報部 副主任）:宏觀前兆就是你觀察到的一些不正常的現象，可能它會反映出一種地殼的變動，但是這種變動是不是足以導致地殼的突然破裂，不一定。

主持人:比如 5月９日這天，人們從報上看到在綿竹縣出現了上萬只蟾蜍徐徐過馬路的報道。當時的解釋是因為氣候潮濕，蟾蜍繁殖比較快。當地震發生以后很多人都發表了自己的看法，認為這是地震的一個先兆。也許動物比我們更敏感一些，但是絕不能說有動物聚集的場面出現，就一定會發生地震，導致動物聚集的原因實在是太多。

盡管很多人對此類現象感到疑惑，并把這些現象與大的災難聯系在一起。但科學家認為，井水變化，動物異常這些孤立的現象，與地震并沒有一一對應的必然因果關系。

因為這種現象出現之后往往不是必然發生地震，因此，動物異常等現象不能單獨作為預測地震的依據。但是專家們仍然希望能對這些現象進行系統的研究。

除了我們能感知的宏觀前兆，地球內部還有很多微觀的地質活動，比如地球磁場，地電等等，人類無法直接感知，需要借助科學的儀器進行觀測收集。但是這些信息卻經常受到來自人類自身的干擾，而使我們不能準確判斷。

蔣海昆:人類活動加重了識別難度，在我們觀測中，主要因素來自城市的擴張，人類活動的影響，還有自然天氣的影響。

那么，我們有沒有科學的方法對地震進行監測和預報呢？據后漢書記載，公元132年，在京師，就是今天的河南洛陽，盛傳著一個驚人的消息:太史令張衡發明了一種儀器，可以觀測到發生地震的時間和方位。但也有人不相信，認為地震發生在幾百里以外，人怎么能測出來呢？

張少泉:張衡給我們開了很好的頭。是他把我們看到的地動山搖、稍縱即逝的現象用一個儀器記錄了下來。

張衡發明了地動儀（圖3），不久之后，就準確地監測到了一次地震的發生。

（3） 張衡地動儀模型

公元138年3月1日，張衡地動儀西方的龍嘴突然張開了，銅球落到蛤蟆嘴里，測知洛陽以西發生地震。但洛陽人并沒有感到震動，幾天后，信使飛馬來報，距離洛陽以西一千多里的隴西，就是現在甘肅東南部發生了大地震，使朝廷內外“皆服其妙”。

張少泉:這件事情說明，在張衡的頭腦里已經有這么一個雛形，一個基本的認識，所有的地震接收到之后，就可以推斷出一個發生震動的源。

張衡地動儀的功績，不僅僅是一項技術，一個儀器，它體現了一個科學理念。通過地動儀的發明，他傳達給我們一個概念，那就是地震波的概念。

張少泉:什么是波？波就是震動的傳播。在震源，斷層一錯動，就會引起地面的升降和擺動，并以每秒幾公里的速度傳播。四川發生地震，北京也能感到晃動，越在高層的人感到的晃動越厲害。為什么呢？不是北京在地震，是北京地面有運動，這個運動來自于1200公里外的四川。這個概念就是延續我們老祖宗張衡的思路。地震波就是震動的傳播。

現在我們使用的地震監測儀，比張衡的地動議先進了許多。目前對地震活動進行監測的儀器有兩類，一類是記錄地震的，叫作地震儀；一類是記錄地震前兆信息的，叫作前兆儀。前兆儀觀測記錄的信息就是科學家對地震進行預報的依據（圖4），這些信息涉及地磁學，地下流體學，地殼形變學等等（圖5）。

（4）記錄地質信息的專門儀器

（5）各種地質信息，為地震預報提供科學依據

主持人:地震學界認為，進行地震預測應該是三個途徑，首先就是地震統計法，根據以往發生過的地震，進行統計學研究，得出結論；再一個就是地震地質法，就是研究該地區地質應力變化數據進行具體分析的方法；第三個方法是地震前兆法，就是大震前的前震，以及地磁異常等。只有這三種方法結合在一起，我們才能拿出一個相對較為完善的地震預測來。

中國國家地震臺網中心是隸屬于中國地震局的一個研究機構，負責地震的預報和監測工作。而地震的預報，是目前人類尚無法完全掌控的一個領域，既然如此，我們為什么還要開展地震的預報監測工作呢？

?蔣海昆:從防震減災法來說，地震預報是中國地震局的職責，是以法律的形式賦予的責任，這是社會的需求，是必須要做的事。一方面積累資料，一方面探尋方法。

專業人員把地震預報分為長期預報，中期預報和短臨預報。時間越短，預報的精度就越高。為了了解更多的地震知識，我們來到中國地震臺網中心，希望了解地震信息監測和處理的流程。

對地震的監測，可以幫助我們知道地震的地點和震級；對前兆的觀測，則可以幫助我們對即將發生的地震作出判斷。但前兆儀器僅僅記錄地殼的形變還不夠，科學家們還要監測地殼更多的有用信息，才能為地震的預報提供依據。

張少泉:那就是地下流體的變化，地下的水位升降，地下氡的放射，還有地下一些其他的變化；另外，在大地震之前，地球的物理場，比如說電場，磁場，溫度場等的變化，都由專門儀器進行監測。

雖然世界各國所采用科技監測手段已經比較先進，但是全球關于地震的預報仍然處在地震發生后，才能確認地震地點以及地震級數的層次。在大自然面前，人類的認識水平還很幼稚。

地震監測預報的難點主要在于對于地震前兆的識別和判定。目前，我們對于地震前兆觀測主要是在地表淺層。這個區域當中，各種信息混雜在一起，以我們現在的研究水平很難從中篩選出最有價值最可靠的信息來。

張少泉:天氣預報火箭能上去，氣球能上去，能夠進行多方面的監測。可是地球，火箭下不去，數據就有限了，這是一；第二，大氣的動力學研究，在數學上，在理論上，應該說相當完善了，而地下孕育的很緩慢的變化，在理論上還沒建立起來。它不是觀測手段問題，而是一個科學問題。

上天容易入地難，人們對宇宙空間的認識，遠遠比對地球表層以下的認識豐富。現代科學技術的發展，推動了科學家對地球物理的研究，但是還遠遠沒有我們想象那么深入，目前人類對地表最深的探測也只有10公里左右。可大多數的震源都是集中在5公里～30公里甚至更深處，歷史上記錄到的最深的地震是發生在地表以下600多公里的地方，像這種環境我們根本無法在現有條件下對它進行直觀的觀測。

經過地震災難的教訓，我們規劃城市建筑物，就參考了地質和地震部門對房屋選址的建議。除此之外，在選好的地址，建什么樣的房子，怎樣建房子，同樣是不能忽視的安全問題。

對地震的長期監測，為我們積累了大量寶貴的資料，這些資料也包括對于我們城市中地質斷層的了解。根據資料我們可以設定房屋抗震指數，指導城市建設，減輕災害威脅。通過對地震的監測，我們現在已經可以做到對國內外發生的地震，在較短時間內，準確地給出地震的震級、位置、時間和深度，為減輕地震災害的損失爭取時間，盡量趨利避害。

張少泉:比如說在唐山地震的震害調查當中，發現凡有圈粱的房屋震害就輕；在房屋的幾片墻交匯的地方有一個混凝土的柱，叫構造柱，有構造柱的房屋，它的震害也比較輕。后根據這個經驗推薦，在不同的地區，就要求要加上圈粱加上構造柱，這樣的內容就被寫進了抗震設計規范里面。

全球整體科技水平的發展也在不斷推動地震預測技術的進步。

我國的地震監測預報工作從上世紀60年代開展以來，也得到了極大的發展，這次汶川地震，由于地震地點和震級被迅速確定，預報監測的信息為決策提供了依據，也為我們贏得了大量寶貴的救援時間。這也是地震監測對于減災工作極大的支持。

張少泉:一般咱們所感覺到的都是大震。而一次大震，都伴隨著一系列的中等地震和小震。有一個統計數字，全世界，一年發生8級以上地震一兩次；7級以上地震一二十次；6級以上地震一二百次；5級以上地震一兩千次。就是說隨著震級的增加，次數是在減少；隨著震級的減少地震是在增加。它本身是一個逆指數的分布。這樣一個變化，給我們提供了一種可能，就是利用小地震，利用中等的地震預報大地震。而且我們確實取得了成果。

人類與地震斗爭已經數千年了，利用這些經驗再加上現代科學的指導我們可以在一定范圍之內對某一類的地震進行一些預測。

隨著我們地震監測水平的提高，人類科技水平的不斷推進，希望有一天，地震的精確預報不再是一個夢想。