科學(xué)時報：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人沉浸在失去同胞的痛苦中。時隔一年半，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，讓大批無辜的生命消失在地震廢墟中。人們在悲痛之余，不禁又將汶川地震時爭論不休的話題再次提起：地震真的不能預(yù)報嗎？

　　近日，中國地震局地殼應(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)報大地震》。邱澤華為何能出此驚人之語？帶著好奇心，記者走訪了相關(guān)人士。

　　實證研究：汶川地震有可信前兆異常

　　在眾多科學(xué)家認為地震不可預(yù)報或者從目前來看預(yù)報的可能性很小時，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)報大地震……”

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

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

　　然而，由于當時的觀測儀器很簡單，分辨率很低，也無法標定，只能看出曲線的變化，無法說明曲線變化幅度的大小。邱澤華也無法進行更深入的研究，他的這些研究并沒有引起太多的關(guān)注。

　　“十五”期間，我國的鉆孔應(yīng)變觀測臺網(wǎng)得到迅速發(fā)展，中國地震學(xué)會地震觀測技術(shù)專業(yè)委員會委員池順良研制的四分量鉆孔應(yīng)變儀在全國布設(shè)了40套。然而，令人遺憾的是，所有鉆孔應(yīng)變觀測點都距離汶川地震的震中區(qū)相當遠，使用常規(guī)的分析方法根本識別不出明顯、可靠的前兆信號。

　　“5·12”汶川地震爆發(fā)前，池順良便觀測到位于四川省康定縣境內(nèi)姑咱臺的鉆孔應(yīng)變儀連續(xù)一年多出現(xiàn)頻繁的周期為分鐘或小時的脈沖變化，因為這些變化精確地滿足觀測數(shù)據(jù)自檢條件，池順良認為這是一種地震前兆異常。這一提法在震后再一次引發(fā)了地震界對大地震能不能成功預(yù)報的爭論，爭論的焦點是汶川地震之前到底有沒有異常信號？姑咱臺觀測的脈沖變化是否是可靠的汶川地震前兆信號？如何進行定量的描述？有無地震預(yù)報的參考價值？

　　在汶川地震過后的一年半中，姑咱臺的鉆孔應(yīng)變觀測數(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量。我國鉆孔應(yīng)變觀測臺網(wǎng)第一次在一個觀測點上捕捉到了一次特大地震近場應(yīng)變經(jīng)歷“平穩(wěn)——紊亂——恢復(fù)平穩(wěn)”變化的完整過程。這在國際上也是第一次。

　　對有關(guān)爭論，邱澤華沒有立即作出自己的結(jié)論，而是對池順良所說的“毛刺”異常進行了詳細研究，在震后用常規(guī)方法無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《大地測量與地球動力學(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》。

　　“我們最終基本確認汶川地震前姑咱臺鉆孔應(yīng)變儀觀測到的頻繁的脈沖變化，是地震前兆信號”，“姑咱臺觀測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”。簡而言之，“我們終于發(fā)現(xiàn)了汶川地震的可信的前兆異常”，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級地震，距離震中僅30公里、位于地震斷裂上的喀什觀測臺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的脈沖變化。

　　“只要再觀測到類似的變化，我們就有理由提出預(yù)報。”邱澤華認為。

　　大地震預(yù)測：審慎而樂觀

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

　　據(jù)悉，汶川地震后，我國材料科學(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)地殼斷裂流變動力學(xué)和群子統(tǒng)計力學(xué)，對中國地震臺網(wǎng)中心提供的鉆孔應(yīng)變、重力、傾斜等觀測數(shù)據(jù)進行了細致處理和識別分析，也得出了姑咱臺的應(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30多個鉆孔應(yīng)變臺站中的十幾個臺站上都有明顯反映，并在此研究基礎(chǔ)上撰寫出版了80多萬字的學(xué)術(shù)專著《地震前兆識別與地震災(zāi)害預(yù)警——地殼斷裂流變動力學(xué)的形成與應(yīng)用》。

　　地震是否有前兆是一個問題，這些前兆能否幫助人們預(yù)測地震則是另一個問題。姑咱臺記錄到的這種應(yīng)變前兆只是“個例”。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？

　　池順良認為，從統(tǒng)計學(xué)觀點來看，如果想回答這個問題，需要經(jīng)歷多次大地震的檢驗，才能從統(tǒng)計上得出結(jié)論。“經(jīng)歷了唐山、汶川慘劇，我們不能再聽任破壞性大地震施虐，靠一次次的慘劇來擴大統(tǒng)計樣本。必須充分利用40年寶貴的實踐資料及數(shù)據(jù)，對地震過程進行科學(xué)認識，用科學(xué)分析來解答這一問題。”池順良說，“姑咱臺的記錄數(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識。”

　　池順良認為，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、震級兩個要素就有了線索。因此，只要臺網(wǎng)布設(shè)密度適當，大地震前人們就能獲得預(yù)警信號。

　　邱澤華也認為，姑咱臺探測到了汶川大地震清晰的、長時間的應(yīng)變前兆，為大地震的預(yù)測提供了新思路和新方法，這一方法對于解決7級以上的大地震的預(yù)報問題有重要的借鑒意義。

　　中國工程院院士許紹燮在接受《科學(xué)時報》采訪時也表示，池順良與邱澤華的工作是地震預(yù)報工作的一個重要進展，對于利用應(yīng)用應(yīng)變方法來研究地震預(yù)報問題是一個值得深入研究的新方法。許紹燮同時指出，就此認為地震預(yù)報就取得突破為時過早，尤其將地震的實質(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)得過于簡單。

　　“汶川地震之后，之所以越來越多的人認為地震預(yù)報仍無法突破，正是因為人們對地震問題依然沒有研究透徹。”不過，許紹燮相信，隨著人們對地震認識的加深，地震預(yù)報的難題終有一天會迎刃而解。

　　關(guān)鍵在于精確的觀測

　　“預(yù)報的基礎(chǔ)是地震前兆，而地震前兆的基礎(chǔ)是精確的觀測。”邱澤華說。 邱澤華認為，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，觀測必須連續(xù)、穩(wěn)定，并且觀測點要足夠多；為了排除干擾影響，必須有相關(guān)的輔助觀測，并且了解觀測點周圍的環(huán)境變化；為了揭示與地震的相關(guān)性，要增加觀測點、合理布局，并提高觀測的采樣率，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，我國四種鉆孔應(yīng)變儀通過國家鑒定。關(guān)于鉆孔應(yīng)變觀測技術(shù)，我國具有充分的自主知識產(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)回國后，2000年起開始負責地殼應(yīng)力研究所的鉆孔應(yīng)力應(yīng)變觀測。而此時，所有觀測站的儀器已很落后，只有十幾個臺站在觀測，當時的說法是讓其“自生自滅”。邱澤華回憶說，其中一個主要問題是，鉆孔應(yīng)力應(yīng)變觀測的到底是什么東西，說是觀測應(yīng)力，實際上可能有各種干擾，無法分辨。

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

　　2004年，我國“數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”工程啟動，決定在全國布設(shè)分量鉆孔應(yīng)變儀。到2007年底，40套國產(chǎn)四分量鉆孔應(yīng)變儀在全國布設(shè)完成。觀測點設(shè)備包括四分量應(yīng)變探頭、水位氣壓輔助觀測探頭、采集控制機箱、網(wǎng)絡(luò)傳輸電路、全隔離供電電源、信號輸出隔離光纖等。實現(xiàn)了全自動無人值守、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、臺網(wǎng)中心自動調(diào)集全國數(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)達到國際先進水平。

　　“歷史地看問題，以往輕視地震前兆研究與觀測水平的低下有直接關(guān)系。”邱澤華認為，在低分辨率、低采樣率、無輔助觀測、無對比觀測的條件下，研究人員得到的信息非常有限，無法對可能的觀測異常進行深入的分析和研究，只能停留在“看曲線、識異常”的狀態(tài)。近幾年，中國的前兆觀測實現(xiàn)了數(shù)字化，產(chǎn)生出一些比較連續(xù)、穩(wěn)定的高精度、高采樣率的觀測資料。正是由于這種觀測技術(shù)的進步，才使研究人員終于發(fā)現(xiàn)了比較可靠的、以往無法提取的汶川地震的前兆異常信號。

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

　　“根據(jù)以往積累的震例觀測資料，在觀測點正常運行的前提下，這種布網(wǎng)是可能對強震作出有效預(yù)報的。”邱澤華認為。

　　作者：張巧玲