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《了望》:地震学家都做了些什么

作者:财政税收
出处:www.lunrr.com
时间:2020-04-08
作者:孙英兰资料来源:t希望发布时间:2008年

地震学家做了什么?

“在过去的20年里,我们还注意到之前发生了20多次地震。一些地震也取得了减灾成果,但比率很低,因此这种预测很困难,地震预测失败。”

汶川地震后,学术界和互联网上也有这样的声音:我国西部也有很多地震监测站,地震前没有异常,也没有预警?在大地震之前,我们是否对许多自然征兆过于粗心?中国地震研究的总体水平是什么?我们什么时候能准确预测地震?

2010年5月21日中午,《新闻周刊》记者联系到中国地震局原副局长、中国地震局地球物理研究所原所长、中国科学院院士陈杰。也许这些天他太悲伤太忙了。在电话的另一端,他似乎非常兴奋:“我们没有预测到这么大的地震。你认为我们的科研水平是高还是低?”

那时候,在他的日程表上,关于地震的思考似乎不在议事日程上。“现在全国都在抗震救灾,现在谈论这样的问题是错误的。”

然而,随着灾难的加剧,人们更加渴望了解与地震有关的一切。

地震科技之旅

历史数据表明,中国是第一个记录和研究地震现象的国家。国外对地震的理解可以追溯到公元前580年的萨赫勒地区和公元前526年的阿那克西美尼(萨赫勒地区认为地球漂浮在海面上,水的运动引起地震;阿那克西美尼认为地球的岩石是振动的原因)。然而,中国早在战国时期就记录了地震。公元前132年,东汉帝国史司令张衡发明了厚丰地震仪,这是世界上第一台观测地震的仪器,在世界地震学史上具有里程碑意义。到了明清时期,地震记录更加全面、详细和丰富。记录的内容包括灾害的位置、范围和损害,以及地震前兆现象。它还探讨了地震的原因和预测。

中国古代地震学对地震的观测、记录和研究可以说是世界上最高的。然而,我们对灾难性地震的原因没有深刻的理解。主导的是将地震与其他自然现象和自然灾害,如洪水和瘟疫联系起来,并从超自然的关系中寻找原因。由于历史原因,现代地震学没有在中国产生,地震发生和地震预报的思想也在国外产生。

新中国成立后,为了适应国民经济建设和发展的需要,地震科技事业开始起步。20世纪50年代,为了了解中国历史地震的基本特征,地震学家先后编写了《t望》 《t望》和《墨子》,被国际同行称为“地震学家必备的文件”。

同时,针对工程建设中地震烈度区划的迫切需要,编制出版了第一代《竹书纪年》。此后,根据国民经济建设、国防建设和科学研究的需要,先后建成了由24个台站组成的国家基础地震台网,由8个台站组成的国家基础地磁台网开始了地震科技事业的艰难历程。

1956年,“中国地震活动与防灾研究”被列入《中国地震资料年表》国家名录。“这是世界上第一个国家地震预测研究计划,比西方提前了大约10年。”中国地震局地球物理研究所所长吴忠良作出了这一评估。

1966年3月,河北邢台先后发生6.8级和7.2级地震,给人民生命财产造成严重损失。国务院总理周恩来三次访问灾区,并向群众表示慰问。他建议“我们应该发扬原始精神,努力突破科学难关”和“研究地震规律”。来自全国各地的科技工作者赶到地震现场进行实验研究。

在邢台地震现场,中国第一个多学科联合行动和特殊团体的地震综合监测网络已经形成。同时,为了确保对北京、天津等地地震活动的持续、及时了解,并进行快速地震报告,中国科学院地球物理研究所在非常短的时间内完成了北京遥测地震台网(Beijing遥测地震台网),使中国成为世界上最早建立遥测地震台网的国家之一。

据资料显示,在1966 ~ 1976年的10年间,中国大陆发生了9次7级以上的强震。大地震的频繁发生和大量科学实验为科研人员记录、发现震前异常和探索地震预测的方法和途径创造了有利条件。在此期间,地震学家积累了宝贵的第一手资料,并预测了海城、松潘和盐源等地的强震。然而,1976年唐山地震无法在不久的将来预测,这成为一代地震学家无法从心中抹去的痛苦。

这个时期被认为是地震预报发展的前所未有的时期。为地震监测和预测方法奠定了基础。在此期间还形成了年度、月度、周、临时和紧急地震预报咨询系统,并提出了地震形势研究的概念和内容。

自1976年以来,中国的地震活动进入了一个相对平静的时期。仅在1985年8月23日,新疆乌恰发生了7.3级地震。地震学家开始系统地总结和反思地震预报的经验教训。

中国地震局地震预测研究所研究员张国民和其他专家在一篇论文中写道:“我们认识到,尽管过去使用的经验预测方法有助于打开地震预测局面,但它在未来仍将是一种主要的实用方法。但是,由于地震准备情况不十分清楚,仍然难以区分构造运动、地震准备和局部干扰所呈现的前兆异常之间的区别和联系,因此前兆异常与地震活动异常之间没有一一对应的关系。”

他们认为:“用目前的经验预测思维很难定性地提高目前的地震预测水平。通过它更不可能在地震预测方面取得全面突破。因此,在提高经验预测水平和能力的同时,应大力推进物理预测的探索,引入新的理念、理论和概念,充分发挥经验预测的优势,突破经验预测的局限性,迎接挑战。”

新技术的应用与局限

20世纪90年代以来,随着高新技术在地球科学中的应用,特别是空间地球观测技术和数字地震观测技术的发展,人类对现代地壳运动、地球内部结构、震源过程和地震前兆图像的观测在分辨率、覆盖面和动力学方面都取得了飞跃。

自20世纪末以来,已有一些大规模的以地球科学为重点的国际研究项目,包括“上地幔计划”(UMP)、“国际地球动力学计划”(IGP)、“国际岩石圈计划”、“深海深钻”、“海洋深钻”和“大陆深钻”计划。这些重大地球科学项目的实施为人类探索和理解地球提供了大量的科学数据,并在地球内部结构,特别是壳幔结构、岩石圈结构、岩石圈运动和变形以及岩石圈动力学的研究方面取得了许多重要进展。显然,这些发展为地震预测研究提供了重要的科学背景。

在地震学研究方面,继法国的“地球观测仪”和日本的“海神号计划”(Poseidon Plan)之后,美国最近策划了为期15年的“地球观测仪”,目标是发展地震科学,促进其在减轻地震灾害方面的应用。

在过去的十年里,美国开展和计划中的“洛杉矶地区地震试验”(LASE)、“美国地震”(USArray)项目、“板块边界观测计划”(PBO)和“圣安德烈斯断层深部观测(SAFOD)”都围绕着一系列与地震发生直接相关的重要科学问题。包括与地震成因直接相关的深埋断层的探测和活动确定、地震复发模型以及通过深钻直接探测圣安德烈斯断裂带大地震重点区域的结构、物理性质、变形、应力状态和流体聚集。

一些国家还开展了地震卫星技术研究,利用现有卫星信息对全球定位系统、热红外、电离层、重力、电磁波等方面进行了研究,也初步展示了新技术在地震预测研究中的可能前景。

中国在地震观测基础设施应用新技术方面也取得了新的重要进展。“九五”期间,中国建立了国家数字地震台网。“十五”建设后,全国数字地震台网现有152个国家级台、31个地区台、1000多个分站和几个移动台。

“九五”以来,中国实施了“中国地壳运动观测网”大型科学项目,建立了全球定位系统观测网。中国国家数字地震台网和地壳运动观测网已于2001年正式投入使用。此外,卫星遥感技术在地震监测中的应用得到加强,地震前兆台网建设取得新进展。

近十年来,中国地震学界与有关部门共同开展了一系列重要的研究工作。其中包括岩石圈动力学图集、活动构造图集、东亚地球动力学、华北大地震震源区精细构造探测等。这些研究为探索中国大陆地震成因提供了许多重要的科学数据,如构造环境、构造变形、动力条件、震源精细结构和地震物理性质等,为进一步探索地震准备过程提供了重要条件。

国家重点基础研究与发展规划项目(973项目)始于1999年,目前正在实施中,“大陆强震机理与预测”研究为解决地震研究中的一些重大基础问题提供了可能。

行业专家表示,尽管经过40多年的努力,中国地震科技的整体水平取得了很大进步,在地震案例数据积累和现场预测经验方面也有一定优势,但与美国、日本等先进国家相比,中国在地震观测技术的进步和地震预测基础理论研究方面仍存在一定差距。中国目前的地震预测仍处于探索阶段。

世界一流的问题是否有解决方案?

地震专家告诉记者,地震是由岩石圈岩层突然破裂释放的能量引发的,这被认为是最具破坏性的突发性自然灾害。从古至今,地震一直威胁着人类的生命和财产安全。中国不是世界上地震最多的国家,但却是地震灾害最严重的国家。自地震记录保存以来,在4次灾难性地震中,中国占了3次,总死亡人数为20万(陕西省华县1556次地震中有80万人死亡,1920年海原8.6级地震中有8523万人死亡,1976年唐山7.8级地震中有24万人死亡)。中国占20世纪全球地震死亡总数的一半。

地震给人类带来了如此巨大的灾难,但由于地震的复杂性和不重复性,地震预测在世界上被视为一个科学问题,甚至世界上许多科学家都悲观地认为这个问题无法解决。那么,随着科学技术的发展,这个科学问题有答案吗?地震预测困难在哪里?

“地震预测的确是一个需要长期探索才能解决的科学问题,但另一方面也是一个必须回答的问题。这是社会、政府和人民的需要,必须做到。”两年前,中国地震局地球物理研究所名誉所长、中国科学院院士陈云泰向媒体发表了自己的观点。

5月20日晚,中国地震局地质研究所副所长徐锡伟打电话给记者。即将前往地震灾区进行科学调查的徐锡伟表示,“目前,我们还不清楚地震的成因机制。我们不知道哪些异常是真正的地震前兆,哪些异常必然与地震的发生有关。地震的准备过程仍然未知,因此很难准确预测地震。这需要长期不懈的努力和探索。”

从事地震工作的科研人员经常感叹:“有通往天堂的路,但没有进入地球的路。”到目前为止,人类还不能深入地震发生的地球深处,安装仪器来直接观察地震的震中。地震现象本身的复杂性和其他因素使得掌握地震规律变得非常困难。由于地质条件跨越的时空尺度往往超出了人类的极限,相关研究在实验室条件下不易获得可靠的结果。虽然在1975年海城地震成功预测后,中国地震监测网先后对中国大陆发生的许多地震进行了一定程度的预测,但与大量未预测的地震相比,这是非常小的。

在5月13日国务院新闻办公室举行的新闻发布会上,中国地震台网中心副主任张晓东承认:“在过去的20年里,我们也注意到了之前发生的20多起地震。一些地震也取得了减灾成果,但比率很低,所以这种预测很困难,地震预测也没有通过。因为每次地震,现象都很复杂。我们设定的指标可能会在另一个地方和另一段时间内发生变化。困难就在这里。”

“站在前人的肩膀上,勇往直前”

5月20日上午,在中国科学院地理系举办的四川汶川地震学者座谈会上,中国国家自然科学基金地球科学部前主任、中国科学院院士周秀吉就地震是否可以预测给出了解释:“100多年前,天气预报还看到蚂蚁在不知不觉中移动,燕子低飞。科学发展了100多年才达到今天的水平。”

周秀吉认为,气象预报的大发展有着坚实的科学基础。相对而言,地震只有一个地震台网,地震台网只能在地震发生后获取信息,他们不知道地下板块是如何碰撞的。然而,通过地形变化和全球定位系统变形推进地下仍有许多不确定因素。此外,固体力学的动力学方程比流体力学的动力学方程复杂得多。现在,模拟实验已经开始,但离真正的预测还很远。“科学不能操之过急,正如100多年前不可能每天都需要天气预报一样。我强调需要不断完善科学基础。”

周秀吉指出,长期天气预报远不如地震。中国地震的分析离不开地震活动带。因此,地震学家和地质学家可以判断地震长期发生在哪里。“对地震的长期评估和预测基本正确。现在要解决的问题是短期即将发布的报告。哪一天会发生,但这在短期内是无法解决的。”

陈彭淑,一位已经老了的中国科学院资深院士,也一再强调,“我们必须重视科技储备,让它们为社会服务。应开展跨学科的系统研究,因为灾害不属于学科,地理具有许多复杂性和不确定性因素。需要在相关学科做出更多努力,将地球科学发展成为一门系统科学,并提供充分的技术保障。”

中国科学院院士、前中国气象局局长秦大河告诉记者,“今年春天的低温雨夹雪冰冻灾害和汶川地震都反映了高层决策和科学研究需要整合的问题。一方面,我们应该真正分享信息和数据;另一方面,我们应该充分发挥史料的作用。我们的科研工作者应该更善于从以前的研究中吸取营养,站在前人的肩膀上。科学需要代代相传。”

中国地质大学(北京)副校长邓军告诉记者,地应力测量研究是20世纪60年代着名地质学家李四光积极倡导的。通过这种方法,对地震诱发断裂带进行长期科学监测,了解其活动周期和运动规律,记录和研究地震前后的地应力变化过程,可以帮助人类更好地了解地震的准备和发生过程,解释地震发生的前兆特征信息。目前,需要完善该地区地应力监测网络,对断裂带沿线的地应力变化进行长期有效的监测。这需要科研人员的长期坚持以及国家的长期关注和财政投资。

许多接受采访的专家说,研究力量仍然分散。中国地震局、中国科学院、国土资源部等部门都有研究地震及相关问题的机构。这些部门如何协调?如何打破部门界限?如何摒弃学术偏见,形成科研协同?如何实现真正的资源共享,避免资源浪费和重复建设?所有这些问题都值得认真考虑。

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