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地震预测研究发展简单回顾与建议


[日期:2009-10-12]

摘 要 本文简单地回顾了我国地震预测研究的近代历史, 并由此讨论了关于地震预测研究中取得的进展和存在的问题; 通过分析与综合国内国际地震预测研究的进程和现状, 提出我国地震预测研究发展战略的建议。

   80 年代, 世界科学界列出了十大世界难题, 地震预报就是其中之一。面对这一世界难题, 50多年来, 我国的地震预测研究工作在螺旋式地前进着。在经历了半个世纪的地震预测研究和实践, 虽然取得了很大的进展, 但更多的是曲折和坎坷, 地震预测的道路仍然漫长! 因此,有必要认真总结经验和教训, 以明确进一步发展的战略思想。
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 早期的地震预测研究与实践
   
地震给中国人民造成了极为严重的灾害, 在建国初期我国的国力还十分薄弱的时候, 国家提出了要预报地震。从此地震工作者们开始了艰难而漫长的地震预测研究。
   
首先, 老一辈地震学家们根据中国丰富的历史地震记载, 得到了一些地震前地下水异常、动物异常、地声等前兆现象的启示。60年代初, 他们又根据清理出来的历史地震资料, 系统地分析了地震能量释放的时、空特性, 并得出了: ①我国的地震活动地区和地震活动带; ② 大地震活动的重复性和重复周期; ③ 地震的迁移性; ④ 地震前的一些异常现象,如动物异常现象、地下水异常现象等。继而又向地震较多的我国西南地区派出了年轻有为的青年地震科学工作者。
    1966
年邢台地震, 当时的中国科学院地球物理研究所的现场考察队立刻赶赴地震现场观测和考察。在亲身经历了邢台地震的几次强余震之后, 体验出“密集-平静-大震”的地震活动特点, 并成功地预报了19663266.2级强余震。
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 70年代地震预测研究与实践
  70 年代初, 我国地震学家大量吸收国际地震预测研究的成果和经验, 对地震前异常的各种现象( b值、空区、地震能量释放、缺震、波速、地震序列特征等)以及其它地球物理场(地磁、地电、形变、重力) 、地球化学(水氡)展开了全面的观测与研究; 70年代中期的中国地震活动高潮期, 开展了一场全国范围的地震群测群防活动, 在群测点还开展了动物异常、地下水位异常、土地电法等的观测; 并利用地震迁移、地形变、地下水异常、动物异常、“密集-平静-发震”等特点成功地预报了197525的辽宁海城7.3级地震。
   
对地震从无知到预报成功的实践, 大大地激励起中国地震学家的研究热情, 也是对世界地震学界的一大鼓励。
   
在这一阶段, 我国地震学家们又提出了地震条带、地震窗、地震相关、地震带(诱发地震)等地震活动特性。然而, 也正是这一时期后, 唐山大地震预报失败, 给中国地震学界以强烈的震撼, 继而四川的松潘地震、盐源地震较成功地预报, 云南龙陵地震预报空间位置的差异, 19761977年中国出现的大量的地震虚报, 使中国地震界陷入了沉思, 同时也意识到了地震的复杂性和地震预测研究的困难程度和艰巨性。
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 地震监测与地震预报方法清理攻关及成果
  在挫折之后, 中国地震学界进入了反思, 地震学家们回顾了所发现的“前兆”和预测方法, 意识到了异常≠前兆, 而且识别异常也因处理资料的精度、方式的不同, 以及分析判断异常的标准、方法、心理状态等的差异, 造成识别结果的不同。同时, 所提出的地震预报方法中, 哪些是有效的, 有效程度如何, 特别是对于所提出的预报的都需要认真从头考虑。于是, 80年代初提出了地震监测与地震预报方法的清理攻关。
   
在地震监测与地震预报方法的清理攻关中, 国家地震局组织全国的地震学家, 特别是地震监测和分析预报人员, 对已有的地震前兆观测仪器进行了全面鉴定和分类, 对各类前兆网监测能力进行了较客观的评价, 清理了各类参数提取的算法, 清理了前兆观测资料, 从七个学科十个方面清理了全国有地震记录资料的全部5级以上地震的震前异常现象, 并用震例检验了所有地震预测方法的预测效能, 还提出了一些新的预测方法, 将模式识别、模糊数学等方法引入到地震综合预测研究中。为了克服分析识别地震前兆中人为因素的影响, 提出了利用计算机分析识别地震前兆的设想, 并对此进行了尝试, 取得了一些阶段性的成果。
   
这次攻关对我国前兆观测和地震预测研究打下了良好的基础。
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 地震预报方法实用化攻关
  1986年至1989年的地震预测方法实用化攻关进一步完善了清理攻关的成果, 对大震震例进行了系统的研究与总结; 强调异常图象的前兆性研究, 从而同经验性预测扩展到较客观的概率预测, 将清理出的地震预测方法和手段规范化、程式化, 以此形成了十个方面(地震、地磁、地电、重力、地球化学、地下水动态、地应力、定点形变、大地形变测量及跨断层测量、综合预测等)的地震预报方法程式指南及相应的计算机实用程序系统。同时, 也将专家们的地震预报经验进行了高度概括和总结, 并建立了三个地震预报的专家系统。在这一时期, 相应地在国家地震局和各省的地震分析预报部门还相继建成了全国及区域的地震数据库和地震会商系统。从此, 这些地震数据库系统、实用程序系统、专家系统和会商系统构成了我国各地区的地震震情监视与预报的工作流水线,地震震情会商也由年度会商、半年会商过渡到经常性的月会商, 从而使得对震情的监测、反应能力大大加强。地震观测工作也规范化, 地震预报的准确率也有所提高。
   
实用化攻关阶段, 由于计算机程序可以处理大量的数据, 通过处理数据分析后也认识到, 目前的地震预报指标体系在外推中会遇到困难, 因此, 一些学科在将其地震预报方法计算机化后仅称其为“XXXX实用程序系统”而回避名称为“XXXX 预报软件系统”。
   
经过上述几个阶段, 逐渐形成了长期、中期、短期、临震相结合的地震预报思想。这些阶段取得的成果, 使中国地震预报水平跃入国际先进行列乃至国际领先水平,在世界地震预报领域引人注目。
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 短临预报攻关
  90年代,又进一步提出了地震的短临预报攻关研究, 从预测理论、模型、短临异常指标、预测方法以及物理机制等多个方面同时进行。在此期间, 进一步对于各个地震预报手段和参数指标的时间尺度进行了总结,特别是在用地震序列预测地震强余震方面进行了全面而较成功的总结。但由于地震预测问题的困难, 短临预测在此期间难以有较大进展。一些前些年建立的地震预报实验场也因为始终不发生地震而慢慢停止。
   
在此期间, 中国地震局也紧随计算机的发展在地震活动图像和前兆活动图像的图示方面有了很大的发展, 一批地震预报工具软件相继产生, 包括目前在地震预报研究和会商时图示中常用的软件: Seis, MapSeis等等。这个时段, 地震会商制度形成, 年会商、半年会商、月会商乃至周会商和应急会商在全国规范性开展。
    
对于地震复杂性从非线性、有序-混沌、自组织-临界等等开始非线性理论探索。
   
然而, 此时的短临预报攻关, 与前两次地震预报攻关已经有些不同的意义和出发点。
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 相对缓慢发展和面临的问题
  地震预报实用程序系统、预报软件、专家系统、人工智能等等, 虽然在速度、计算和图示方面取得了很大的进步, 使得地震预报工作普遍开展起来, 全国各省地震局的地震预报工作至少提高到当时我国的普遍水平。直观灵活的图示提高了综合分析能力和地震会商效率, 地震会商进入较正规化阶段。
   
但是在上述软件实现过程中也难于实现一些老一辈预报专家的思想和经验, 理论上创新相对少(这当然不是软件研制人员的工作) , 一些参数计算算法上也欠缺严谨(以致特别情况下由于一个地震而屡屡改变了统计结果性质、单纯的前兆出现项数来表示震情的紧迫性)
   
发展到一定程度的地震预报难以出现新的突破, 每年一度的年度会商会, 难以见到令人耳目一新的内容, 地震预报研究出现了一段相对维持状态。
   
就个人不完全的归结, 地震预报研究出现维持状态的原因可以有以下几条:
    (1)
随着老一辈专家退休, 新的接班人尚未完全跟进, 一些预报人员只看曲线不懂其物理含义或者不会分析观测结果, 更谈不到分析出现现象的物理实质。
    (2)
地震预报由于其震情的特殊性, 不得不在尽可能短的时间拿出预报意见, 监测与预报越来越脱离, 相应的人员也越来越分开; 分析预报人员几乎不考虑观测中的误差因素, 所以各种误差奇变了观测到的异常现象和理论计算结果。
    (3)
客观地讲, 由于改革过程, 缺乏考虑基础研究的自身规律, 多种因素使得不少专家并不能安心于研究, 不得不以拿到项目为目的; 另一方面, 同样是为了项目, 不少的投机或无奈, 也违心地宣扬一些方法和手段, 给决策领导于不少误导。
    (4)
国际上一些程序使用, 为了频频出现结果而不顾其结果是否严谨正确。
    (5)
一些早就能开展的地下界质参数 (如尾波Q) 、地下应力方面(如小震震源机制)等具有物理实质的参数在数字化观测技术全面发展近10年的今天, 几乎没有应用到实际工作中, 研究中也很少出现。
    (6)
国家的财政体制, 的确使近几年研究和建设的投入比例极不相符。
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 新的探索和国际发展趋势
  尽管如此, 这个阶段地震预报研究的脚步并没有停止, GPS网络建设、对于以前比较困难的地应力研究和地壳运动研究带来新的活力; 卫星资料及其在地震预测研究中的应用研究也在渐渐展开; 而且, 地球动力学研究、973 项目的台阵计划、地震实验场、立体监测系统等等项目在运筹之中。
   
这些阶段的同时, 国际上一些地震研究强国, 从基础观测与研究相结合出发, 从客观和物理基础上进行探索, 悄然地在地震预报方面开始取得引人注目的认识和进展。同样在国内, 实际观测与研究相结合的方式得到越来越高度的重视, 现在的研究项目和科学考察项目的实际观测不是简单地在原来观测上重复, 而是有目的并在观测系统和观测质量上更满足于后续研究需要。无论是国家地震局组织的南北地震带震情强化跟踪、973项目、还有一些正在执行的国际合作项目, 综合观测和研究紧密结合, 科学家们越来越注重在从各种物理实质去探索地震预报这个难题。}
   
简要综合关于地震预测的研究国际上在地震预报研究方面的发展趋势, 尽管存在各种争论, 但各国对地震预测研究本身是非常重视的, 而且其发展有四个主要特点: ①强调新的观测技术, 特别是宽频带数字化观测技术和GPS观测技术的应用, 以提高对地球内部结构、地下界质特性质、地壳运动的分辨能力; ②强调对地震破裂、断裂活动等基础理论研究, 对地震“前兆”现象的统计规律的理论和模型的探索研究; ③ 加强地震预测预报试验场建设, 强调针对区域性构造变形特征, 开展多学科的综合性试验研究, ④构建理论模型和数值模拟, 用理论模型分析解释观测现象并根据实际调整理论模型, 建立具有物理意义和预测功能的地震动力学模型。
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 发展战略建议
  对于不同观测资料的特性开展不同尺度的地震预测研究, 注重具有物理实质的观测、分析、解释、建模和数值模拟及实验;并注重统计结果的物理解释和归纳。
    (1)
大尺度: 建立研究中国大陆地球动力学模型, 开展中国大陆动力学模型与GPS观测结果研究; 卫星观测资料的综合应用研究; 各构造块体的动力学特征研究; 继续发扬和保持目前的常规的监测预报工作体系 (不能强调新而丢失我国几十年建成的监测预报系统和机制优势, 并要充分利用它们) ,积累新的正反震例和观测现象。 
   (2)
中尺度: 确定几个重点监视区, 集中人力物力在重点监视区全方位地开展各项手段密集观测和立体观测, 反演地下结构和界质特性及其变化, 从物理理论角度综合分析解释观测结果, 开展有物理机理的地震预测研究和数值模拟, 对得到的结果进行外推实验和实验室实验。
    (3)
小尺度: 对较确定的地震危险区或开展各种手段的流动台阵观测和测量, 力争捕捉地震破裂前的近场“前兆现象”, 并给这些前兆现象进行综合物理机理分析解释; 对已发生的地震, 进行除观测现象经验以外的物理机理总结。
    (4)
精细尺度: 实验室模拟实验和研究, 模拟各种岩石初始条件、岩性、和应力加载条件下的岩石破裂孕育过程中的各种物理化学现象, 并将实验结果外推向小尺度的预报实验。
    (5)
建设和营造解决地震预测的基础数据库平台和技术平台在地震系统内, 推动所有观测数据和地质资料全面共享, 鼓励交叉学科的合作与研究; 建设大型科学计算平台, 研制和集成科学计算软件, 反演和数值模拟; 加强各种观测数据的处理、分析和应用研究; 抢救历史地震资料。几十年乃至上百年的纸界质记录的大量资料因为保管条件和各种自然因素, 已面临自然消亡状态, 必须尽快抢救。
    (6)
政策和导向: 设法增加和争取研究经费投入, 吸引更多的人才从事地震预报研究工作。国际上: 加强国际合作, 特别是加强以我国为主导的国际合作; 全国范围: 继续发挥学科的带头作用, 但应加强学科组的专家作用, 注重学科内的多点增长、推广新的研究结果和提高对省局地震预报工作的服务意识; 发挥各省局对自己区域内的情况更熟悉的优势, 开展具有其区域特点的地震预测研究工作, 总结自己省的地震预测经验、方法和理论探索; 鼓励监测与研究相结合的课题与项目。
   
离开地震预报领域许多年了, 但在监测领域中反过来认识地震预报工作中的一些现象和统计指标、试图计算一些具有物理特性的震源与界质参数时, 感受颇深。上述不成熟的建议, 回顾中也是个人的片面见解, 请各位领导和专家批评指正。



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