重大地震造成的灾害引起了社会公众对地震预报的强烈需求,但半个世纪以来,尽管各国科学家煞费苦心开展了各种相关研究,地震预报仍然进展缓慢。地震预报究竟难在何处?中国地震局地震预测研究所研究员张国民给予了分析和解释。
他介绍,自上世纪60年代中期开始,世界一些地震频繁的国家相继开展了有计划的地震预报研究。其中,美国于1964年组织了一批有声望的地震科学家拟定了地震预报的研究规划,开展了与地震孕育、发生相关的地震活断层调查、地震前兆观测和地震孕育理论等地震预报研究,并于80年代在加利福尼亚州的帕克菲尔德建立地震预报实验场。日本政府从1964年开始推行地震预报研究的第一个五年计划,现已历经7个地震预报五年计划。近几年研究工作重点是推进地震预报实用化和确立地震预报方法及提高地震预报精度的观测研究,并加强地震预报的基础研究和新技术开发。前苏联则从60年代初开始,在中亚和远东地区建立一系列地震预报实验场,开展地震预报的现场研究和基础性的实验理论研究。
这些研究计划在地震和地壳构造的调查、地震前兆观测、地震孕育发生的机理等方面取得了许多重要进展,获得了一系列有意义的科学认识。但一个严峻的现实是,自20世纪80年代末以来的最近10多年中,世界各地发生的一系列灾难性地震,几乎都是在毫无预报的情况下发生的。如1988年12月7日前苏联亚美尼亚7.1级地震,其死亡人数达2.5万人;1990年6月21日伊朗鲁德巴尔7.6级地震,死亡人数高达4万人;1993年9月30日印度德干高原的拉土耳6.5级地震,也造成上万人死亡。尤其是1994年1月17日美国洛杉矶的北岭6.6级和1995年1月17日日本大阪、神户7.1级地震,发生在科学技术和经济水平都是一流的两个地震预报研究大国,不但震前未有预报,而且造成的人员伤亡和巨额经济损失,令国际社会震惊。
与此情形相反的是,在一些预测有强震发生而进行强化乃至应急的监测预报研究地区,如预计20世纪70年代末就有可能发震的日本东海8级大震危险区,以及在1988年前后(正负3年)具有95%发震概率的美国帕克菲尔德6级地震危险区等,科学家所预测的地震都没有发生。
张国民说:“这一严峻的现实进一步使人们认识到,地震预报是一个全球性科学难题。正如美国地震学会前会长、地震预报评估委员会主席、加州理工学院教授克拉伦斯·艾伦在评述地震预报进展情况时所说,地震预报的进展比初期预料的缓慢得多,地震预报的科学难度要比原先预料的困难得多。”
张国民分析了地震预报的几个有待解决的难题。
首先,地球是一个复杂的巨系统,其内部的一切运动过程是非线性的。著名地球物理学家、俄罗斯学者萨多夫斯基曾指出:“非线性的研究已经导出了重要的结果:证明了地球物理对象的非静止性——地球不断地改变着自己的性质。地球内部始终发生着大量的各种现象,这些现象既在整体上改变着地球的性质,也改变它某些部分的性质。地球在时间上处于发展中。”地震,特别是大陆地震的孕育和发生是在复杂的地壳深部环境中,在复杂的动力作用如其边缘板块的挟持挤压、局部地幔对流及环境动力因子作用,以及断层带和地质块体之间相互作用下的构造活动自组织演化过程。对这种复杂的地震物理过程,人们知之甚少。虽然科学家提出了一些地震成因理论和地震孕育模式,但还只是在最简化条件下的物理抽象。尽管在不同程度上勾画了地震成因的图像,但离科学揭示地震孕育、发生规律还有很大的距离。因此,目前的地震预报是在对地震孕育、发展、发生规律尚不清楚的情况下进行的。这就从根本上制约了地震预报水平的提高。
其次,地震发生在地壳内部一二十公里之下。目前人类还不能进入地球内部去安装仪器直接观测震源的孕育发展过程及其前兆现象。当前,地震科学家只能在地球表面及其地表浅层利用数量有限、分布相当稀疏的台网,开展地震活动和前兆观测。利用这些在地表获取的很不完善、很不充足、有时还是很不精确的资料去探测和反演地壳深部的震源过程,实际上困难重重。
第三,地震的发生对于研究而言是小概率性的。尽管世界上每年有数以百万计地震,但发生在陆地的大地震数量并不多。如世界上大陆地震最多、最强的我国,7级以上的大震平均每年1次,其中1/3发生在台湾及其邻近海域,2/3发生在我国陆区和沿海。而发生在我国陆区的大地震,85%发生在我国西部地区,其中,大多数发生在人烟稀少、台网很难监测的青藏高原及其周缘地区。因此,科学家要获取足够多的大震震例资料十分困难。而且不同地区的地震特点、活动规律、前兆表现往往又有很大的差异。对同一地震区,大地震的孕育发生有很长的时间,亦即大震复发时间很长。如我国东部地震区,7级以上的大地震往往千年一遇。因此,要在短期内积累足够多的震例资料并揭示其地震孕育发生的规律也是不现实的。
张国民说:“在目前情况下,无论是资料、方法、技术还是理论都还极不成熟。鉴于地震预报所面临的各方面困难,各国科学家公认,地震预报需要长期科学探索和探索过程中的科学积累。离开长期坚持不懈和坚韧不拔的艰苦探索,地震预报终将前功尽弃。”