科學時報：汶川地震研究發現可信前兆異常前后

　　“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：地震真的不能預報嗎？

　　近日，中國地震局地殼應力研究所研究員邱澤華在其博客上發表了一篇博文《我們應該能預報大地震》。邱澤華為何能出此驚人之語？帶著好奇心，記者走訪了相關人士。

　　實證研究：汶川地震有可信前兆異常

　　在眾多科學家認為地震不可預報或者從目前來看預報的可能性很小時，邱澤華從2009年2月到今年1月14日在其博客中發表了20多篇關于地震預報的博文。今年1月14日，他更是直接發表博文稱，“……我內心深處有這樣的信念：我們應該能預報大地震……”

　　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力——應變前兆異常變化。只要再觀測到類似的變化，我們就有理由提出預報。”

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

　　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注。

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

　　“5·12”汶川地震爆發前，池順良便觀測到位于四川省康定縣境內姑咱臺的鉆孔應變儀連續一年多出現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據自檢條件，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了地震界對大地震能不能成功預報的爭論，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，姑咱臺的鉆孔應變觀測數據又慢慢開始恢復正常，脈沖、毛刺和畸變又逐漸消逝，固體潮曲線又開始恢復正常。據此，池順良認為，地震就是地殼巖層中彈性應變能的釋放，地層應變是把握地震孕育過程最直接的觀測量。我國鉆孔應變觀測臺網第一次在一個觀測點上捕捉到了一次特大地震近場應變經歷“平穩——紊亂——恢復平穩”變化的完整過程。這在國際上也是第一次。

　　對有關爭論，邱澤華沒有立即作出自己的結論，而是對池順良所說的“毛刺”異常進行了詳細研究，在震后用常規方法無法看出明顯異常的情況下，他帶領研究組的其他研究人員嘗試著用新的方法重新處理數據。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》上發表論文《用超限率分析法研究汶川地震的前兆應變變化》。

　　“我們最終基本確認汶川地震前姑咱臺鉆孔應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射現象有可比性，可能反映了地震前小尺度的巖層破裂”。簡而言之，“我們終于發現了汶川地震的可信的前兆異常”，邱澤華說。

　　而另一發現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《內陸地震》找到了一篇關于1985年發生的烏恰地震的文章。1985年8月23日，烏恰爆發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報。”邱澤華認為。

　　大地震預測：審慎而樂觀

　　盡管關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象。

　　據悉，汶川地震后，我國材料科學與工程技術領域著名專家金日光教授受材料斷裂力學啟發，根據地殼斷裂流變動力學和群子統計力學，對中國地震臺網中心提供的鉆孔應變、重力、傾斜等觀測數據進行了細致處理和識別分析，也得出了姑咱臺的應變數據反映了汶川地震孕震過程的結論，并且發現汶川地震的孕震過程和臨震前兆在全國30多個鉆孔應變臺站中的十幾個臺站上都有明顯反映，并在此研究基礎上撰寫出版了80多萬字的學術專著《地震前兆識別與地震災害預警——地殼斷裂流變動力學的形成與應用》。

　　地震是否有前兆是一個問題，這些前兆能否幫助人們預測地震則是另一個問題。姑咱臺記錄到的這種應變前兆只是“個例”。有沒有普遍性，或者說，這種應變前兆是否是“確定性地震前兆”呢？

　　池順良認為，從統計學觀點來看，如果想回答這個問題，需要經歷多次大地震的檢驗，才能從統計上得出結論。“經歷了唐山、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計樣本。必須充分利用40年寶貴的實踐資料及數據，對地震過程進行科學認識，用科學分析來解答這一問題。”池順良說，“姑咱臺的記錄數據中包含了大量信息，與汶川地震孕震過程有關的信息正在被逐步認識。”

　　池順良認為，這種應變異常具有近距性(或定域性)，只出現在鄰近大地震震中地區，地震三要素中的地點、震級兩個要素就有了線索。因此，只要臺網布設密度適當，大地震前人們就能獲得預警信號。

　　邱澤華也認為，姑咱臺探測到了汶川大地震清晰的、長時間的應變前兆，為大地震的預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《科學時報》采訪時也表示，池順良與邱澤華的工作是地震預報工作的一個重要進展，對于利用應用應變方法來研究地震預報問題是一個值得深入研究的新方法。許紹燮同時指出，就此認為地震預報就取得突破為時過早，尤其將地震的實質和核心問題歸于地應力的變化的說法把地震問題總結得過于簡單。

　　“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，地震預報的難題終有一天會迎刃而解。

　　關鍵在于精確的觀測

　　“預報的基礎是地震前兆，而地震前兆的基礎是精確的觀測。”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、穩定，并且觀測點要足夠多；為了排除干擾影響，必須有相關的輔助觀測，并且了解觀測點周圍的環境變化；為了揭示與地震的相關性，要增加觀測點、合理布局，并提高觀測的采樣率，等等。

　　分量鉆孔應變儀就是李四光倡導的地應力儀。1985年，我國四種鉆孔應變儀通過國家鑒定。關于鉆孔應變觀測技術，我國具有充分的自主知識產權，技術上處于前沿水平。邱澤華從日本東京大學地震研究所留學回國后，2000年起開始負責地殼應力研究所的鉆孔應力應變觀測。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，鉆孔應力應變觀測的到底是什么東西，說是觀測應力，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和鉆孔應變儀。邱澤華獲悉這個消息后，多方宣傳，得到研究所領導和其博導、中國科學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變應力觀測的重要性。

　　2004年，我國“數字地震觀測網絡”工程啟動，決定在全國布設分量鉆孔應變儀。到2007年底，40套國產四分量鉆孔應變儀在全國布設完成。觀測點設備包括四分量應變探頭、水位氣壓輔助觀測探頭、采集控制機箱、網絡傳輸電路、全隔離供電電源、信號輸出隔離光纖等。實現了全自動無人值守、網絡傳輸數據、臺網中心自動調集全國數據等新技術，數據采樣率為每分鐘一次，整體技術達到國際先進水平。

　　“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。近幾年，中國的前兆觀測實現了數字化，產生出一些比較連續、穩定的高精度、高采樣率的觀測資料。正是由于這種觀測技術的進步，才使研究人員終于發現了比較可靠的、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，特別是在臺網設計上缺乏科學的整體思路。在提出應加緊在全國布設鉆孔應變密集觀測網的同時，邱澤華提出：“應沿主要地震斷裂帶布設觀測站點，不過從現實出發，不可能建太多觀測點，在監測區域劃定上可以綜合考慮歷史強震多發和人口設施稠密兩方面因素，并保證未來強震發生區(斷層破裂帶或余震分布區)內至少有一個觀測點。”

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

　　作者：張巧玲