为地球把脉——地震的预报与监测

张瑞晰

汶川地震过去了。每一次灾难过后，痛定思痛，我们要总结经验，要总结教训。汶川地震又告诉了我们一些什么呢，面对着一一幕幕悲惨的场景，很多人可能都在想，我们有天气预报，为什么就不能有个地震预报呢？地震到底能不能预报？

我们生活的地球，是茫茫宇宙中一个小小的蓝色星球。地球上有水、空气和阳光，为所有生命提供了适宜生长的环境。但是有时地球也会发出痛苦的震颤，使我们原本温暖的家园，变成地球子民灾难的炼狱（图1）。

（1） 强烈地震造成的破坏性灾难

张少泉（中国地球物理研究所 研究员）:从以往的情况来看，绝大部分地震发生在地球的表层，特别是在地壳里边，因此，处在地壳里边和上地面顶部的地震我们都叫作“浅源地震”。大陆地震都属于这个类型。因此我们要想了解地震，必须了解地球。地震就是地球内部所发生的变动，它主要体现在地球的表层，特别是地壳。地壳的破裂是一个脆性的破裂，地震的过程是一个断层的滑移过程，是能量的释放过程，是由一个点发展到一个面、一个局部的错动过程。

地壳是由一些构造板块组成的，这些板块飘浮在地下很深的炽热液体上（图2），因为受到各种因素的影响而慢慢漂移，速度极其缓慢。在移动中，这些板块发生碰撞，形成了地球上的高山丘陵。地球上95%的地震现象都发生在各大板块的交界处。由于板块的运动方向不同，彼此之间摩擦，产生了巨大能量，经过时间的积累，这种能量超出了板块地层的承受能力，就会发生瞬间的爆发，这个爆发的点就是地震的中心。

（2） 地壳构造板块示意图:地壳是由一些构造板块组成的。这些板块漂浮在地下很深的炽热液体上缓慢地漂移

张少泉:具体到一次地震的发生，它必然是在某个地方积蓄了能量。比如说我的两只手，代表一个断层的左右盘，它在错动，可以使断层是垂直的，也可以是水平的，也可以是倾斜的。它们逐渐活动，逐渐活动，直到一动不动了。为什么呢？当推动力量小于它的摩擦力，不能动了，就开始积蓄能量。

万事万物都在运动变化发展，并且互相发生作用，地球内部也是一样。经过上千年的观察积累，我们发现，一些破坏性大的地震发生前，未来震中或者其外围地区，可能会出现各类平时未曾出现过的，与地震活动有关的自然现象，科学家们称之为地震前兆，这种前兆为我们预知地震提供了依据。

张少泉:一类是用精密仪器进行观测的，是专业工作者用重力仪，电磁仪等等还有水氡等监测仪器观测，这叫微观前兆。

地震前兆非常复杂，并且具有多样性，微观前兆被科学家记录，而宏观前兆比较容易被普通人感知，比如动物行为出现异常，地下水发生流量增减，水温变化或水质发生变色变味等异常现象，这些都属于宏观前兆。那么，这些现象，是否就一定预示着地震的发生呢？

蒋海昆（中国地震台网中心预报部 副主任）:宏观前兆就是你观察到的一些不正常的现象，可能它会反映出一种地壳的变动，但是这种变动是不是足以导致地壳的突然破裂，不一定。

主持人:比如 5月９日这天，人们从报上看到在绵竹县出现了上万只蟾蜍徐徐过马路的报道。当时的解释是因为气候潮湿，蟾蜍繁殖比较快。当地震发生以后很多人都发表了自己的看法，认为这是地震的一个先兆。也许动物比我们更敏感一些，但是绝不能说有动物聚集的场面出现，就一定会发生地震，导致动物聚集的原因实在是太多。

尽管很多人对此类现象感到疑惑，并把这些现象与大的灾难联系在一起。但科学家认为，井水变化，动物异常这些孤立的现象，与地震并没有一一对应的必然因果关系。

因为这种现象出现之后往往不是必然发生地震，因此，动物异常等现象不能单独作为预测地震的依据。但是专家们仍然希望能对这些现象进行系统的研究。

除了我们能感知的宏观前兆，地球内部还有很多微观的地质活动，比如地球磁场，地电等等，人类无法直接感知，需要借助科学的仪器进行观测收集。但是这些信息却经常受到来自人类自身的干扰，而使我们不能准确判断。

蒋海昆:人类活动加重了识别难度，在我们观测中，主要因素来自城市的扩张，人类活动的影响，还有自然天气的影响。

那么，我们有没有科学的方法对地震进行监测和预报呢？据后汉书记载，公元132年，在京师，就是今天的河南洛阳，盛传着一个惊人的消息:太史令张衡发明了一种仪器，可以观测到发生地震的时间和方位。但也有人不相信，认为地震发生在几百里以外，人怎么能测出来呢？

张少泉:张衡给我们开了很好的头。是他把我们看到的地动山摇、稍纵即逝的现象用一个仪器记录了下来。

张衡发明了地动仪（图3），不久之后，就准确地监测到了一次地震的发生。

（3） 张衡地动仪模型

公元138年3月1日，张衡地动仪西方的龙嘴突然张开了，铜球落到蛤蟆嘴里，测知洛阳以西发生地震。但洛阳人并没有感到震动，几天后，信使飞马来报，距离洛阳以西一千多里的陇西，就是现在甘肃东南部发生了大地震，使朝廷内外“皆服其妙”。

张少泉:这件事情说明，在张衡的头脑里已经有这么一个雏形，一个基本的认识，所有的地震接收到之后，就可以推断出一个发生震动的源。

张衡地动仪的功绩，不仅仅是一项技术，一个仪器，它体现了一个科学理念。通过地动仪的发明，他传达给我们一个概念，那就是地震波的概念。

张少泉:什么是波？波就是震动的传播。在震源，断层一错动，就会引起地面的升降和摆动，并以每秒几公里的速度传播。四川发生地震，北京也能感到晃动，越在高层的人感到的晃动越厉害。为什么呢？不是北京在地震，是北京地面有运动，这个运动来自于1200公里外的四川。这个概念就是延续我们老祖宗张衡的思路。地震波就是震动的传播。

现在我们使用的地震监测仪，比张衡的地动议先进了许多。目前对地震活动进行监测的仪器有两类，一类是记录地震的，叫作地震仪；一类是记录地震前兆信息的，叫作前兆仪。前兆仪观测记录的信息就是科学家对地震进行预报的依据（图4），这些信息涉及地磁学，地下流体学，地壳形变学等等（图5）。

（4）记录地质信息的专门仪器

（5）各种地质信息，为地震预报提供科学依据

主持人:地震学界认为，进行地震预测应该是三个途径，首先就是地震统计法，根据以往发生过的地震，进行统计学研究，得出结论；再一个就是地震地质法，就是研究该地区地质应力变化数据进行具体分析的方法；第三个方法是地震前兆法，就是大震前的前震，以及地磁异常等。只有这三种方法结合在一起，我们才能拿出一个相对较为完善的地震预测来。

中国国家地震台网中心是隶属于中国地震局的一个研究机构，负责地震的预报和监测工作。而地震的预报，是目前人类尚无法完全掌控的一个领域，既然如此，我们为什么还要开展地震的预报监测工作呢？

?蒋海昆:从防震减灾法来说，地震预报是中国地震局的职责，是以法律的形式赋予的责任，这是社会的需求，是必须要做的事。一方面积累资料，一方面探寻方法。

专业人员把地震预报分为长期预报，中期预报和短临预报。时间越短，预报的精度就越高。为了了解更多的地震知识，我们来到中国地震台网中心，希望了解地震信息监测和处理的流程。

对地震的监测，可以帮助我们知道地震的地点和震级；对前兆的观测，则可以帮助我们对即将发生的地震作出判断。但前兆仪器仅仅记录地壳的形变还不够，科学家们还要监测地壳更多的有用信息，才能为地震的预报提供依据。

张少泉:那就是地下流体的变化，地下的水位升降，地下氡的放射，还有地下一些其他的变化；另外，在大地震之前，地球的物理场，比如说电场，磁场，温度场等的变化，都由专门仪器进行监测。

虽然世界各国所采用科技监测手段已经比较先进，但是全球关于地震的预报仍然处在地震发生后，才能确认地震地点以及地震级数的层次。在大自然面前，人类的认识水平还很幼稚。

地震监测预报的难点主要在于对于地震前兆的识别和判定。目前，我们对于地震前兆观测主要是在地表浅层。这个区域当中，各种信息混杂在一起，以我们现在的研究水平很难从中筛选出最有价值最可靠的信息来。

张少泉:天气预报火箭能上去，气球能上去，能够进行多方面的监测。可是地球，火箭下不去，数据就有限了，这是一；第二，大气的动力学研究，在数学上，在理论上，应该说相当完善了，而地下孕育的很缓慢的变化，在理论上还没建立起来。它不是观测手段问题，而是一个科学问题。

上天容易入地难，人们对宇宙空间的认识，远远比对地球表层以下的认识丰富。现代科学技术的发展，推动了科学家对地球物理的研究，但是还远远没有我们想象那么深入，目前人类对地表最深的探测也只有10公里左右。可大多数的震源都是集中在5公里～30公里甚至更深处，历史上记录到的最深的地震是发生在地表以下600多公里的地方，像这种环境我们根本无法在现有条件下对它进行直观的观测。

经过地震灾难的教训，我们规划城市建筑物，就参考了地质和地震部门对房屋选址的建议。除此之外，在选好的地址，建什么样的房子，怎样建房子，同样是不能忽视的安全问题。

对地震的长期监测，为我们积累了大量宝贵的资料，这些资料也包括对于我们城市中地质断层的了解。根据资料我们可以设定房屋抗震指数，指导城市建设，减轻灾害威胁。通过对地震的监测，我们现在已经可以做到对国内外发生的地震，在较短时间内，准确地给出地震的震级、位置、时间和深度，为减轻地震灾害的损失争取时间，尽量趋利避害。

张少泉:比如说在唐山地震的震害调查当中，发现凡有圈粱的房屋震害就轻；在房屋的几片墙交汇的地方有一个混凝土的柱，叫构造柱，有构造柱的房屋，它的震害也比较轻。后根据这个经验推荐，在不同的地区，就要求要加上圈粱加上构造柱，这样的内容就被写进了抗震设计规范里面。

全球整体科技水平的发展也在不断推动地震预测技术的进步。

我国的地震监测预报工作从上世纪60年代开展以来，也得到了极大的发展，这次汶川地震，由于地震地点和震级被迅速确定，预报监测的信息为决策提供了依据，也为我们赢得了大量宝贵的救援时间。这也是地震监测对于减灾工作极大的支持。

张少泉:一般咱们所感觉到的都是大震。而一次大震，都伴随着一系列的中等地震和小震。有一个统计数字，全世界，一年发生8级以上地震一两次；7级以上地震一二十次；6级以上地震一二百次；5级以上地震一两千次。就是说随着震级的增加，次数是在减少；随着震级的减少地震是在增加。它本身是一个逆指数的分布。这样一个变化，给我们提供了一种可能，就是利用小地震，利用中等的地震预报大地震。而且我们确实取得了成果。

人类与地震斗争已经数千年了，利用这些经验再加上现代科学的指导我们可以在一定范围之内对某一类的地震进行一些预测。

随着我们地震监测水平的提高，人类科技水平的不断推进，希望有一天，地震的精确预报不再是一个梦想。