科學(xué)時(shí)報(bào)：汶川地震研究發(fā)現(xiàn)可信前兆異常前后

　　“5·12”汶川地震讓十幾億中國(guó)人沉浸在失去同胞的痛苦中。時(shí)隔一年半，傷痛仍未撫平，新的痛苦又開始在海地上演。地震災(zāi)害一再侵襲人們的正常生活，讓大批無(wú)辜的生命消失在地震廢墟中。人們?cè)诒�痛之余，不禁又將汶川地震時(shí)爭(zhēng)論不休的話題再次提起：地震真的不能預(yù)報(bào)嗎？

　　近日，中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所研究員邱澤華在其博客上發(fā)表了一篇博文《我們應(yīng)該能預(yù)報(bào)大地震》。邱澤華為何能出此驚人之語(yǔ)？帶著好奇心，記者走訪了相關(guān)人士。

　　實(shí)證研究：汶川地震有可信前兆異常

　　在眾多科學(xué)家認(rèn)為地震不可預(yù)報(bào)或者從目前來(lái)看預(yù)報(bào)的可能性很小時(shí)，邱澤華從2009年2月到今年1月14日在其博客中發(fā)表了20多篇關(guān)于地震預(yù)報(bào)的博文。今年1月14日，他更是直接發(fā)表博文稱，“……我內(nèi)心深處有這樣的信念：我們應(yīng)該能預(yù)報(bào)大地震……”

　　邱澤華說：“這種信念來(lái)自唐山地震的觀測(cè)資料，來(lái)自烏恰地震的觀測(cè)資料，更來(lái)自汶川地震的觀測(cè)資料。從這些觀測(cè)資料中，我們已看到大地震的應(yīng)力——應(yīng)變前兆異常變化。只要再觀測(cè)到類似的變化，我們就有理由提出預(yù)報(bào)。”

　　1976年，唐山地震前震中地區(qū)、坐落在斷裂帶上的兩個(gè)鉆孔應(yīng)力臺(tái)——陡河鉆孔應(yīng)力臺(tái)和趙各莊鉆孔應(yīng)力臺(tái)，觀測(cè)到互相可比的、與地面形變數(shù)據(jù)配套的異常應(yīng)力變化，邱澤華由此認(rèn)為，大地震震中地區(qū)鉆孔應(yīng)變儀可以觀測(cè)到地震前的前兆變化，并據(jù)此撰文，于1992年在《中國(guó)地震》上發(fā)表；1998年，他又在《美國(guó)地震學(xué)會(huì)會(huì)刊》上發(fā)表英文論文。

　　然而，由于當(dāng)時(shí)的觀測(cè)儀器很簡(jiǎn)單，分辨率很低，也無(wú)法標(biāo)定，只能看出曲線的變化，無(wú)法說明曲線變化幅度的大小。邱澤華也無(wú)法進(jìn)行更深入的研究，他的這些研究并沒有引起太多的關(guān)注。

　　“十五”期間，我國(guó)的鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)得到迅速發(fā)展，中國(guó)地震學(xué)會(huì)地震觀測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員池順良研制的四分量鉆孔應(yīng)變儀在全國(guó)布設(shè)了40套。然而，令人遺憾的是，所有鉆孔應(yīng)變觀測(cè)點(diǎn)都距離汶川地震的震中區(qū)相當(dāng)遠(yuǎn)，使用常規(guī)的分析方法根本識(shí)別不出明顯、可靠的前兆信號(hào)。

　　“5·12”汶川地震爆發(fā)前，池順良便觀測(cè)到位于四川省康定縣境內(nèi)姑咱臺(tái)的鉆孔應(yīng)變儀連續(xù)一年多出現(xiàn)頻繁的周期為分鐘或小時(shí)的脈沖變化，因?yàn)檫@些變化精確地滿足觀測(cè)數(shù)據(jù)自檢條件，池順良認(rèn)為這是一種地震前兆異常。這一提法在震后再一次引發(fā)了地震界對(duì)大地震能不能成功預(yù)報(bào)的爭(zhēng)論，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是汶川地震之前到底有沒有異常信號(hào)？姑咱臺(tái)觀測(cè)的脈沖變化是否是可靠的汶川地震前兆信號(hào)？如何進(jìn)行定量的描述？有無(wú)地震預(yù)報(bào)的參考價(jià)值？

　　在汶川地震過后的一年半中，姑咱臺(tái)的鉆孔應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)又慢慢開始恢復(fù)正常，脈沖、毛刺和畸變又逐漸消逝，固體潮曲線又開始恢復(fù)正常。據(jù)此，池順良認(rèn)為，地震就是地殼巖層中彈性應(yīng)變能的釋放，地層應(yīng)變是把握地震孕育過程最直接的觀測(cè)量。我國(guó)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)第一次在一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上捕捉到了一次特大地震近場(chǎng)應(yīng)變經(jīng)歷“平穩(wěn)——紊亂——恢復(fù)平穩(wěn)”變化的完整過程。這在國(guó)際上也是第一次。

　　對(duì)有關(guān)爭(zhēng)論，邱澤華沒有立即作出自己的結(jié)論，而是對(duì)池順良所說的“毛刺”異常進(jìn)行了詳細(xì)研究，在震后用常規(guī)方法無(wú)法看出明顯異常的情況下，他帶領(lǐng)研究組的其他研究人員嘗試著用新的方法重新處理數(shù)據(jù)。2009年，邱澤華等研究人員在2009年第四期的《大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)》上發(fā)表論文《用超限率分析法研究汶川地震的前兆應(yīng)變變化》。

　　“我們最終基本確認(rèn)汶川地震前姑咱臺(tái)鉆孔應(yīng)變儀觀測(cè)到的頻繁的脈沖變化，是地震前兆信號(hào)”，“姑咱臺(tái)觀測(cè)到的地震前兆異常變化與巖石破裂前的聲發(fā)射現(xiàn)象有可比性，可能反映了地震前小尺度的巖層破裂”。簡(jiǎn)而言之，“我們終于發(fā)現(xiàn)了汶川地震的可信的前兆異�！保�邱澤華說。

　　而另一發(fā)現(xiàn)也給邱澤華的信心添分。邱澤華近來(lái)在由新疆地震局主辦的《內(nèi)陸地震》找到了一篇關(guān)于1985年發(fā)生的烏恰地震的文章。1985年8月23日，烏恰爆發(fā)7.1級(jí)地震，距離震中僅30公里、位于地震斷裂上的喀什觀測(cè)臺(tái)捕獲到了烏恰地震前的異常信息。其基本特征同樣是逐漸增強(qiáng)的脈沖變化。

　　“只要再觀測(cè)到類似的變化，我們就有理由提出預(yù)報(bào)�！鼻駶扇A認(rèn)為。

　　大地震預(yù)測(cè)：審慎而樂觀

　　盡管關(guān)于姑咱臺(tái)觀測(cè)到的脈沖變化是不是可靠的汶川地震前兆信號(hào)至今仍有爭(zhēng)議，但已有越來(lái)越多的專家在研究這一現(xiàn)象。

　　據(jù)悉，汶川地震后，我國(guó)材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域著名專家金日光教授受材料斷裂力學(xué)啟發(fā)，根據(jù)地殼斷裂流變動(dòng)力學(xué)和群子統(tǒng)計(jì)力學(xué)，對(duì)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的鉆孔應(yīng)變、重力、傾斜等觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了細(xì)致處理和識(shí)別分析，也得出了姑咱臺(tái)的應(yīng)變數(shù)據(jù)反映了汶川地震孕震過程的結(jié)論，并且發(fā)現(xiàn)汶川地震的孕震過程和臨震前兆在全國(guó)30多個(gè)鉆孔應(yīng)變臺(tái)站中的十幾個(gè)臺(tái)站上都有明顯反映，并在此研究基礎(chǔ)上撰寫出版了80多萬(wàn)字的學(xué)術(shù)專著《地震前兆識(shí)別與地震災(zāi)害預(yù)警——地殼斷裂流變動(dòng)力學(xué)的形成與應(yīng)用》。

　　地震是否有前兆是一個(gè)問題，這些前兆能否幫助人們預(yù)測(cè)地震則是另一個(gè)問題。姑咱臺(tái)記錄到的這種應(yīng)變前兆只是“個(gè)例”。有沒有普遍性，或者說，這種應(yīng)變前兆是否是“確定性地震前兆”呢？

　　池順良認(rèn)為，從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，如果想回答這個(gè)問題，需要經(jīng)歷多次大地震的檢驗(yàn)，才能從統(tǒng)計(jì)上得出結(jié)論�！敖�(jīng)歷了唐山、汶川慘劇，我們不能再聽任破壞性大地震施虐，靠一次次的慘劇來(lái)擴(kuò)大統(tǒng)計(jì)樣本。必須充分利用40年寶貴的實(shí)踐資料及數(shù)據(jù)，對(duì)地震過程進(jìn)行科學(xué)認(rèn)識(shí)，用科學(xué)分析來(lái)解答這一問題�！背仨樍颊f，“姑咱臺(tái)的記錄數(shù)據(jù)中包含了大量信息，與汶川地震孕震過程有關(guān)的信息正在被逐步認(rèn)識(shí)�！�

　　池順良認(rèn)為，這種應(yīng)變異常具有近距性(或定域性)，只出現(xiàn)在鄰近大地震震中地區(qū)，地震三要素中的地點(diǎn)、震級(jí)兩個(gè)要素就有了線索。因此，只要臺(tái)網(wǎng)布設(shè)密度適當(dāng)，大地震前人們就能獲得預(yù)警信號(hào)。

　　邱澤華也認(rèn)為，姑咱臺(tái)探測(cè)到了汶川大地震清晰的、長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)變前兆，為大地震的預(yù)測(cè)提供了新思路和新方法，這一方法對(duì)于解決7級(jí)以上的大地震的預(yù)報(bào)問題有重要的借鑒意義。

　　中國(guó)工程院院士許紹燮在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》采訪時(shí)也表示，池順良與邱澤華的工作是地震預(yù)報(bào)工作的一個(gè)重要進(jìn)展，對(duì)于利用應(yīng)用應(yīng)變方法來(lái)研究地震預(yù)報(bào)問題是一個(gè)值得深入研究的新方法。許紹燮同時(shí)指出，就此認(rèn)為地震預(yù)報(bào)就取得突破為時(shí)過早，尤其將地震的實(shí)質(zhì)和核心問題歸于地應(yīng)力的變化的說法把地震問題總結(jié)得過于簡(jiǎn)單。

　　“汶川地震之后，之所以越來(lái)越多的人認(rèn)為地震預(yù)報(bào)仍無(wú)法突破，正是因?yàn)槿藗儗?duì)地震問題依然沒有研究透徹。”不過，許紹燮相信，隨著人們對(duì)地震認(rèn)識(shí)的加深，地震預(yù)報(bào)的難題終有一天會(huì)迎刃而解。

　　關(guān)鍵在于精確的觀測(cè)

　　“預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)是地震前兆，而地震前兆的基礎(chǔ)是精確的觀測(cè)�！鼻駶扇A說。 邱澤華認(rèn)為，在分析地震前兆的涵義、提煉地震前兆的判據(jù)過程中，要確定一個(gè)難得的地震前兆異常需要多方面的保障：為了有正常背景，觀測(cè)必須連續(xù)、穩(wěn)定，并且觀測(cè)點(diǎn)要足夠多；為了排除干擾影響，必須有相關(guān)的輔助觀測(cè)，并且了解觀測(cè)點(diǎn)周圍的環(huán)境變化；為了揭示與地震的相關(guān)性，要增加觀測(cè)點(diǎn)、合理布局，并提高觀測(cè)的采樣率，等等。

　　分量鉆孔應(yīng)變儀就是李四光倡導(dǎo)的地應(yīng)力儀。1985年，我國(guó)四種鉆孔應(yīng)變儀通過國(guó)家鑒定。關(guān)于鉆孔應(yīng)變觀測(cè)技術(shù)，我國(guó)具有充分的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)上處于前沿水平。邱澤華從日本東京大學(xué)地震研究所留學(xué)回國(guó)后，2000年起開始負(fù)責(zé)地殼應(yīng)力研究所的鉆孔應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)。而此時(shí)，所有觀測(cè)站的儀器已很落后，只有十幾個(gè)臺(tái)站在觀測(cè)，當(dāng)時(shí)的說法是讓其“自生自滅”。邱澤華回憶說，其中一個(gè)主要問題是，鉆孔應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)的到底是什么東西，說是觀測(cè)應(yīng)力，實(shí)際上可能有各種干擾，無(wú)法分辨。

　　2000年，美國(guó)啟動(dòng)了大的觀測(cè)計(jì)劃“板塊邊界觀測(cè)”(PBO)項(xiàng)目，他們采用了三種觀測(cè)手段：地震儀、GPS和鉆孔應(yīng)變儀。邱澤華獲悉這個(gè)消息后，多方宣傳，得到研究所領(lǐng)導(dǎo)和其博導(dǎo)、中國(guó)科學(xué)院研究生院石耀霖院士的支持，在“十五”計(jì)劃制定過程中，積極向中國(guó)地震局呼吁鉆孔應(yīng)變應(yīng)力觀測(cè)的重要性。

　　2004年，我國(guó)“數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”工程啟動(dòng)，決定在全國(guó)布設(shè)分量鉆孔應(yīng)變儀。到2007年底，40套國(guó)產(chǎn)四分量鉆孔應(yīng)變儀在全國(guó)布設(shè)完成。觀測(cè)點(diǎn)設(shè)備包括四分量應(yīng)變探頭、水位氣壓輔助觀測(cè)探頭、采集控制機(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)傳輸電路、全隔離供電電源、信號(hào)輸出隔離光纖等。實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無(wú)人值守、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)調(diào)集全國(guó)數(shù)據(jù)等新技術(shù)，數(shù)據(jù)采樣率為每分鐘一次，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　“歷史地看問題，以往輕視地震前兆研究與觀測(cè)水平的低下有直接關(guān)系�！鼻駶扇A認(rèn)為，在低分辨率、低采樣率、無(wú)輔助觀測(cè)、無(wú)對(duì)比觀測(cè)的條件下，研究人員得到的信息非常有限，無(wú)法對(duì)可能的觀測(cè)異常進(jìn)行深入的分析和研究，只能停留在“看曲線、識(shí)異�！钡臓顟B(tài)。近幾年，中國(guó)的前兆觀測(cè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，產(chǎn)生出一些比較連續(xù)、穩(wěn)定的高精度、高采樣率的觀測(cè)資料。正是由于這種觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，才使研究人員終于發(fā)現(xiàn)了比較可靠的、以往無(wú)法提取的汶川地震的前兆異常信號(hào)。

　　然而遺憾的是，我國(guó)的觀測(cè)點(diǎn)仍然太少，并且分布不夠合理，特別是在臺(tái)網(wǎng)設(shè)計(jì)上缺乏科學(xué)的整體思路。在提出應(yīng)加緊在全國(guó)布設(shè)鉆孔應(yīng)變密集觀測(cè)網(wǎng)的同時(shí)，邱澤華提出：“應(yīng)沿主要地震斷裂帶布設(shè)觀測(cè)站點(diǎn)，不過從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，不可能建太多觀測(cè)點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)區(qū)域劃定上可以綜合考慮歷史強(qiáng)震多發(fā)和人口設(shè)施稠密兩方面因素，并保證未來(lái)強(qiáng)震發(fā)生區(qū)(斷層破裂帶或余震分布區(qū))內(nèi)至少有一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)�！�

　　“根據(jù)以往積累的震例觀測(cè)資料，在觀測(cè)點(diǎn)正常運(yùn)行的前提下，這種布網(wǎng)是可能對(duì)強(qiáng)震作出有效預(yù)報(bào)的�！鼻駶扇A認(rèn)為。

　　作者：張巧玲